血栓调节蛋白-1（Thrombospondin-1）调控海马CA2区的突触传递以及小鼠的社会行为

《Neurobiology of Aging》：Thrombospondin-1 regulates synaptic transmission in hippocampal field CA2 and social behavior in mice

TSP1通过调控CA2区突触传递和神经胶质信号影响社交行为，敲除TSP1的小鼠表现出CA2区突触密度降低、AMPAR/NMDAR比值升高及兴奋性突触后概率增强，同时伴随社会交互能力显著受损，但空间记忆未受影响。

　　### TSP1在神经发育和精神疾病中的关键作用：从突触功能到社交行为的调节机制

#### 引言：TSP1与神经连接的密切关系

在哺乳动物的中枢神经系统（CNS）中，化学突触是神经元之间信息传递的主要方式。突触的形成、重塑以及消除过程受到严格调控，以确保适当的神经网络构建和大脑功能的正常运作。尽管突触在整个生命周期中保持高度动态性，但出生后的早期阶段是突触形成和特化的关键窗口期。突触组织蛋白的功能异常可能导致突触发育的紊乱，这种现象在神经发育障碍和精神疾病中非常常见，例如自闭症谱系障碍（ASD）。

近年来的研究表明，由胶质细胞分泌的分子在塑造突触连接中发挥着重要作用。这些分子不仅调节突触的形成，还参与其维持和可塑性。其中，血栓调节蛋白（Thrombospondin, TSP）是胶质细胞来源的分泌因子中最为著名的一类。TSP家族成员（TSP1–5）在中枢神经系统中广泛表达，尤其是在早期发育阶段，TSP1和TSP2在兴奋性突触生成过程中起着关键作用。

TSP1是一种由星形胶质细胞分泌的细胞外基质（ECM）糖蛋白，其在体外已被证明可以促进突触生成。然而，关于TSP1在体内功能的了解仍然有限。值得注意的是，TSP1基因（THBS1）的突变在人类中与神经发育障碍相关，但其具体的神经生物学机制尚不清楚。此外，TSP1基因的多态性已被与自闭症谱系障碍（ASD）及其他神经精神疾病联系起来，这提示TSP1可能在神经发育过程中起着重要的调节作用。

本研究通过使用TSP1基因敲除小鼠，评估了TSP1对突触功能、认知和情绪过程的影响。结果显示，TSP1的缺失导致CA2区域的包绕神经元网（perineuronal nets, PNNs）密度降低，并增强了CA2区域的突触传递，但对CA1区域没有显著影响。这表明TSP1可能在特定的神经回路中发挥重要作用，特别是在调节社交行为和情绪功能方面。此外，研究还发现，TSP1信号的改变可能与某些精神疾病中的社交和情绪功能异常有关。

#### 方法：实验设计与技术手段

本研究采用了一系列实验方法来评估TSP1对突触功能和行为的影响。首先，使用TSP1基因敲除小鼠（TSP1 KO）和野生型小鼠（WT）进行组织学和电生理学分析。通过共聚焦显微镜对TSP1 KO和WT小鼠的海马体CA1和CA2区域进行分析，评估突触结构的变化。

在电生理学实验中，研究人员对TSP1 KO和WT小鼠的海马体CA1和CA2区域的锥体神经元（PNs）进行了全细胞膜片钳记录，测量了突触传递的改变。为了评估TSP1对突触功能的影响，研究人员在不同刺激条件下记录了突触后电流（EPSCs）和突触前释放概率的变化。

在行为学实验中，研究人员使用了多种测试方法，包括三室社交测试（three-chamber test）、开放场测试（open field test）、新物体识别任务（novel object recognition task）以及空间新颖性偏好Y迷宫测试（spatial novelty preference Y-maze task）。这些测试旨在评估TSP1 KO小鼠在社交互动、焦虑、抑郁和空间记忆方面的表现。此外，研究人员还进行了光暗转换测试（light/dark transition test）和强迫游泳测试（forced swim test），以进一步探讨TSP1对情绪行为的影响。

为了确保实验结果的可靠性，研究人员在统计分析过程中采用了盲法，并使用GraphPad Prism 9软件进行数据处理。所有实验数据均以均值±标准差（mean ± SD）的形式呈现，并且在每个实验中都注明了独立实验或生物样本的数量以及所使用的统计检验方法。

#### 结果：TSP1在CA2区域的特异性作用

研究发现，TSP1 KO小鼠在海马体CA1区域的突触结构和功能未受到显著影响。在CA1区域，无论是GluA1还是PSD-95的定位密度，均未表现出明显的差异。此外，GluA1与PSD-95的共定位也没有显著变化。这表明TSP1可能在CA1区域的突触功能中并不起关键作用。

然而，在CA2区域，TSP1的缺失导致了显著的突触功能改变。具体而言，TSP1 KO小鼠在CA2区域表现出增强的突触传递，表现为AMPAR/NMDAR比率的增加以及突触前释放概率的提升。这些变化与TSP1在体外促进突触生成的特性相吻合，但其在体内的具体作用机制仍需进一步探讨。

此外，研究还发现TSP1 KO小鼠在CA2区域的包绕神经元网（PNNs）密度显著降低。PNNs在调节突触可塑性和神经元功能中起着关键作用，因此TSP1的缺失可能导致突触功能的紊乱，进而影响社交行为和情绪调节。

在行为学方面，TSP1 KO小鼠表现出严重的社交行为缺陷，如对同性个体的互动减少、对新物体的探索增加，以及在社交记忆测试中表现出明显的缺陷。然而，这些小鼠的空间记忆和物体识别记忆功能未受到显著影响，这提示TSP1可能主要参与调节社交和情绪相关的行为，而非空间记忆。

#### 讨论：TSP1的调节作用与神经疾病的关系

TSP1作为星形胶质细胞分泌的糖蛋白，其在调节突触功能和神经回路中的作用可能具有特定的区域性和功能性。研究发现，TSP1在CA2区域的突触功能中起着关键作用，而这一区域在社交行为和情绪调节中具有独特的功能。因此，TSP1的缺失可能导致CA2区域突触功能的紊乱，进而影响社交和情绪行为。

CA2区域与CA1和CA3区域在基因表达、连接性和激素调控方面存在显著差异。这种区域特异性可能解释了TSP1在CA2中的重要作用。此外，CA2区域的锥体神经元接收来自多个来源的突触输入，包括来自CA3、齿状回和内嗅皮层的输入，以及来自下丘脑的输入。这些输入在社交和新颖性信息处理中起着重要作用，因此TSP1的缺失可能影响这些信息的整合和处理。

研究还发现，TSP1的缺失可能影响抑制性突触的功能。在CA2区域的SO（stratum oriens）中，TSP1 KO小鼠表现出抑制性突触前释放概率的降低，这可能进一步影响CA2区域的整体功能。这些发现表明，TSP1可能通过调节兴奋性和抑制性突触的功能来影响社交和情绪行为。

此外，TSP1与α2δ-1蛋白的相互作用可能在调节突触功能中起着关键作用。α2δ-1是TSP1的主要受体之一，其在调节AMPAR的可塑性和突触传递中发挥着重要作用。TSP1的缺失可能影响α2δ-1的功能，从而导致突触功能的紊乱。这一发现为理解TSP1在神经发育障碍和精神疾病中的作用提供了新的视角。

#### 结论：TSP1作为社交行为和情绪调节的关键调节因子

综上所述，TSP1在调节海马体CA2区域的突触功能和社交行为方面起着至关重要的作用。研究发现，TSP1的缺失导致CA2区域PNNs密度的降低，这可能影响突触可塑性和神经元功能，进而导致社交行为的严重缺陷。然而，TSP1 KO小鼠的空间记忆和物体识别记忆功能未受影响，这提示TSP1可能主要参与调节与社交和情绪相关的神经回路。

此外，研究还发现TSP1的缺失可能导致焦虑和抑郁样行为的变化。这表明TSP1在情绪调节中可能具有重要作用。然而，这些变化的具体机制仍需进一步研究。

研究结果还提示，TSP1可能在自闭症谱系障碍（ASD）等神经发育障碍中发挥关键作用。尽管TSP1的血清水平在ASD患者中未发生显著变化，但局部、回路特异性的TSP1功能可能对这些疾病的发生和发展起着重要作用。

总之，TSP1作为一种重要的胶质细胞分泌因子，在调节突触功能和社交行为方面具有关键作用。未来的研究应进一步探讨TSP1在不同脑区和神经回路中的具体作用机制，以及其在神经发育障碍和精神疾病中的潜在治疗价值。