表达神经元的神经元一氧化氮合酶：从出生到神经元回路的旅程

海马中表达神经元一氧化氮合酶的GABA能神经元

海马体分为两个主要的解剖区域，齿状回（DG）和菊角（CA）。CA区域经典地进一步划分为CA1-4。在审查的这一部分中，我们将主要关注在CA1中获得的结果，其中中间神经元多样性得到了最好的表征，但当数据可用时，我们将详细说明其他领域。与新皮质一样，nNOS表达神经元主要由抑制性GABA能神经元组成，尽管在CA1锥体细胞中也发现nNOS免疫反应。在这些谷氨酸能兴奋性细胞中，成熟大脑中的染色强度远弱于中间神经元。，2002). 表达海马nNOS的中间神经元不同于它们的新皮质同源神经元，因为它们更丰富，且nNOS表达水平更均匀（Jinno和Kosaka，2002). 的确，虽然新皮质nNOS⁺中间神经元可以根据nNOS免疫反应的强度进行细分（见下一节），海马体中没有这种区别。此外，最近的一项研究表明，表达nNOS的中间神经元构成了海马中最丰富的中间神经元亚群，而新皮质观察结果表明，表达小白蛋白（PV）的中间神经元被认为是最丰富的内部神经元亚型（Fuentealba等人。，2008). 与新皮质一样，在CA和DG的所有海马层中都发现了表达nNOS的中间神经元。一项对小鼠的研究表明，与海马的颞部/腹侧部分相比，隔/背侧部分的nNOS中间神经元密度更高（Jinno和Kosaka，2002).

在大鼠和小鼠中，至少有五个中间神经元亚群被描述为表达nNOS：（1）神经胶质细胞（NGFC），（2）常春藤细胞（IvC），（3）共同表达血管活性肠肽（VIP）和钙调素（CR）的中间神经元，（4）表达PV的中间神经元和（5）投射细胞。nNOS的后一种类型⁺细胞已被证明在靠近副脑室的地方聚集（弗伦德和布泽基，1996). nNOS和PV共存的亚群主要位于DG（Dun等人。，1994; 吉诺和小坂，2002,2004). 然而，已注意到大鼠和小鼠之间的物种差异，因为大鼠DG中nNOS和PV的共同表达远低于小鼠（Dun等人。，1994大鼠；吉诺和小坂，2002用于鼠标）。此外，在CA1、CA3和DG区域表达生长抑素（SOM）的中间神经元亚群已被证明表达nNOS（Jinno和Kosaka，2004). 与PV的情况类似，nNOS/SOM在大鼠中的共表达高于小鼠（Dun等人。，1994大鼠；吉诺和小坂，2004用于鼠标）。图中提供了其中三个细胞群的形态和燃烧示例​图11.

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图1

IvC、NGFC和VIP示例⁺/无操作系统⁺中间神经元。（A）生物细胞填充细胞的神经透明重建（黑色树突；红色轴突）。（B）电池的电压响应如所示（A）三次电流阶跃注入（-200 pA，刚好超过阈值，两倍于刚好超过阈值的电流）。改编自Tricoire等人(2010).

神经胶质细胞和常春藤细胞

海马NGFC的名称来源于它们的新皮质同源物，它们具有共同的形态特征。NGFC体通常发现于CA1-3的腔隙分子层（slm）及其与放射状球菌（sr）的边界，以及DG的分子内（Vida et al。，1998; Price等人。，2005,2008; Elfant等人。，2008; Karayannis等人。，2010; Szabadics等人。，2010; Armstrong等人。，2011; Krook Magnuson等人。，2011; Markwardt等人。，2011). 与生长抑素等其他中间神经元亚型相比，它们的胞体相对较小⁺（标准操作手册⁺)和PV⁺中间神经元。NGFC表现出多极树枝状网络，其高度分支靠近胞体，没有任何特权取向。轴突树状结构非常密集，在局部网络中有广泛的分支，通常辐射到树状场的空间边界之外（Price等人。，2005; Tricoire等人。，2010). 此外，这两个领域都局限于slm，通常很少穿透sr。然而，一些研究报告称，CA1 NGFC的轴突可能穿透DG的s.分子（Price等人。，2005; Fuentealba等人。，2010; Tricoire等人。，2010). 类似地，DG NGFC的轴突可以穿过海马裂，并渗透到附近CA1和室下膜（Armstrong等人。，2011).

与NGFC密切相关的是最近描述的海马IvCs（Fuentealba等人。，2008,2010; Tricoire等人。，2010,2011; Krook-Magnuson等人。，2011)新皮质中是否存在等效的中间神经元亚群是一个有争议的问题。这些细胞最初由Peter Somogyi的研究小组报道，并以其轴突的英国常春藤状外观命名，轴突在靠近其起源的地方大量分支，提供密集的细分支和许多小静脉曲张（Fuentealba等人。，2008; Somogyi等人。，2012本期）。与NGFC相比，在s.oriens、s.pyramidale和sr中发现了IvCs的细胞体和过程，但没有浸润slm（Fuentealba等人。，2008; Tricoire等人。，2010). 然而，最近的结果表明，胞体位于sr的IvCs在一定程度上有规律地在slm中发送轴突和树突。（Somogyi等人。，2012在本期特刊和Szabo等人。，2012).

从分子角度来看，NGFC和IvCs表达几种共同的标记物/受体，导致这两种nNOS的神经化学特征趋同⁺中间神经元亚型。已经发现神经肽Y（NPY）在NGFC和IvCs中与nNOS共定位（Fuentealba等人。，2008; Tricoire等人。，2010; Somogyi等人。，2012本期）。然而，NPY并不特定于nNOS⁺在其他不同的中间神经元亚群（克劳斯伯格和索莫吉，2008). CA的IvC和NGFC亚群与PV和SOM表达亚群构成不同的群体，而nNOS和PV通常在DG中共存。α1 GABAA受体亚单位也经常出现在IvCs和nNOS中⁺NGFC（Fuentealba等人。，2008; Tricoire等人。，2010)但是，与NPY一样，它不能被视为IvC或NGFC的特定标记物，因为它也在其他中间神经元亚型中表达（Baude等人。，2007). 最近，作为紧张性抑制基础的δGABAA受体亚基被证明优先定位于NGFC/IvC中间神经元（Oláh等人。，2009). 然而，该亚单位并非中间神经元的特异性，也在DG的兴奋性颗粒细胞中发现（Wei等人。，2003). mu阿片受体激动剂（如DAMGO）可抑制IvCs和NGFC，这与两个中间神经元亚群上mu阿片剂受体（MOR）的表达一致（Krook-Magnuson等人。，2011). 有趣的是，在PV中也发现了MOR⁺CA1中的中间神经元。这种表达模式与在新皮质观察到的不同，在新皮质中，在共同表达VIP和胆囊收缩素（CCK）的中间神经元上发现MOR（Férézou等人。，2007). 微管相关蛋白α-肌动蛋白2已被证明对大鼠海马中的NGFC和IvCs具有选择性（Price等人。，2005; Fuentealba等人。，2008). 目前尚不清楚小鼠海马是否也存在这种情况。在大鼠中，鸡卵清蛋白上游启动子转录因子II（CoupTFII）在IvCs和NGFC中经常被观察到（Fuentealba等人。，2010)而在小鼠中，尽管在NGFC中频繁表达，但很少在IvCs中发现（Tricoire等人。，2010). 到目前为止，reelin似乎是IvCs和NGFC之间差异表达的唯一标记，尽管该标记也普遍存在于SOM中⁺中间神经元（Alcántara等人。，1999). 事实上，在NGFC中检测到卷轴，但在IvCs中未检测到卷绕（Fuentealba等人。，2010; Somogyi等人。，2012本期）。

在CA1中，静脉间充质干细胞接收来自CA1和CA3锥体细胞的主要兴奋性输入（Fuentealba等人。，2008; Somogyi等人。，2012而NGFC通过颞氨途径接收来自内嗅皮层的兴奋性输入，并通过Schaffer侧支通路接收来自CA3的刺激性输入（Price等人。，2005). 这两种细胞亚群通过GABAA受体抑制下游靶点。然而，此外，NGFC通过激活其突触后靶点上的GABAB受体产生持久的突触后抑制电流（Price等人。，2005,2008). 有趣的是，NGFC通过电突触和化学突触高度互联（Price等人。，2005; Zsiros和Maccaferri，2005). 相比之下，迄今为止，只发现IvC通过突触后细胞上的化学突触发出信号（Fuentealba等人。，2008). 就神经元活动而言，IvCs和NGFC在被动膜和放电特性方面表现出非常相似的电生理特性（Tricoire等人。，2010). 例如，它们都表现出迟发性尖峰表型，即当受到阈上电流注入的挑战时，产生动作电位的延迟（Price等人。，2005; 西罗斯和麦卡费里，2005; Tricoire等人。，2010). 这些细胞类型都没有表现出对阈值刺激时放电频率的适应。然而，在更强的刺激下，它们都会切换到自适应尖峰曲线（Tricoire等人。，2010). 尽管如此，体内麻醉大鼠的记录显示，IvCs和NGFC在海马节律性活动中表现出不同的放电特征。NGFC在角锥体细胞外检测到的θ振荡峰值处起火，而IvCs在这些振荡的低谷处起火（Fuentealba等人。，2010; 拉普拉等人。，2012).

贵宾⁺/CR公司⁺/无操作系统⁺CA1-3中的中间神经元

表达nNOS的第三中间神经元亚群由VIP亚群组成⁺/CR公司⁺中间神经元（Jinno和Kosaka，2002; Tricoire等人。，2010). 这个群体专门支配其他GABA能细胞。迄今为止，已根据其解剖和神经化学特征描述了三种类型的中间神经元特异性（IS）中间神经元（Acsády等人。，1996年a,b条; Gulyás等人。，1996). 其中，在IS-3子集中发现了nNOS（Tricoire等人。，2010). 这些细胞的胞体位于金字塔层（s.p.）或靠近金字塔层的放射层（s.r.）中，树突场垂直定向，初级轴突下降，在s.o.-肺泡边界发出几个水平定向的分支。与轴突形态一致，它们是抑制SOM的主要局部来源⁺O–LM细胞（Acsády等人。，1996年a,b条; Gulyás等人。，1996; Chamberland等人。，2010). 电生理学上，当电流注入去极化时，它们表现出不规则的放电模式，这与IvC/NGFC的后期尖峰放电和更规则的放电剖面不同（Tricoire et al。，2010). 这些神经元在海马神经网络中的输入位置尚待确定。

光伏⁺/无操作系统⁺DG中的中间神经元

nNOS在DG中的表达模式与在CA区域观察到的不同。事实上，约20%的PV中发现了nNOS⁺中间神经元（Jinno和Kosaka，2002)而CA区nNOS和PV的表达没有重叠。而PV⁺DG中的中间神经元在形态学和神经生理学方面具有良好的特征（Bartos等人。，2007)，到目前为止，还没有研究检查nNOS是否存在⁺/光伏⁺与其他DG-PV相比，细胞代表一个特定的中间神经元亚群⁺中间神经元。简单地说，PV⁺中间神经元表现出快速尖峰放电特征，这意味着当注入去极化电流时，它们能够在高频下产生一系列动作电位，几乎没有调节。这些神经元中的动作电位的持续时间比IvC/NGF中的要短得多（Tricoire等人。，2011)它们的轴突优先对准颗粒细胞的体周区，因此非常适合快速调节DG输出。

表达nNOS的新皮质中间神经元的起源

对表达nNOS的新皮质GABA能神经元的发育起源的研究仅处于婴儿期，因为幼年大脑中的这一群体在很大程度上是异质的，因此定义不清。对于NADPH-d活性较低且nNOS-免疫活性较低的nNOS-II型中间神经元来说尤其如此，这使得它们难以在组织学上识别。据我们所知，Perrenoud等人在本期特刊中提出的这项研究是第一项使用多参数方法专门表征表达nNOS的新皮质中间神经元并阐明其发育起源的研究（见表​表1）。1). 确定的第一组与之前描述的由nNOS组成的相对均匀的nNOS I型细胞同源⁺共存SOM并显示快速峰值特性的GABA能细胞（Perrenoud等人。，2012年a在本期中；见上文）。这些属性清楚地表明它们属于定义明确的SOM的一个子组⁺先前显示来源于MGE的中间神经元。事实上，Perrenoud等人证明，该亚组的所有成员都表达Lhx6，这与本期最新的两项研究一致，这两项研究使用了各种转基因小鼠系来阐明表达nNOS中间神经元的起源（Jaglin等人。，2012; Magno等人。，2012). 有趣的是，最近的研究表明，大部分nNOS I型神经元的规范化需要Lhx6介导的Sox6激活才能达到适当规范（Batista-Brito等人。，2009; Jaglin等人。，2012). 事实上，Lhx6表达细胞中Sox6的缺失抑制了nNOS-I型神经元中SOM的表达，并通过降低过程复杂性改变了它们的形态（Jaglin等人。，2012). 与第一个集群相比，在MGE和CGE/AEP区域，nNOS II型细胞表现出相当大的异质性，分离成三个具有胚胎起源的集群。事实上，并非所有的nNOS II型细胞都表达Lhx6（Jaglin等人。，2012在本期中；Perrenoud等人。，2012年a). nNOSⅡ型细胞亚群表达5-HT_3A级，CGE/AEP标记，以及nNOS和5-HT之间的共定位_3A级观察到VIP（5-HT的平均10%_3A级人口；Perrenoud等人。，2012年a,b条本期）。这些细胞主要位于浅层，可能参与神经-血管耦合。另一组表达nNOS和NPY但不表达SOM的细胞可能来自MGE和CGE区域，可能对应于位于最浅层的神经胶质细胞，它们可能双向调节血流。在nNOS启动子（nNOS-CreER）控制下表达三苯氧胺诱导Cre重组酶的转基因株系的最新起源将有助于分析这些群体可能发挥的生理作用（Taniguchi等人。，2011).

nNOS和NO在早期发育中的作用

许多论文和综述描述了nNOS和NO在发育过程中在各种神经元群体中的作用。在这里，我们将简要关注早期神经元中NO/nNOS最为人所知的一些作用。nNOS或NADPH-d活性在神经发生高峰和发育性突触发生期间在胚胎海马和新皮质无核细胞中瞬时表达（Bredt和Snyder，1994). 研究表明，NO在新生神经元中作为旁分泌信使，控制小鼠脑神经前体细胞（NPC）的增殖和分化。使用NO合成酶抑制剂L-NAME或NO清除剂血红蛋白治疗可增加细胞增殖并减少NPC向神经元的分化（Barnabé-Heider和Miller，2003). 有趣的是，在成年小鼠的脑室下区也证明了NO的类似作用，该区域在成熟阶段保留了产生神经元的能力（Xiong等人。，1999; Cheng等人。，2003; Matarredona等人。，2004). BDNF和表皮生长因子（EGF）在很大程度上与这些事件有关（Barnabé-Heider和Miller，2003; Matarredona等人。，2004).

除了调节神经发生外，NO还参与大脑图谱的形成。这种作用已经在视觉系统中得到了大量的研究和证明，其中NO在视黄醇和视黄醇丘脑水平诱导突触精细化或消除未成熟的突触连接（Cramer等人。，1995,1996; Wu等人。，1996,2000; 克雷默和苏尔，1999; 库德里奥和里瓦杜拉，1999; Vercelli等人。，2000). 然而，除了视网膜-绒毛膜和视网膜-丘脑组织外，由于动物在眼球优势柱形成之前和期间每天注射硝基精氨酸，以及nNOS基因敲除小鼠，NO似乎不适合建立模式化的新皮质图，显示体感皮层的正常组织和桶场可塑性（Van der Loos和Woolsey，1973; 芬尼和沙茨，1998). 然而，尽管NO显然没有指导意义，但它仍可能参与建立和完善新皮质连接。事实上，当桶场中NADPH-d活性发生变化时，如在缺乏NMDAR1的小鼠中观察到的，特别是在新皮质神经元中，丘脑皮质轴突发生异常分离（Iwasato等人。，2000; Lee等人。，2005). 在这些动物中，丘脑皮层轴突在第四层显示较少的分支点，丘脑皮质轴异常膨胀，这一特征对应于基本的胡须特异性模式。这些结果表明，NO可以促进丘脑皮层萌芽，并参与初级体感皮层第四层突触强度的巩固。

最后，研究表明，在啮齿类动物的P6和P10之间，NO也影响神经元的缝隙连接耦合。事实上，Rörig及其同事已经证明，在用硝普钠（NO供体）预孵育后，缝隙连接耦合神经元的数量减少（Rörieg和Sutor，1996年a,b条; Roerig和Feller，2000). 在发育中的新皮质中，间隙连接代表属于同一放射柱的谷氨酸能神经元或GABA能神经元之间发生的短暂代谢和电通讯系统。因此，NO介导的缝隙连接调控能够影响电耦合、代谢状态的同步以及连接神经元之间转录活动的协调。

nNOS和NO在微电路可塑性中的作用

NO可能调节突触传递的想法，由Garthwaite及其同事于1988年首次提出（Garthwate等人。，1988)已在包括海马体、纹状体、下丘脑和蓝斑在内的多个脑区得到证实（Prast和Philippu，2001). 事实上，使用NO供体的研究表明，包括乙酰胆碱、儿茶酚胺、谷氨酸和GABA在内的几种递质的释放都受内源性NO的调节。NO是一种气态极性极弱的分子，没有净电荷，并且由于其体积小，因此可以很容易地扩散到细胞膜上。然而，NO作为自由基的高反应性将活性限制在其合成位点的微米以内，从而允许突触特异性调节突触前功能（Garthwaite，2008).

在新生大鼠的急性海马脑片中，发现NO信号可降低GABA能和谷氨酸能突触后电流，而网络钙成像表明，抑制或刺激NO信号可分别增强或抑制同步网络事件（Cserép等人。，2011). 在出生后早期发育中GABA能和谷氨酸能突触传递的调节，NO被认为对发育中海马体的同步网络活动的微调特别关键（Cserép等人。，2011). 在更成熟的海马体中，NO在Schaffer侧支/CA1突触处调节LTP，并充当逆行信使（综述见Malenka和Bear，2004; Lisman和Raghavachari，2006). 这是通过突触后NMDA受体的激活、锥体细胞中表达的NOS合成NO，然后位于轴突末端的鸟苷酸环化酶的逆行激活而发生的（参见Feil和Kleppisch，2008详细的细胞内机制）。相反，在小脑中，NO充当平行纤维终末或小脑中间神经元产生的顺行信使，然后扩散到突触后浦肯野细胞，通过cGMP依赖机制诱导LTD（综述见Feil等人。，2005).

我们感谢“睡眠神经元网络”团队的蒂埃里·加洛平（Thierry Gallopin）、赫莱恩·杰夫罗伊（Hélène Geoffroy）、昆汀·佩雷诺德（Quentin Perrenoud）和阿梅勒·兰西拉克（Armelle Rancillac）持续而富有成效的互动。我们感谢戈德·菲舍尔（Gord Fishell）、雷娜塔·巴蒂斯塔·布里托（Renata Batista-Brito）和尼科莱塔·凯萨里斯（Nicoletta Kessaris）在发表之前分享他们的研究结果。我们感谢Kenneth Pelkey为改进手稿提出的建议。CNRS、ESPCI ParisTech和INSERM提供了财务支持。