神经元是人类大脑中的基本单元,它们互相连接,组成了复杂而精密的神经环路，探究这些环路对于了解大脑的运作原理具有重大的意义。腺相关病毒(AAV)是标记神经环路的常用工具，也是基因治疗的重要载体之一，在非分裂细胞（如神经元）中也能实现治疗性蛋白的持久表达，安全性非常高。另外，多种血清型和组织特异性启动子 AAV 对神经细胞具有良好嗜性。

 

下面介绍在神经领域常用的几种组织特异性启动子：

一、CaMKlla：新皮质和海马体中兴奋性神经元特异性启动子 

CaMKII是前脑谷氨酸能神经元特异性启动子，由Ca2+/调钙蛋白复合物调节的丝氨酸/苏氨酸特异蛋白激酶。CaMKIIa是组成CaMKII的主要亚基，在前脑中，CaMKIIa特异地表达在兴奋性神经元中，因此CaMKIIa启动子能作为兴奋性神经元特异性启动子^[1]。

研究人员开发了一种新的AAV变体，将AAV2-Retro的10-mer肽序列插入到AAV9的衣壳中，即AAV9-Retro衣壳，并将AAV-CaMKIIa-mCherry和AAV-CaMKIIa-EGFP载体包装AAV，通过小鼠颅内注射和静脉注射，发现AAV9-Retro能够以与AAV2-Retro相当的效率逆行感染投射神经元，并保留了AAV9的特性，可以跨神经系统转运（图1）。该方法为神经回路的操作以及未来一些神经和神经退行性疾病的临床前和临床治疗提供了新的工具^[2]。

原文：AAV9-Retro mediates efficient transduction with axon terminal absorption and blood–brain barrier transportation

图1. AAV注射到小鼠VTA的皮质区域荧光表达情况

二、hGFAP：星形胶质细胞特异性启动子 

作为星形胶质细胞内的主要骨架蛋白， GFAP在细胞核和细胞膜之间形成连接，参与细胞内细胞骨架重组、细胞黏附、维持脑内髓鞘形成和神经元的结构以及作为细胞信号参与转导通路等^[3、4]，具有维护星形胶质细胞形态稳定、参与血脑屏障形成、调节突触等功能，可以作为星形胶质细胞特异性标志物。

研究人员利用腺相关病毒载体（AAV-GFAP-HM3DQ_mCherry）将专门由设计药物（DREADD）激活的设计受体递送至脑干背侧迷走复合体（DVC）的星形胶质细胞。验证了NTS星形胶质细胞对急性营养过剩作出反应，参与外周饱腹感信号的整合，并且在激活时可以减少食物摄入^[5]。

原文：Regulation of food intake by astrocytes in the brainstem dorsal vagal complex

图2. hM3Dq_mCherry在背迷走神经复合体（DVC）星形胶质细胞中的表达

三、hSyn：神经元特异性启动子 

hSyn启动子是人SYN1基因的启动子，SYN1基因表达产生Synapsin I蛋白，是特异表达在神经元内的蛋白，因此一般选择hSyn启动子作为神经元的特异性启动子。Synapsin I蛋白主要表达在轴突末端，特别是在突触小泡的膜上，在调节轴突生成和突触形成方面发挥重要作用。

研究人员将PKMζ抑制肽（ZIP）输注到基底外侧杏仁核（BLA）中显著降低了自闭症（VPA）小鼠的焦虑水平。研究结果表明BLA PKMζ水平对焦虑尤其是自闭症中的关键贡献（图3），这一发现可能为自闭症患者焦虑症状的发病机制和治疗提供进一步的理解^[6]。

原文：Elevated Level of PKMζ Underlies the Excessive Anxiety in an Autism Model 

 

图3. PKMζ的过表达导致BLA中兴奋神经元的兴奋性升高

四、mGAD1：GABA能神经元特异性启动子 

GABA能神经元特异性启动子：GAD1和GAD2是编码生成GAD两种亚型GAD65和GAD67的基因，GAD1基因编码产生GAD65，GAD2基因编码产生GAD67。GABA是起抑制性作用的神经递质，抑制神经元，因此GAD1和GAD2启动子可以作为抑制性神经元的特异性启动子。

五、ChAT：胆碱能神经元特异性启动子
可以合成乙酰胆碱并以乙酰胆碱（ACh）为神经递质的神经元称为胆碱能神经元，ChAT是胆碱乙酰转移酶，负责神经递质ACh的合成，因此ChAT启动子能作为胆碱能神经元的特异性启动子。

 六、olig2：少突胶质细胞特异性启动子 

Olig2是由olig2基因编码的转录因子，在运动神经元和少突胶质细胞分化、以及在早期发育过程中维持基因复制方面有重要作用，另外它和很多疾病有关，例如脑肿瘤和唐氏综合症等，一般采用olig2启动子作为oligodendrocytes的特异性启动子。

七、小胶质细胞特异性启动子 

小胶质细胞（microglia）是存在于大脑和脊髓中的巨噬细胞，在神经系统中，小胶质细胞不断清除斑块、受损的神经元和传染性物质，是主动免疫防御的主要形式。现在一般采用CX3CR1或者Iba1启动子作为小胶质细胞特异性启动子。
 

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参考文献：

[1]Newman JP, Fong MF, Millard DC, Whitmire CJ, Stanley GB, Potter SM. Optogenetic feedback control of neural activity. Elife. 2015 Jul 3;4:e07192. doi: 10.7554/eLife.07192.

[2]Lin K, Zhong X, Li L, Ying M, Yang T, Zhang Z, He X, Xu F. AAV9-Retro mediates efficient transduction with axon terminal absorption and blood-brain barrier transportation. Mol Brain. 2020 Oct 14;13(1):138. doi: 10.1186/s13041-020-00679-1.

[3]Rutka JT, Murakami M, Dirks PB, Hubbard SL, Becker LE, Fukuyama K, Jung S, Tsugu A, Matsuzawa K. Role of glial filaments in cells and tumors of glial origin: a review. J Neurosurg. 1997 Sep;87(3):420-30. doi: 10.3171/jns.1997.87.3.0420.  

[4]Kamphuis W, Kooijman L, Orre M, Stassen O, Pekny M, Hol EM. GFAP and vimentin deficiency alters gene expression in astrocytes and microglia in wild-type mice and changes the transcriptional response of reactive glia in mouse model for Alzheimer's disease. Glia. 2015 Jun;63(6):1036-56. doi: 10.1002/glia.22800.

[5]MacDonald AJ, Holmes FE, Beall C, Pickering AE, Ellacott KLJ. Regulation of food intake by astrocytes in the brainstem dorsal vagal complex. Glia. 2020 Jun;68(6):1241-1254. doi: 10.1002/glia.23774.

[6]Gao X, Zheng R, Ma X, Gong Z, Xia D, Zhou Q. Elevated Level of PKMζ Underlies the Excessive Anxiety in an Autism Model. Front Mol Neurosci. 2019 Nov 28;12:291. doi: 10.3389/fnmol.2019.00291.