揭秘 PV+神经元中聚集蛋白聚糖敲除的奥秘：对神经网及神经元功能的独特影响

在精神疾病研究中，细胞外基质（ECM）作用重大，尤其是围绕小白蛋白阳性（PV+）神经元的神经周网（PNNs）。研究人员通过构建敲除小鼠模型和使用腺相关病毒，发现 PV+神经元中聚集蛋白聚糖（ACAN）敲除有不同影响，这为相关疾病研究提供新方向。

　　在大脑的奇妙世界里，神经细胞之间的 “通信网络” 对于我们的认知、情感和行为起着至关重要的作用。细胞外基质（ECM）作为这个网络的重要组成部分，近年来受到了科学家们的广泛关注。其中，神经周网（PNNs）是一种特殊的细胞外基质结构，主要围绕在小白蛋白阳性（PV⁺）神经元周围。PNNs 在神经网络的成熟和大脑可塑性的调节中扮演着关键角色，就像给神经元的 “通信线路” 加上了一层特殊的 “保护罩”，影响着神经元之间信号传递的效率和稳定性。

然而，目前关于 PNNs 和 PV⁺神经元的研究仍存在许多未解之谜。比如，虽然已知聚集蛋白聚糖（ACAN）是 PNN 组装的关键成分，但不清楚它是否由 PV⁺神经元自身产生。而且，以往研究在探讨 PNNs 对神经元功能的影响时，由于实验方法的差异，结果常常相互矛盾，难以得出明确结论。此外，在精神疾病如精神分裂症和自闭症中，PNN 和 PV⁺神经元的功能发生了改变，但具体机制尚不清楚。这些问题就像一团团迷雾，笼罩着神经科学领域，亟待科学家们去揭开谜底。

为了解开这些谜团，来自挪威奥斯陆大学（University of Oslo）的研究人员开展了一项深入的研究。他们通过构建特定的基因工程小鼠模型（ACAN^flx/PV^cre），实现了在 PV⁺神经元中靶向敲除 ACAN 基因；同时，利用腺相关病毒（AAV）技术，在成年小鼠中特异性地敲低 ACAN 的表达。通过一系列实验，研究人员发现，在生殖系中敲除 ACAN 基因会导致 PV⁺神经元周围的 PNNs 消失，但令人惊讶的是，成年 ACAN^flx/PV^cre小鼠的 PV⁺中间神经元的电生理特性和眼优势可塑性与对照组相似。相反，在成年小鼠中通过 AAV 介导的 ACAN 敲除则增加了眼优势可塑性。此外，研究还发现，ACAN^flx/PV^cre小鼠在空间学习过程中采用了更大胆的搜索策略，并且在开放场和零迷宫实验中表现出较低水平的焦虑相关行为。这些研究结果为我们理解 PNNs 和 PV⁺神经元的功能以及它们在精神疾病中的作用机制提供了新的视角，也为未来开发针对精神疾病的治疗方法提供了潜在的靶点和理论依据。该研究成果发表在《Molecular Psychiatry》杂志上。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在动物模型构建方面，通过将 ACAN^flox小鼠与 PV^cre小鼠杂交，获得 ACAN^flx/PV^cre小鼠用于生殖系基因敲除研究；同时利用 AAV 载体，在成年 ACAN^flx小鼠中实现 PV⁺神经元的 ACAN 基因敲低。在检测分析方面，运用电生理学记录技术，记录 PV⁺神经元的电生理特性；采用行为学测试，如 Morris 水迷宫实验、开放场实验和零迷宫实验，评估小鼠的学习记忆和焦虑相关行为；借助 qPCR 技术，检测相关基因的表达水平；利用免疫组化技术，观察 PNNs 和相关蛋白的表达与分布。

下面详细介绍研究结果：

• PV⁺神经元靶向敲除 ACAN 可阻止 PNNs 形成：研究人员通过杂交获得 ACAN^flx/PV^cre小鼠，免疫组化结果显示，PV⁺细胞中的聚集蛋白聚糖和常用的 PNN 标记物 Wisteria Floribunda 凝集素（WFA）消失，而非 PV 神经元仍有少量被 PNNs 包裹。这表明 PV⁺神经元周围 PNN 的形成依赖于神经元自身 ACAN 的表达。进一步研究发现，虽然免疫组化未观察到神经 can 和 tenascin-R 表达的显著变化，但 qPCR 分析显示，在 ACAN^flx/PV^cre小鼠中，这两种 PNN 成分的基因表达上调，同时 semaphorin-3a 表达降低，提示可能存在补偿机制。
• 生殖系破坏 WFA⁺ PNNs 不影响 PV⁺神经元的内在电生理学特性：研究人员对成年 ACAN^flx/PV^cre小鼠和对照组小鼠的 V1 区快放电 PV⁺神经元进行全细胞膜片钳记录。结果发现，尽管敲除组 PV⁺神经元缺乏 WFA⁺ PNNs，但在静息膜电位、输入电阻、放电频率 - 电流曲线等电生理特性方面，与对照组并无差异，有效电容也未发生变化。这一结果挑战了以往认为 PNNs 对 PV⁺神经元电生理特性有重要影响的观点。
• 成年小鼠中 PV⁺特异性删除 ACAN 导致单眼剥夺后眼优势转移：研究人员通过记录初级视觉皮层（V1）的局部场电位（LFP），研究眼优势可塑性。结果显示，在单眼剥夺前，ACAN^flx/PV^cre、ACAN^flx+AAV-PV^cre和 PV^cre对照组之间的 LFP 活动无显著差异。单眼剥夺后，ACAN^flx+AAV-PV^cre小鼠出现眼优势向同侧眼的转移，而 ACAN^flx/PV^cre小鼠未出现这种变化。这表明成年小鼠中 PV⁺特异性删除 ACAN 可增加 V1 区的可塑性，而生殖系敲除可能由于补偿机制，未表现出类似的可塑性变化。
• ACAN^flx/PV^cre和 PV^cre小鼠在空间学习中采用不同策略：在 Morris 水迷宫实验中，ACAN^flx/PV^cre小鼠在训练过程中路径长度和到达平台的潜伏期均短于 PV^cre小鼠，且更倾向于使用 “扫描” 策略，减少了 “趋壁行为”（thigmotaxis，一种焦虑相关行为指标）的发生。在记忆测试中，24 小时后的探针试验里，ACAN^flx/PV^cre小鼠到达平台区域的潜伏期较短，但在 21 天的测试中，两组无显著差异。在反转学习实验中，两组学习能力无差异。这些结果表明，ACAN^flx/PV^cre小鼠在水迷宫任务中的优势可能源于较低的焦虑水平，而非认知能力的差异。
• ACAN^flx/PV^cre小鼠焦虑样行为水平较低：在开放场实验和零迷宫实验中，ACAN^flx/PV^cre小鼠与对照组相比，在开放区域停留的时间更长，进入开放区域的次数虽少但停留时间长，且在开放区域的探索行为减少，如后肢站立次数减少。这些行为表明 ACAN^flx/PV^cre小鼠焦虑水平较低，风险评估能力较弱。
• 体内而非体外 chABC 处理 PNN 缺陷的 ACAN^flx/PV^cre小鼠可降低 PV⁺放电率并增加兴奋性活动：研究人员给成年 ACAN^flx/PV^cre小鼠注射软骨素酶 ABC（chABC），发现处理后的 V1 区 PV⁺细胞放电率降低，最大放电频率下降，兴奋性突触后电流（sEPSC）频率增加，抑制性突触后电流（sIPSC）幅度减小。而体外急性 chABC 处理未观察到特异性影响。这表明体内 chABC 处理对 PV⁺神经元兴奋性的影响可能与 PNN 消化有关，但具体机制仍需进一步研究。

研究结论和讨论部分表明，生殖系敲除 PV⁺神经元中的 ACAN 是破坏该神经元周围 PNN 发育的有效方法，但 WFA⁺标记的 PNNs 缺失对 V1 区 PV⁺中间神经元的记忆处理或内在生理特性影响较小。这一发现对 PNNs 在记忆处理中的作用以及 PV⁺神经元依赖 PNNs 发挥功能的观点提出了质疑。同时，研究中成年小鼠和生殖系敲除小鼠结果的差异，提示可能存在补偿机制来维持正常功能。未来需要进一步研究生殖系和成年期基因敲除对 PNNs 的影响，以及 chABC 处理的真正效果，这将有助于深入理解 PNNs 和 PV⁺神经元在神经系统中的作用机制，为精神疾病的治疗和干预提供更坚实的理论基础。