大脑皮质作为神经系统的最高级中枢调控机体的各种生命活动,对信息的精确感知是其作用发挥的先决条件。多种发育缺陷疾病如自闭症、注意缺陷综合征、Rett综合征等都伴有感觉皮质结构异常和功能的异常,但其具体作用机制尚不明了。啮齿类动物长期的穴居生活使其进化出一套在黑暗环境中利用触觉感知外界环境信息的神经系统—胡须-感觉皮质通路。感觉皮质具有典型的六层结构,作为信息的接受区域,在整合信息资源,协调胡须运动之间发挥主导作用,决定着整个环路的功能发挥。因此,小鼠胡须感觉皮质通路是研究皮层发育与可塑性的理想模型。感觉皮质主要依靠丘系与旁系通路两条途径接收丘脑的信息输入,其功能的发挥主要通过皮质桶环路与隔环路来完成。旁系通路作为皮质桶环路和隔环路的主要信息来源,其主要靶区感觉皮质L5a锥体神经元同时参与皮质桶和隔区环路组成,是感觉皮质信息整合和输出的关键部位。因此,旁系通路及L5a神经元的正常发育和功能成熟对小鼠感知、适应环境至关重要。阐明旁系通路和L5a神经元的发育调控机制,明确其发育和功能异常对皮质功能的影响,对认识相关疾病发生机制具有重要意义。P0-P15是感觉皮质活性依赖性发育的关键时间窗,在这一过程中,钙信号通路维持的神经元活性发挥重要作用。本实验室前期研究发现,钙结合蛋白calretinin (CR)特异性高表达于旁系通路中继核及其靶区,其中,在感觉皮质的L5a锥体神经元的表达呈现由出生后低表达,逐渐上调至P8达到高峰,P15明显下调,P30几近消失的动态表达模式。CR+L5a神经元形成了与其突触前POm轴突投射相对应的分布模式；神经元树突向上至隔区,呈现与丘系皮质桶互补的隔样分布。剪断眶下神经剥夺外界信息传入导致该排列模式无法形成；敲除CR后导致L5a锥体神经元模式形成异常,提示CR在出生后L5a神经元活性依赖性发育和模式形成中的重要作用。鉴于这一推测,本课题通过解析敲除CR小鼠,探究CR在L5a锥体神经元乃至感觉皮质发育与功能发挥中的作用。我们首先进行了形态学分析。观察敲除CR之后,对L5a锥体神经元的形态产生的影响。发现同对照相比,CR-/-小鼠中这些神经元树突变短,分枝复杂性降低；同时,在冠状层面,与野生型小鼠相比,CR-/-小鼠感觉皮质中皮质桶在L4的排布紊乱,部分形态异常,皮质桶边沿的barrel wall区域出现神经元异常堆积；在切线层面,barrel结构出现萎缩,相邻barrel之间septa扩张。这些结果提示,CR对L5a锥体神经元以及感觉皮质中barrel与septa的发育具有重要的调控作用。其次,我们检测了与CR之间具有相互作用的分子的表达情况。同野生型小鼠相比,在CR-/-小鼠感觉皮质中,分布在突触前与突触后的电压门控钙离子通道蛋白Cav2.1与Car1.3的表达量下调；钙离子依赖性信号通路AC1/cAMP相关因子PKA表达量下调；Wnt信号通路相关因子β-catenin表达量下调。这些结果提示,CR能够通过调控钙离子通道蛋白的表达,影响胞外钙离子内流和钙离子依赖性信号通路的活性,进而影响活性依赖的L5a神经元和感觉皮质的发育。上述结果有助于理解L5a锥体神经元发育,以及其在感觉皮质信息整合中的作用,具体的作用机制尚在进一步解析之中。