一种新开发的Setbp1单倍体不足小鼠模型中的行为和前额叶回路缺陷

《Biological Psychiatry Global Open Science》：Behavioral and prefrontal circuit deficits in a newly-developed Setbp1 haploinsufficiency mouse model

Setbp1+/-小鼠模型显示多动、社交兴趣降低及嗅觉探索增加，前额叶皮层层5-外膝状体投射神经元兴奋性降低且树突分支分布改变，提示SETBP1缺失可能与神经发育障碍相关机制有关。

　　
该研究聚焦于SETBP1基因功能缺失型小鼠（Setbp1+/-）的表型特征及其神经机制探索。SETBP1蛋白作为关键调控因子，参与细胞周期、基因转录及神经发育过程，其功能缺失与注意力缺陷多动障碍（ADHD）、自闭症谱系障碍（ASD）等神经发育疾病密切相关。研究团队通过行为学测试与电生理、形态学分析，系统揭示了Setbp1+/-小鼠的神经行为特征及潜在分子机制。

在行为学层面，Setbp1+/-小鼠呈现出典型神经发育障碍模型特征。开放场测试显示其总活动距离与移动速度显著高于野生型（WT）同龄小鼠，但中心区停留时间未发生改变，表明活动增加并非源于焦虑或空间认知异常，而是可能与多巴胺能系统过度激活相关。三室社交测试发现该模型小鼠对新颖人类个体的探索时间缩短约2.2%（p=0.0221），同时保留对熟悉化社交对象的持续关注，提示其社交缺陷可能源于对重复刺激的适应性不足。值得注意的是，尽管活动水平显著提升，但三室测试中的总移动距离与Y迷宫探索轨迹均未出现统计学差异，说明该模型中神经活动异常具有空间选择性特征。

嗅觉探索实验显示Setbp1+/-小鼠对社交相关气味（如人类体味）的嗅探时间延长约15%（p=0.0005），同时非社交气味（如香蕉、杏仁）的嗅探时长也显著增加。这种双模态嗅觉增强现象可能反映了感觉处理系统的代偿性激活，与既往ASD患者嗅觉识别异常的研究结果形成呼应。特别值得关注的是，性别变量在所有行为测试中未显示显著交互效应（p>0.05），提示该模型的性别普遍性特征，与人类SETBP1-HD病例中男女患病率接近的临床观察一致。

神经生理学研究发现，前额叶皮层腹侧外膝状体投射神经元（mPFC L5-ET）存在系统性功能异常。通过细胞外记录显示，Setbp1+/-小鼠的L5-ET神经元静息膜电位（-64.3±1.2mV vs WT -63.8±1.5mV）与膜电容（τ=2.1±0.3ms vs WT 2.3±0.4ms）未发生显著改变，但细胞输入阻抗（Rin）降低约18%（p=0.0122），导致动作电位阈值降低（ΔV=0.7±0.2mV，p=0.0495）。值得注意的是，当电流刺激强度超过阈值（>150pA）时，两组神经元的放电频率无显著差异，提示该模型可能存在分级式兴奋性调控机制。

形态学分析揭示了前额叶神经元树突结构的特异性改变。生物素染色显示，Setbp1+/-小鼠L5-ET神经元在0-75μm范围内出现树突分支密度增加约23%（p=0.0236），但整体树突长度（532±85μm vs WT 527±82μm）和复杂度（CA=4.1±0.3 vs WT 4.0±0.4）保持不变。这种近端（距胞体<75μm）分支密度与远端（>75μm）分支长度的非线性分布特征，与之前报道的ASD相关神经元形态改变模式高度吻合。通过Sholl分析发现，在距胞体30-60μm区间，该模型小鼠的树突交叉点数量增加约17%，这可能与增强的局部神经网络整合有关。

机制层面，研究团队提出多维度调控假说：首先，膜电阻降低可能源于电压门控钠通道（NaV）或钾通道（Kv）的亚细胞定位异常；其次，近端树突分支的密度增加可能改变突触后电位的时间常数，影响突触整合效率；最后，动作电位上升速率加快（dV/dt提升12%，p=0.0098）可能补偿了静息状态下输入阻抗的降低。这些发现与近年ASD动物模型中报道的“兴奋性-抑制性平衡失调”理论相契合，但同时也提示需要区分直接遗传效应与表观遗传调控机制。

在疾病关联性方面，研究团队通过建立双交叉验证模型（行为学+电生理+形态学）确认了Setbp1+/-小鼠作为ADHD/ASD模型的适用性。其表现出的ADHD核心症状（过度活动、社交缺陷）与ASD特征（嗅觉增强、空间记忆保留）的复合表型，与人类SETBP1-HD患者常同时存在ADHD和ASD谱系症状的临床特征高度一致。特别是模型小鼠在Y迷宫测试中保持正常的交替进入能力（Δ%alternations=1.2，p>0.05），提示前额叶-基底神经节环路可能存在选择性功能缺陷。

研究还创新性地整合了神经形态学分析与功能连接研究。通过对比发现，虽然模型小鼠的L5-ET神经元在静息状态下表现出更低的输入阻抗，但在强刺激下仍能维持正常的放电频率，这种非线性响应特征可能源于其独特的树突分支结构。具体而言，近端树突分支密度的增加可能增强了局部场电位，从而在阈值附近形成更强的空间和时间编码能力。同时，动作电位上升速率的加快（ΔdV/dt=12%，p=0.0098）可能补偿了静息状态下电阻的降低，这种代偿机制在神经可塑性研究中具有特殊意义。

在技术方法层面，研究团队采用多模态评估体系确保结果可靠性：①行为学测试包含开放场（Hyperactivity）、三室测试（Social interest）、嗅觉范式（Olfactory exploration）和Y迷宫（Spatial memory）四个独立模块；②电生理记录结合电流钳技术与电压步进法，在-60mV至+30mV全电压范围内检测神经元特性；③形态学分析采用生物素逆行标记结合Sholl网络分析法，确保细胞重建精度达1μm。特别在统计处理上，采用混合效应模型（Mixed Effects Model）和双盲分析（Blinding analysis），有效控制性别、年龄等混杂因素对结果的影响。

未来研究方向可聚焦于：①建立单细胞多组学平台，分析L5-ET神经元特异性表达谱与功能特性的关联；②开展跨代遗传研究，观察Setbp1杂合突变对子代表型的影响；③运用光遗传学技术，在体验证神经元活动模式与行为缺陷的因果关系；④通过蛋白质组学揭示SETBP1缺失导致神经元电阻降低的具体分子机制。这些延伸研究将有助于完善从基因突变到神经环路异常的分子机制链条，为开发靶向SETBP1相关神经发育障碍的精准疗法提供理论依据。

该研究在模型构建方面取得重要突破，其通过整合多尺度观测（分子-细胞-行为），不仅验证了Setbp1杂合突变与神经行为异常的因果关系，更首次在动物模型中揭示了SETBP1功能缺失导致L5-ET神经元近端树突重构的机制。这种从宏观行为到微观细胞层面的系统性解析，为神经发育疾病机制研究提供了新范式，也为开发基于前额叶-边缘系统环路调控的神经递质靶向药物奠定了实验基础。