组胺（histamine,HA）是哺乳动物的一种重要中枢神经递质与神经调质,调控一系列生理功能及许多神经精神系统疾病的发生,组胺能神经元的胞体位于后侧下丘脑的结节乳头核（tuberomammillary nucleus,TMN）,向脑内几乎所有的主要脑区发出神经纤维投射,并且接受来自许多其他上游脑区的神经投射输入。但是关于脑内组胺能神经元的三维精确输出与输入神经环路结构基础至今无人解析。解析其精确的神经环路基础对于后续精准药物靶点的开发具有重要意义。本研究中,课题组构建了组胺能神经元特异性标记的转基因工具鼠（HDC-Cre ERT2）,结合荧光报告鼠杂交（HDC-Cre ERT2:Ai47）、病毒示踪、分子生物学技术及荧光显微断层切片成像（fluorescence micro-optical sectioning tomography,f MOST）,对小鼠全脑组胺能神经环路进行三维重构与解析,并进一步利用在体荧光探针、光遗传学干预等手段,验证关键组胺能神经环路的功能作用。首先,研究团队利用f MOST对HDC-Cre ERT2:Ai47小鼠脑内组胺能神经元进行重构与分析,发现小鼠全脑组胺能神经元胞体数量约为5000个,并精确重构了它们在TMN的空间分布的完整信息。为了重构小鼠中枢组胺能神经元输出图谱,本课题使用顺行病毒工具标记了小鼠组胺能神经元的胞体与纤维,并利用计算荧光像素点的方式首次将组胺能神经纤维在全脑588个核团的分布密度以量化的形式展示。发现组胺能神经投射末梢在不同脑区的分布密度差异较大后,将这些脑区按照组胺能纤维密集程度分为密集、中等、稀疏三大类,其中下丘脑各个亚区、苍白球等脑区投射密度较大。随后,为了验证组胺能神经纤维密度与组胺释放量之间的功能相关性,本研究利用在体组胺探针荧光记录与光遗传学病毒结合的方式,动态检测组胺浓度在纤维密度密集（MS脑区）、中等（中央杏仁核脑区）、稀疏的核团（海马CA3脑区）的变化,发现组胺能神经纤维在下游脑区的分布密度与组胺释放量之间的呈正相关。进一步,为了解析组胺能神经元在单个细胞水平的空间纤维分布特征,本课题使用能够稀疏标记神经元的病毒工具追踪了60个组胺能神经元单独的完整结构,发现大部分组胺能神经元并非拥有广泛而弥散的纤维投射,不同的组胺能神经元之间投射特征差异明显,而以MS与SC为典型下游的回溯分析则表明组胺能神经输出网络的结构的差异性且其分布位置并不存在明显的空间位置偏好。通过药理学手段与光遗传学技术操纵的方式,本研究发现TMN直接投射到MS脑区的组胺能神经环路可通过释放组胺调控小鼠的摄食行为,并且该作用不依赖于经典的组胺H1受体,而是通过组胺H2受体起效。最后,本课题利用逆向跨单突触病毒重构小鼠脑内组胺能神经元输入图谱,得到小鼠全脑组胺能神经元上游的神经元所在的脑区分布与数量信息。并进一步结合免疫组织化学染色对主要上游脑区的神经元类型进行了探究,发现TMN的上游除前侧下丘脑区域以抑制性输入为主,其他的主要输入核团均以兴奋性输入为主。由于大脑皮层神经元通常具有高等级的功能调控作用且结构复杂,本研究对组胺能上游的皮层神经元进行细致分析,发现它们几乎全部位于皮层的V与VIa亚层。而对171个位于皮层的神经元进行了完整结构的追踪与重构后,本研究分析了不同皮层的纤维结构与末梢分布位置,并总结它们之间的异同。总而言之,本课题利用顺行与逆行标记病毒工具结合转基因小鼠与f MOST等前沿技术,在全脑三维层面重构与分析得到了包含整个组胺能神经系统输出与输入信息的全面且单细胞精度的图谱;同时,结合组胺探针、光遗传学与药理学,验证了组胺投射密度与功能之间的相关性,其中投射到MS的组胺能神经环路通过组胺H2受体密切调控摄食。这些发现对于为将来细致解析组胺能神经环路功能提供了坚实的基础,也为有序剖析以组胺能神经系统为核心的机制研究和精准药物靶点开发提供了潜在的突破口与依据。