星形胶质细胞分泌多效蛋白（PTN）失调导致唐氏综合征神经元结构与功能缺陷的机制研究

本研究针对唐氏综合征（DS）神经环路发育异常问题，通过Ts65Dn小鼠模型发现星形胶质细胞分泌的多效蛋白（Ptn）显著下调是导致神经元树突形态发生和突触形成缺陷的关键因素。研究人员利用病毒载体靶向星形胶质细胞过表达Ptn，成功挽救了成年DS小鼠海马和皮层的树突复杂性、脊柱密度及突触可塑性缺陷，并证实Ptn通过Alk-Akt信号通路介导神经突生长。该研究揭示了星形胶质细胞分泌蛋白紊乱在DS病理中的作用，为神经发育障碍的靶向治疗提供了新策略。

　　

在神经发育领域，唐氏综合征（Down syndrome, DS）作为最常见的遗传性智力障碍疾病，其神经系统异常表现为大脑体积减小、树突分枝减少和突触密度降低。尽管传统研究多聚焦于神经元自身缺陷，近年研究发现星形胶质细胞（astrocyte）分泌的蛋白质组在神经环路形成中起着关键调控作用。值得注意的是，DS患者和模型小鼠的星形胶质细胞存在显著的分泌蛋白紊乱，但具体哪些分子参与其中以及能否通过干预这些分子改善神经功能仍不清楚。

针对这一科学问题，Brandebura团队在《Cell Reports》上发表了他们的最新研究成果。他们借助Ts65Dn（一种广泛使用的DS小鼠模型）和条件基因敲除技术，结合体外细胞培养、病毒介导的基因操作和多项高分辨率成像技术，系统揭示了星形胶质细胞来源的多效蛋白（pleiotrophin, Ptn）在DS神经发育缺陷中的关键作用及治疗潜力。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：

1. 1.

   使用单分子荧光原位杂交（smFISH）和免疫组织化学分析Ptn的时空表达谱；

2. 2.

   通过原代星形胶质细胞与神经元共培养体系分析条件培养基对树突生长的作用；

3. 3.

   利用AAV-PHP.eB病毒载体携带GfaABC1d启动子实现星形胶质细胞特异性的Ptn过表达；

4. 4.

   采用Thy1-YFP和稀疏病毒标记技术进行神经元形态重建和脊柱分析；

5. 5.

   应用电生理技术记录海马齿状回分子层的短时程突触可塑性变化。

Ptn表达受发育调控且在Ts65Dn星形胶质细胞中下调

研究首先证实，在发育过程中，Ptn的表达高峰与小鼠视觉皮层（VC）和海马中的突触形成期高度重合。通过smFISH检测，团队发现Ts65Dn突变小鼠星形胶质细胞中的Ptn mRNA水平显著降低。此外，在人类DS脑组织数据库中也发现类似下调趋势，说明Ptn表达异常在DS中具有跨物种保守性。

星形胶质细胞分泌的Ptn促进树突生长和分枝

为了明确Ptn的功能，研究人员将野生型（WT）或Ptn敲除（KO）小鼠星形胶质细胞的条件培养基（ACM）分别培养原代皮层神经元。结果发现，Ptn KO ACM无法有效促进神经元树突总长度和复杂性增加，而添加重组Ptn蛋白则可部分恢复这些缺陷。这表明Ptn是星形胶质细胞支持树突发育的关键分泌因子。

Ptn KO与Ts65Dn小鼠表现出相似的树突和脊柱表型

通过Thy1-YFP标记的Layer V锥体神经元，研究团队对比了Ptn KO与Ts65Dn小鼠的树突形态和脊柱密度。两种小鼠在发育早期（P30）均表现出树突长度缩短、复杂性降低和脊柱密度下降。尽管Ptn KO小鼠到成年期（P120）树突形态可自然恢复，但脊柱密度缺陷持续存在，与Ts65Dn表型高度重叠。

Ptn过表达挽救Ts65Dn小鼠的神经环路缺陷

研究人员在成年Ts65Dn小鼠中通过视网膜下注射AAV病毒，特异性在星形胶质细胞中过表达Ptn。令人惊喜的是，该干预不仅显著改善VC和海马神经元的树突形态和脊柱密度，还恢复了海马齿状回分子层的突触数量以及高频刺激（HFS）诱导的短时程突触增强（STP）。这些结果证明即使在发育关键期后，Ptn仍具备逆转神经环路缺陷的潜力。

Ptn通过Alk-Akt信号通路介导树突生长

机制研究表明，Ptn可快速激活Akt Ser473位点磷酸化。使用Alk受体抑制剂TAE684处理则阻断了Ptn对Ts65Dn神经元树突生长的促进作用，说明Ptn依赖Alk-Akt信号轴发挥其神经营养作用。

本研究系统阐述了星形胶质细胞分泌蛋白Ptn在唐氏综合征神经发育缺陷中的核心作用。不仅从表达调控、表型分析、功能挽救和机制挖掘多个层面提供了坚实证据，还创新性地提出“靶向星形胶质细胞分泌组”可作为一种治疗神经发育障碍的新策略。更重要的是，研究证明在成年期干预Ptn表达仍能显著改善神经结构和功能缺陷，这为错过早期治疗时机的患者带来了希望。该发现不仅适用于DS，也可能推广到其他存在神经环路异常的发育性疾病中。