文獻(xiàn)解讀：研究揭示深部腦刺激治療帕金森病的神經(jīng)機(jī)制

2025年4月19日，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院舒友生課題組在國際學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上發(fā)表了題為“Deep brain stimulation alleviates Parkinsonian motor deficits through desynchronizing GABA release in mice”的研究論文。該研究首次揭示了GABA遞質(zhì)的非同步化釋放（Asynchronous release, AR）模式在高頻DBS治療中的關(guān)鍵作用，從細(xì)胞、突觸及神經(jīng)環(huán)路層面系統(tǒng)解析了STN-DBS的神經(jīng)機(jī)制，為優(yōu)化帕金森病臨床治療提供了新方向。
 

研究表明，帕金森病患者的丘腦底核常出現(xiàn)異常同步化的神經(jīng)電活動，而通過植入電極進(jìn)行高頻脈沖電刺激（通常高于100 Hz）可顯著抑制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電活動的同步性，改善運動功能障礙。舒友生團(tuán)隊的前期研究發(fā)現(xiàn)，大腦皮層中特殊的突觸傳遞模式AR具有對動作電位發(fā)放時間精確性的調(diào)控作用，即去同步化（Desynchronize）神經(jīng)元電活動（Neuron 2020，Cerebral Cortex 2021）�；�于AR強(qiáng)度與DBS療效均呈現(xiàn)類似的頻率依賴特征，即都需要高頻刺激。因此，該團(tuán)隊提出科學(xué)假設(shè)：高頻STN-DBS過程中可能導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)的AR，去同步化PD病理條件下STN神經(jīng)元的電活動與異常同步的網(wǎng)絡(luò)活動，從而實現(xiàn)臨床療效。

在多巴胺耗竭的PD小鼠模型上，利用離體腦片電生理記錄技術(shù)對STN神經(jīng)元進(jìn)行電活動檢測，發(fā)現(xiàn)臨床常用的130 Hz高頻電刺激可顯著誘發(fā)神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸（GABA）和谷氨酸的強(qiáng)烈AR，初期短暫抑制STN神經(jīng)元后，隨即去同步化其電活動。相比之下，如果給予臨床上無療效且加重癥狀的20 Hz低頻電刺激，僅檢測到非常微弱的AR，且不影響STN神經(jīng)元的電活動。進(jìn)一步的藥理學(xué)實驗顯示，STN-DBS的運動改善效應(yīng)由GABA能抑制性突觸傳遞所介導(dǎo)，表明GABA的釋放在此過程中起到主導(dǎo)作用。

進(jìn)一步結(jié)合在體電生理記錄、光遺傳學(xué)等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)STN上游核團(tuán)外側(cè)蒼白球（Globus pallidus externa, GPe）的GABA能抑制性突觸輸入在STN-DBS中至關(guān)重要。在STN進(jìn)行的高頻DBS通過誘導(dǎo)來源于GPe小清蛋白（PV）陽性神經(jīng)元軸突上GABA的非同步化釋放，去同步化STN神經(jīng)元電活動，抑制局部場電位中的低頻β振蕩，從而緩解PD小鼠模型的運動功能障礙。但是，特異性激活非PV神經(jīng)元軸突則不能起到類似的效應(yīng)。結(jié)合特異性凋亡的實驗進(jìn)一步證明， PV神經(jīng)元軸突的特異性激活是STN-DBS發(fā)揮療效的充分和必要條件。

最后，團(tuán)隊通過特異性調(diào)控AR強(qiáng)度驗證其在DBS療效中的作用。在STN局部給予慢鈣螯合劑EGTA-AM顯著降低AR強(qiáng)度，阻斷了高頻STN-DBS的運動功能改善效果；而通過RNA干擾技術(shù)特異性敲降GPe中PV神經(jīng)元的鈣感受器蛋白Synaptotagmin-1的表達(dá)，可顯著增強(qiáng)20 Hz低頻刺激誘導(dǎo)的AR強(qiáng)度，使低頻DBS也能改善運動功能。這些結(jié)果表明，AR強(qiáng)度是優(yōu)化STN-DBS刺激模式和參數(shù)的重要生物標(biāo)志物。該研究首次從突觸釋放模式——非同步化遞質(zhì)釋放的新視角，闡釋了高頻DBS治療帕金森病的細(xì)胞、突觸和環(huán)路機(jī)制（圖1），或?qū)⑼苿优两鹕�病治療從�?jīng)驗性參數(shù)調(diào)整向基于AR生物標(biāo)志物的精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控范式的轉(zhuǎn)變。

圖 1：丘腦底核高頻DBS治療帕金森病的神經(jīng)機(jī)制。高頻電刺激導(dǎo)致PV神經(jīng)元軸突上的GABA非同步化釋放，從而去同步化STN神經(jīng)元的電活動，實現(xiàn)對運動癥狀的治療作用。

創(chuàng)作聲明：本文是在原英文文獻(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行解讀，存在觀點偏向性，僅作分享，請參考原文深入學(xué)習(xí)。

文獻(xiàn)參考：Xu, Z., Duan, W., Yuan, S. et al. Deep brain stimulation alleviates Parkinsonian motor deficits through desynchronizing GABA release in mice. Nat Commun 16, 3726 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59113-6

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