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近日，浙江大學第四醫(yī)院和一帶一路國際醫(yī)學院國際醫(yī)學健康研究院的沈穎和浙江大學邵逸夫醫(yī)院的陳煒以及杭州師范大學的王新泰團隊在Protein & Cell雜志發(fā)表了題為Aberrant outputs of cerebellar nuclei and targeted rescue of social deficits in an autism mouse model的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)在Neurolign3R451C基因突變小鼠中，小腦核團向丘腦、中腦和腦干的36個核團的投射存在顯著差異性，調(diào)控小腦核團向未定帶核團的投射可以改善自閉癥小鼠的社交異常。

Neuroligin 3是神經(jīng)核團之間突觸連接重要的黏附分子，家系遺傳研究中發(fā)現(xiàn)其編碼基因Nlgn3中的R451C變異與自閉癥密切關(guān)聯(lián)。本文研究團隊提出自閉癥相關(guān)基因Nlgn3突變是否導(dǎo)致小腦-前腦神經(jīng)核團投射異常，以及投射異常是否導(dǎo)致自閉癥樣行為的核心原因。基于上述科學問題，團隊首先采用AAV1-hSyn-Cre-EGFP病毒和Ai9小鼠來分別觀察小腦的三個亞核團（即FN, IN和DN）的下游接收核團的情況，通過連續(xù)切片，腦圖譜配準和針對CN中的起始神經(jīng)元數(shù)量的歸一化處理進行投射差異化的分析，發(fā)現(xiàn)CN亞核團對間腦和腦干投射存在異質(zhì)性。

為研究Nlgn3突變對小腦輸出的影響，團隊通過將Nlgn3R451C小鼠與 Ai9小鼠雜交，結(jié)合AAV1-hSyn-Cre-EGFP順行跨突觸病毒，分析小腦核團對丘腦、中腦和腦干的36個核團的投射。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Nlgn3R451C小鼠FN對CL、MD 和 VTA投射減弱，對ZI投射增強；IN對VTA 和 PB投射減弱，對ZI投射增強；DN對PB 和 Po投射減弱，同樣對ZI投射增強。團隊分析Nlgn3R451C突變導(dǎo)致這些核團間投射改變的內(nèi)在規(guī)律，發(fā)現(xiàn)對丘腦、中腦和腦干中的接收神經(jīng)元數(shù)目產(chǎn)生了特異性作用：1）Nlgn3R451C突變極大地改變了某些核團的投射，例如對側(cè)ZI和同側(cè)RN和InC；2）Nlgn3R451C突變對小腦下游對側(cè)與同側(cè)核團投射有不同改變，如增強了對側(cè)ZI的投射，但幾乎不影響同側(cè)ZI；改變同側(cè) PFFN的投射，但對對側(cè)PFFN沒有影響；3）Nlgn3R451C突變對某些核團的對側(cè)與同側(cè)有相同影響，如SPFIN；4）Nlgn3R451C突變對下游核團投射的改變與到核團的距離無相關(guān)性。

接下來，團隊成員研究了Nlgn3R451C突變對下游核團的靶神經(jīng)元類型的影響，結(jié)合熒光示蹤和抗體染色，發(fā)現(xiàn)Nlgn3R451C突變不改變VLIN中vGluT2+和GABA+神經(jīng)元數(shù)目，而ZIIN中g(shù)lutamine+、parvalbulmin+、nNOS+和GABA+神經(jīng)元數(shù)目均明顯增加。

接下來，團隊探究 ZIIN 和 ZIDN 神經(jīng)元增多對自閉癥行為的影響。首先利用化學遺傳學方法，特異性地抑制ZIIN 和 ZIDN 神經(jīng)元可顯著恢復(fù)Nlgn3R451C突變小鼠社交趨新性；在居住入侵行為測試中，注射了CNO的突變小鼠的社交認知能力也有一定程度的恢復(fù)。進一步，使用 DIO-hM3Dq-EGFP激活野生型小鼠 ZIIN 和 ZIDN 神經(jīng)元，可導(dǎo)致小鼠社交受損。此外，向 IN/DN 注射了AAV2/9-hSyn-oChIEF-tdTomato后，在IN/DN→ZI 環(huán)路的軸突末端同時進行了光纖刺激和微電極陣列記錄。局部場電位記錄表明藍光刺激會引起 ZI 的強烈激活，與行為觀察結(jié)果一致。

最后，團隊探究ZIIN和ZIDN神經(jīng)元的下游靶標，在注射跨突觸示蹤病毒AAV1-hSyn-Cre-EGFP的基礎(chǔ)上，再在ZI后背側(cè)注射非跨突觸示蹤病毒。結(jié)果顯示ZIIN和ZIDN神經(jīng)元投射到多個皮層和紋狀體區(qū)域（尾狀核、次級軀體感覺皮層和內(nèi)嗅皮層）、丘腦（束旁核、丘腦后核和上丘）、中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)和腦橋網(wǎng)狀核，其中一些核團（尾狀核、內(nèi)嗅皮層和中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)）已被證實與社交行為相關(guān)，提示Nlgn3R451C突變導(dǎo)致的CNZI投射改變，可能是通過影響下級核團活性導(dǎo)致小鼠社交能力受損。

本文工作集中在兩個方面：1） 追蹤從小腦核到腦干、中腦和丘腦的 36 個核的 50168 個神經(jīng)元投射，并創(chuàng)建了一個包含 50,168 個神經(jīng)元的三維坐標的數(shù)據(jù)庫。揭示了 Nlgn3R451C 突變引起的小腦投射的顯著差異變化。事實上，本文是首次對導(dǎo)致異常腦回路的疾病基因進行大規(guī)模分析。2） 首次通過控制小腦投射可以改善社交障礙，通過改變小腦核向未定帶的投射可以改善自閉癥小鼠社交異常，提示小腦輸出失衡導(dǎo)致社交障礙是自閉癥發(fā)病機制的重要原因。簡而言之，該工作為理解小腦功能障礙導(dǎo)致社交互動缺陷的神經(jīng)環(huán)路機制提供了重要依據(jù)。利用該方法，未來可應(yīng)用于探究其他綜合征和非綜合征性自閉癥小鼠模型中小腦-大腦連接的結(jié)構(gòu)變化，對將來在小腦施加特定非侵入性刺激治療精神疾病具有重要的臨床意義。