Nature子刊研究证实催产素能改善孤独症小鼠社交行为

　　本期解读嘉宾：袁老师
　　■     哈佛大学医学院脑科学博士后
　　■     哈佛大学附属BWH脑科学专家
　　■     小小神经元首席脑科学家
　　《Scientific Report》(中文译名：科学报道)创刊于2011年，作为Nature出版旗下子刊，该刊目前由Nature-Springer出版集团在线出版发行。作为一本OA期刊，Scientific Reports主要刊载有关自然科学和临床科学的原创性研究结果，内容覆盖生命科学、物理、化学、地球科学等诸多领域。主要栏目为论著，综述、病例报道、通信类文章等一般不在考虑之列。2014-2020年 SR杂志上发表的文章逐年递增，从2016年起基本稳定在两万多篇。
　　本文涉及专业内容，阅读难度较大，家长们可选择  标出的重点内容  进行浏览
　　研究团队介绍
　　西森克彦教授
　　西森克彦教授于1980年获得东京大学博士学位，东京大学是日本第一所国立综合性大学，也是亚洲最早的西制大学之一， 东大培养了包括11名诺贝尔奖得主、6名沃尔夫奖得主、1名菲尔兹奖得主、16位日本首相、21位（帝国）国会议长在内的一大批学术名家、工商巨子、政界菁英。 东大位列2020软科世界大学学术排名第26位，日本全国第1位 。
　　1994年起，他在美国得克萨斯州霍斯顿的贝勒医学院从事催产素（OXT）基因KO小鼠的制造和分析。从这后，西森克彦教授一直从事OXT受体（OXTR）系统在社会行为中的作用，以及OXT治疗孤独症谱系的脑内机制分析。
　　西森克彦教授为催产素的研究资源开发做出了巨大贡献，特别是在治疗孤独症的精神病学、阐明社会神经基础的心理学和脑科学等领域 。其中，相继研制出OXTR基因KO、oxytocin基因KO，OXTR-cDNA.HA-IRES-Cre基因敲入、OXTR（fx/fx）、OXTR-Venus knockin等各基因操作小鼠，实现了OXTR表达神经元的可视化。
　　此外，还研发了啮齿动物和平原哈塔老鼠的生殖工程技术，这些啮齿动物在美国中西部的向社会行为中具有高度的社会性；以及OXTR基因KO平原哈塔鼠的开发，这些老鼠在世界上首次将CRISPR/Cas9方法应用于平原哈塔鼠， 已在OXT和受体系统的研究中得到广泛应用，并取得了许多成果 。
　　研究内容及成果
　　来自东京大学的西森克彦教授团队，通过慢病毒转染方式，开发出模拟体内催产素信号通路的方法，来 激活小鼠催产素受体神经元，进而拮抗小鼠孤独症行为 。这一发现，为未来孤独症的治疗方法开启了新的可能。
　　催产素受体神经元位于大脑外侧隔（LS）区域。首先，为了验证作者们的小鼠大脑外侧隔区域是否与社交行为相关，研究人员检测了该区域c-Fos蛋白的表达情况，c-Fos蛋白是神经细胞激活的标志蛋白，当神经元被激活，它会快速上调表达水平。
　　研究发现，处于社交情境下的小鼠确实在该区域大量表达c-Fos。
　　然后，研究人员使用广泛认可的药物VPA（valproic acid, 丙戊酸）来诱导小鼠孤独症行为, 具体来说，研究人员在怀孕12.5天的OXTR-Cre母鼠中腹腔注射600mg/kg VPA，观察产后小鼠的孤独症行为。
　　观察发现，小鼠仔们确实发生了孤独症样行为，证实了该孤独症小鼠模型可用于后续研究。
　　为了让小鼠催产素受体神经元产生催产素样信号通路，研究人员使用慢病毒转染方式，在大脑外侧隔表达了hM3Dq（DREADD subtype 3）基因。
　　hM3Dq本身和Gaq偶联结合，在与CNO（clozapine N-oxide）蛋白结合后，可以发出信号来激活神经元；这个方式和催产素信号通路类似。
　　通过该方式干预，研究人员发现经VPA处理后的＂携带催产素受体神经元的小鼠仔＂的社交障碍样行为被显著逆转，同时该小鼠的焦虑表现也被显著逆转。
　　图1
　　通过图1的实验，证实了信号干预方法（即慢病毒表达hM3Dq）促进小鼠类催产素信号通路对＂携带催产素受体神经元的VPA处理孤独症小鼠仔＂有保护作用。
　　研究人员进一步使用另一种孤独症模型，NL3 R451C突变小鼠，进行了验证。
　　NL3（Neuroligin 3）表达在神经细胞突触后，可以调节突触再生，进而影响神经细胞的信号传导（神经突触与孤独症的关系可点击此处回顾前期科学速递） ，NL3 R451C点突变在临床患者中经常发生，携带该基因突变的小鼠是公认的孤独症模型小鼠。
　　研究人员将NL3 R451C突变小鼠和OXTR-Cre小鼠（Oxytocin Receptor, OXTR）交配，得到携带催产素受体神经元且同时发生NL3 R451C突变的小鼠后代。
　　采用和图1研究相同的信号干预方法后发现，在＂社交歧视＂单厢实验中，干预激活OXTR神经元后，小鼠的社交障碍可以被显著逆转 。然而，在其它孤独症行为实验中，如重复刻板行为检测等，并没有发挥作用 。
　　图2
　　通过图1和图2的研究，展示了工程化激活OXTR受体神经元的方法，可以拮抗孤独症行为的实验结果。接下来，研究人员将进一步对这种方法的作用机制进行研究。
　　为此，他们开发了一个AAV-E-SARE-FLEX-tdTomato慢病毒，该慢病毒转染小鼠后，可以表达神经突触相应元件E-SARE，来反应神经细胞的早期激活，进而表明当催产素样信号通路激活时，周围哪些区域的神经细胞可以被投射激活。
　　实验发现，在社交刺激时，大脑外侧隔神经元的信号，可以投射到medial septum（MS）, nucleus of the vertical limb of the diagonal band(VDB), corpus callosum (cc), cingulum (cg) 和海马的CA1区域等5个区域。其中，前4个区域在非社交刺激时也能投射，只有海马CA1区域在社交刺激时被特异性投射激活 。
　　图3
　　最后，研究人员还对OXTR受体神经元的类型做了研究。
　　通过Gad67和OXTR染色发现，大部分OXTR阳性细胞在共聚焦显微镜下和Gad67阳性细胞共定位，说明OXTR受体神经元大部分是GABA能神经元 。这个结果和理论预期一致。
　　图4未来研究方向
　　在本研究中，研究人员利用了2种孤独症小鼠模型，来验证其方法的有效性。
　　这种通过模拟激活小鼠催产素受体神经元，来拮抗孤独症的方式，非常具有创新性。
　　虽然目前离临床转化还有很大的距离，但走出了第一步才会有更广阔的前景。催产素是目前而言，治疗孤独症最有希望的靶点之一 。
　　另外，该项研究的不足之处也是很明显的。首先，研究人员开发的这项方法从原理上和催产素信号通路激活并不完全一致，只是比较类似，因此至少还需要在体外实验中证实两者的信号通路基本一致；
　　其次，该方法在两种小鼠上的拮抗孤独症行为程度不一样，且有的孤独症行为拮抗并没有观察到 ，如重复刻板行为，而这些现象背后的原因研究团队并并没有给出很好的解释；
　　最后，该方法还需要更多的研究者能够成功复制以证实其有效性 。因为在本实验中，缺乏很多对照实验，无法完全排除假阳性的可能。
　　据美疾控中心2020年的报告，美国孤独症的发病率已高达1/54 ，这是什么概念呢？相当于在一节高峰时期的地铁车厢内就可能有一位孤独症患者 。
　　而目前中国有超过1000万的孤独症患者，其中12岁以下的患者约有300多万 ，这并不意味着我们的发病率低，而可能是很大一部分患者连诊断的机会也没有。
　　孤独症不再是一种罕见病，所以面对孤独症无法医治的现状，科学家们也在锲而不舍地进行研究，像主导该项研究的西森教授，在催产素这个领域就投入了27年 。
　　所以，哪怕只是理论上的新进展，我们也希望将这些国际上最新的研究成果分享给大家，以科学的态度看待孤独症，不听信所谓＂能治好自闭症＂的药物或是治疗方式。