Batten病Cln3基因敲除模型中听觉神经生理缺陷的性别特异性与年龄相关性进展研究

《Journal of Neurodevelopmental Disorders》：Sex-specific and age-related progression of auditory neurophysiological deficits in the Cln3 mouse model of Batten disease

本研究针对CLN3疾病（又称幼年型Batten病）神经评估受限的临床难题，开发了基于听觉时长错配负波（MMN）范式的跨物种神经生理学生物标志物。研究人员通过高密度脑电图（EEG）纵向追踪Cln3-/-小鼠3-9月龄的听觉处理功能，发现突变小鼠存在显著的性别依赖性中枢听觉处理缺陷：雌性突变体表现为持续性MMN损伤，而雄性突变体呈现早期异常但随年龄改善的独特轨迹。该发现为Batten病的疾病进展监测和治疗干预评估提供了新型功能指标。

　　

在儿童神经发育障碍领域，神经元蜡样脂褐质沉积症（NCLs）是一组罕见的遗传性溶酶体贮积症，其中CLN3疾病（幼年型Batten病）是最常见的亚型。患者通常在4-7岁出现进行性视力丧失，继而出现认知衰退、癫痫和语言障碍，最终导致早夭。令人困惑的是，临床观察发现女性患者虽然发病较晚，但疾病进展更快且死亡更早。由于疾病早期就出现的视力障碍，使得基于视觉的神经认知评估变得困难重重。更棘手的是，这种疾病的罕见性（发病率约十万分之一）使得在人类研究中难以系统探索性别特异性疾病轨迹。因此，开发能够客观追踪疾病进展的跨物种生物标志物，成为Batten病研究领域的迫切需求。

以往研究表明，听觉系统在CLN3疾病中相对保持完整，这为研究中枢听觉处理功能提供了一个独特窗口。错配负波（MMN）作为反映大脑自动检测听觉变化能力的重要指标，与语言理解和认知功能密切相关，而这些功能正是CLN3患者受损的核心领域。研究团队此前在CLN3患者中已经发现听觉时长MMN的显著减少，提示听觉偏差辨别和感觉记忆过程存在缺陷。然而，人类研究的局限性促使团队转向基因背景可控的动物模型，以期深入探索神经生理机制。

本研究发表于《Journal of Neurodevelopmental Disorders》，研究人员建立了一个与人类研究平行的实验范式，在Cln3基因敲除（Cln3^-/-）小鼠中运用高密度脑电图（EEG）技术，纵向评估了3至9月龄雄性和雌性小鼠的听觉神经生理变化。这种听觉时长MMN范式与人类研究中使用的方法相似，能够评估听觉模式变化的自动检测能力。

研究采用的主要技术方法包括：通过植入32通道EEG电极阵列记录听觉诱发电位（AEP），应用听觉时长MMN范式（标准刺激50ms，偏差刺激100ms）评估中枢听觉处理功能，利用听觉脑干反应（ABR）检测排除外周听力损失的影响，采用线性混合效应（LME）模型分析年龄、性别和基因型对神经生理指标的交互作用，并通过错误发现率（FDR）校正进行多重比较的统计检验。实验对象为Cln3^-/-小鼠及其野生型（WT）同窝对照，样本包括11只雄性WT、8只雄性Cln3^-/-、6只雌性WT和7只雌性Cln3^-/-小鼠，均进行纵向追踪记录。

WT小鼠表现出稳健的听觉时长MMN响应

研究首先验证了听觉时长MMN范式在WT小鼠中的可靠性。如图1所示，两种性别的WT小鼠在3至9月龄均显示出清晰且稳定的AEP和MMN响应。MMN响应在前部至中央部电极分布最为显著，峰值出现在刺激后160-180ms时间窗口。WT小鼠的神经生理响应在整个观察期间保持稳定，为纵向研究提供了可靠基础。

Cln3^-/-小鼠表现出性别特异性MMN缺陷

与WT小鼠形成鲜明对比的是，Cln3^-/-小鼠表现出显著的性别和年龄依赖性缺陷。雄性突变小鼠呈现出动态的疾病轨迹：在3月龄时MMN响应反而增强，5月龄时急剧下降，而在7月和9月龄时又意外地恢复到接近WT水平。雌性突变小鼠则表现出截然不同的模式——从3月龄开始就出现持续性MMN缺陷，且随着年龄增长没有改善迹象。

雄性Cln3^-/-小鼠早期MMN缺陷在晚期得到补偿

进一步分析揭示，雄性Cln3^-/-小鼠的MMN变化具有明显的年龄依赖性波动（图3）。重复测量双因素方差分析显示显著的基因型与年龄交互作用，表明疾病进展在雄性小鼠中并非线性过程。空间拓扑图分析显示，3月龄时雄性突变小鼠在中央部电极的MMN幅度显著大于WT，而5月龄时则显著减小，到7月和9月龄时基因型差异消失。这种独特的"升高-降低-恢复"模式提示雄性小鼠可能存在代偿性神经机制。

雌性Cln3^-/-小鼠存在持续性的MMN缺陷

与雄性相反，雌性Cln3^-/-小鼠在所有测试年龄均表现出MMN幅度减少（图4）。统计分析显示显著的基因型主效应，表明雌性突变小鼠存在持续性的听觉处理缺陷。拓扑图分析进一步证实，与WT相比，雌性Cln3^-/-小鼠在160-180ms时间窗口 across multiple electrodes and age groups均显示MMN幅度降低。

外周听力正常表明缺陷源于中枢功能障碍

为排除外周听力损失的影响，研究人员检测了ABR听力阈值（图5）。结果显示，所有测试年龄的WT和Cln3^-/-小鼠听力阈值均低于EEG实验使用的80dB SPL声强，且基因型间无显著差异。尽管两组小鼠都表现出与C57BL/6J品系相关的年龄相关性听力损失趋势，但这种变化不影响当前实验条件下的结果解读，证实观察到的MMN缺陷确实源于中枢听觉处理功能障碍。

AEP分析揭示MMN缺陷的神经生理基础

通过分析标准刺激和偏差刺激的AEP，研究人员深入探索了MMN缺陷的起源。在雄性Cln3^-/-小鼠中，标准AEP和偏差AEP都表现出与MMN相似的年龄依赖性波动模式，但偏差AEP的变化更为显著（图6）。而在雌性Cln3^-/-小鼠中，两种AEP均呈现渐进性下降，且随着年龄增长愈发明显（图7）。线性混合效应模型分析证实了基因型、年龄和性别之间存在显著的三重交互作用，表明听觉处理的损伤模式具有高度的性别特异性。

本研究首次在Batten病动物模型中揭示了听觉神经生理缺陷的性别二态性和年龄相关性进展规律。研究结果表明，CLN3蛋白缺失对中枢听觉处理的影响远非单一模式，而是表现出复杂的性别特异性轨迹。特别是在雄性Cln3^-/-小鼠中观察到的晚期代偿现象，为理解神经可塑性在神经退行性疾病中的作用提供了新视角。

该研究的重大意义在于建立了听觉时长MMN作为CLN3疾病的转化神经生理学生物标志物。这种非侵入性的EEG测量方法与人类研究直接可比，克服了传统行为学测试在跨物种研究中的局限性。对于像Batten病这样的罕见病，这种客观、敏感的生物标志物在临床试验中具有特殊价值，能够检测潜在治疗干预措施的细微效果。

研究结果对临床实践具有重要启示。雌性Cln3^-/-小鼠表现出的进行性听觉处理缺陷，与临床观察到的女性患者更快疾病进展相呼应，提示可能需要针对不同性别制定差异化的监测和治疗策略。此外，该实验范式可扩展到其他神经发育障碍的研究中，为理解感觉处理缺陷的共性机制提供新途径。

未来研究需要进一步探索这些神经生理缺陷背后的分子和细胞机制，特别是蜡样脂褐质积累与听觉功能障碍之间的关系，以及雄性小鼠中观察到的代偿现象的神经基础。将EEG测量与病理标志物分析相结合，有望为Batten病提供更全面的疾病进展评估框架，最终推动有效治疗策略的开发。