本论文利用两种条件性基因敲除模型分别对以下两方面进行研究:1)失去皮质联系后小鼠脊髓的成熟和运动功能的变化脊髓可以即可接受外周的感觉信息又可整合皮质和脑干的下行运动指令,进而在调节运动神经元的运动输出中发挥重要作用。脊髓损伤通常会导致上行感觉通路和下行运动通路受损,而在啮齿类动物中脊髓内部的神经可塑性对运动功能的恢复具有重要作用。但是在缺失皮质联系后,脊髓神经环路会受到怎样的影响,目前尚不清楚。为解决这个问题,本实验使用一种皮质与皮质下联系在胚胎发育早期完全缺失的Celsr3|Foxg1条件性基因敲除小鼠模型。虽然Celsr3|Foxg1小鼠具有基本活动能力,例如可以进食,跑动,爬格和游泳,但是旷场试验表明这些小鼠的自发运动过度活跃;与正常小鼠相比,Celsr3|Foxg1小鼠脊髓运动神经元的总数目减少15%,其树突总长度也明显减少;同时神经肌肉接头处运动神经元轴突末梢的分支数目及肌电图记录的峰值分别减少53%和47%;此外,在这些基因敲除小鼠中,胆碱类(cholinergic)阳性,钙结合蛋白(calbindin,CB)阳性和钙网膜蛋白(calretinin,CR)阳性的脊髓中间神经元数量都相应增加。因此本实验揭示了皮质联系的缺失会影响脊髓运动神经元的形态成熟和功能输出,同时还会导致部分脊髓中间神经元配布范围重组,这为认识皮质信息输入可影响脊髓神经环路的成熟提供了理论依据。2)皮质脊髓束缺失后脊髓运动网络和功能的可塑性在脊髓损伤动物模型中,健存的皮质脊髓束、脑干下行传导束和脊髓内部神经网络的代偿都有助于运动功能的恢复,但是目前对脊髓损伤和脊髓退行性病变中神经网络自发性重塑的机制还知之甚少。为此,本实验利用条件性基因敲除技术,将基因Celsr3在皮层的Emx1阳性细胞中特异性失活进而得到皮质脊髓束完全缺失的Celsr3|Emx1小鼠,以该模型研究失去皮质联系后脊髓神经环路自发的可塑性和运动功能代偿。结果发现Celsr3|Emx1小鼠虽无明显运动障碍,但是其自发运动更加活跃;摄取食物的精细运动也受到明显影响;红核脊髓投射、钙网膜蛋白阳性中间神经元的脊髓固有投射和脊髓阶段内投射以及单胺能神经纤维的末端分枝都明显增加。这些发现表明皮质脊髓束缺失后,可以引起脊髓内神经网络和包括红核脊髓束和单胺能神经纤维在内的下行传导通路的自发性代偿,而这种可塑的代偿机制可能也参与了脊髓和脑损伤后机体功能的自发性修复。