小鼠耳蜗中听觉传出神经元与II型螺旋神经节传入神经元之间的GABA能突触

背景介绍

听觉系统的复杂性和精密性一直是神经科学研究的重要课题。耳蜗作为听觉系统的关键组成部分，其内部细胞和神经元的相互作用对听觉功能的实现至关重要。外毛细胞（outer hair cells, OHCs）通过其电运动特性放大声音信号，从而增强听觉敏感性和频率调谐。OHCs不仅接受来自内侧橄榄耳蜗（medial olivocochlear, MOC）传出神经元的胆碱能反馈，还通过II型螺旋神经节神经元（type II spiral ganglion neurons, SGNs）向脑干传递信息。然而，OHC区域的神经元之间的相互作用机制尚未完全明确，尤其是GABA（γ-氨基丁酸）在其中的作用。

此前的研究表明，MOC神经元不仅释放乙酰胆碱（acetylcholine, ACh），还可能释放GABA。然而，GABA在耳蜗中的具体功能和机制仍不清楚。本研究旨在探索MOC神经元与II型SGNs之间是否存在GABA能突触，并揭示其在耳蜗功能中的作用。

论文来源

本论文由Julia L. Bachman、Siân R. Kitcher、Lucas G. Vattino等作者共同完成，研究团队来自美国国立卫生研究院（NIH）下属的国家耳聋与其他交流障碍研究所（NIDCD）以及阿根廷的国家科学技术研究委员会（CONICET）等机构。论文于2025年2月18日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，标题为“GABAergic synapses between auditory efferent neurons and type II spiral ganglion afferent neurons in the mouse cochlea”。

研究流程

1. 实验设计与方法

本研究结合了光学神经递质检测、免疫组织化学和膜片钳电生理学技术，全面分析了MOC神经元与II型SGNs之间的GABA能突触。具体流程如下：

a) 免疫组织化学实验

研究人员使用Chat-IRES-Cre; tdTomato小鼠模型，通过免疫染色标记GABA合成酶（glutamic acid decarboxylase, GAD）和突触前标记物（synapsin），以确定MOC神经元是否具有GABA能特性。实验对象为出生后5天（P5）至20天（P20）的小鼠耳蜗组织，使用40倍或60倍物镜在Nikon A1R倒置显微镜下成像，并通过Nikon Elements软件进行分析。

b) 膜片钳电生理学实验

研究人员从P11-13小鼠的耳蜗顶端分离OHCs，进行全细胞电压钳记录。通过电刺激MOC神经元轴突，记录OHCs的突触后电流（postsynaptic currents, PSCs），并评估GABA B受体（GABA B receptor, GABA BR）对神经递质释放的调节作用。此外，研究人员还从P3-10小鼠的II型SGNs树突进行膜片钳记录，研究GABA A受体（GABA A receptor, GABA AR）介导的反应。

c) 光学神经递质检测

研究人员通过后半规管注射腺相关病毒（adeno-associated virus, AAV），将GABA光学指示剂（iGABASnFR）表达于II型SGNs中。通过共聚焦显微镜检测MOC神经元轴突释放的GABA，并结合电刺激技术，研究GABA的释放动力学。

2. 实验结果

a) MOC神经元的GABA能特性

免疫组织化学实验显示，MOC神经元轴突末端在出生后7天（P7）即表现出GAD免疫阳性，且在听力形成前后（P9-P20）保持稳定。GAD与突触前标记物synapsin的共定位表明，MOC神经元具有GABA能特性。

b) GABA B受体对MOC神经递质释放的调节

膜片钳实验表明，GABA通过激活MOC轴突末端的GABA B受体，减少P/Q型电压门控钙通道（voltage-gated calcium channels, VGCCs）的钙离子内流，从而抑制ACh的释放。这一机制与MOC-IHC（内毛细胞）突触的调节机制相似。

c) MOC神经元释放GABA至II型SGNs

光学检测实验显示，电刺激MOC神经元轴突可引发II型SGNs中iGABASnFR荧光信号的增加，表明GABA从MOC轴突释放并扩散至II型SGNs。这一现象在听力形成前后均存在。

d) II型SGNs的GABA A受体介导反应

膜片钳记录显示，外源性GABA可诱发II型SGNs的电流反应，且这一反应可被GABA A受体拮抗剂gabazine阻断。电流-电压关系实验进一步证实，GABA通过离子型GABA A受体介导的氯离子通道发挥作用。

3. 研究结论

本研究首次证实了MOC神经元与II型SGNs之间存在功能性GABA能突触。GABA不仅通过GABA B受体调节MOC神经元的神经递质释放，还通过GABA A受体直接作用于II型SGNs，影响其活动。这一发现揭示了耳蜗中复杂的神经元网络，为理解听觉系统的精细调控提供了新的视角。

研究的意义与亮点

1. 科学意义

本研究首次揭示了MOC神经元与II型SGNs之间的GABA能突触，填补了耳蜗神经元相互作用机制的研究空白。这一发现为理解耳蜗中的神经调控网络提供了重要线索。

2. 应用价值

GABA能突触的存在可能对听觉功能的发育和调控具有重要意义。例如，GABA能信号可能在耳蜗神经元发育过程中起关键作用，或通过调节OHC活动影响听觉敏感性。此外，这一发现可能为听觉疾病的治疗提供新的靶点。

3. 研究亮点

• 新颖的实验方法：结合光学神经递质检测、免疫组织化学和膜片钳电生理学技术，全面分析了GABA能突触的功能。
• 重要的发现：首次证实了MOC神经元与II型SGNs之间的GABA能突触，揭示了其在耳蜗功能中的作用。
• 广泛的应用前景：为听觉系统的发育、功能调控及相关疾病的研究提供了新的方向。

其他有价值的信息

本研究的实验数据、免疫组织化学图像和光学GABA指示剂图像已公开发布，可通过Dryad数据库（DOI: 10.5061/dryad.2rbnzs80g）获取。此外，研究团队感谢Janelia研究园区的Genie项目团队提供的iGABASnFR质粒，以及NIH医学艺术部门的Alan Hoofring绘制的突触示意图。

本研究通过多学科技术的综合应用，揭示了耳蜗中MOC神经元与II型SGNs之间的GABA能突触，为听觉系统的研究开辟了新的领域。