欧前胡素（Imperatorin）对产前丙戊酸暴露大鼠自闭症样行为及BDNF信号通路的性别依赖性影响

《IBRO Neuroscience Reports》：Sex-dependent effects of imperatorin on autistic-like behaviors and BDNF signaling in rats prenatally exposed to valproic acid

　　

摘要专业翻译 自闭症谱系障碍（Autism spectrum disorder, ASD）以认知功能损害为特征，表现为学习与记忆能力下降，以及社交互动和沟通缺陷。本研究探讨了欧前胡素（Imperatorin, IMP）——一种从三裂阿魏（Ferulago trifida）叶片中分离的呋喃香豆素类植物化学物——对丙戊酸（valproic acid, VPA）诱导的大鼠ASD模型中行为改变及脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）改变的潜在作用。研究采用旷场实验（检测运动能力与焦虑）、梳理行为实验、埋珠实验（检测强迫症样行为）、新物体识别记忆实验及实时荧光定量PCR（检测BDNF水平）收集数据。结果显示，ASD样大鼠在两种性别中均表现出运动活动增加，且雌性效应更为显著；IMP可恢复雄性大鼠的运动活动，同时降低雌性大鼠的运动活动。两种性别的ASD样大鼠焦虑水平均升高，且雌性效应更为显著；IMP对此无改善作用。两种性别的ASD样大鼠梳理行为均增加，且雌性效应更为显著；IMP可恢复雄性大鼠的梳理行为，同时降低雌性大鼠的梳理行为。两种性别的ASD样大鼠埋珠数量均增加；IMP仅在雄性大鼠中降低埋珠数量。两种性别的ASD样大鼠记忆功能均受损；IMP对此无改善作用。两种性别的ASD样大鼠BDNF水平均降低，且雌性效应更为显著；IMP在两种性别中均升高BDNF水平。总之，研究结果显示了运动过度、焦虑样行为、强迫症样行为、记忆缺陷及BDNF下调等ASD相关特征，并提供了性别特异性模式及IMP部分治疗效果的证据。

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一、研究背景与目的

自闭症谱系障碍（Autism spectrum disorder, ASD）是一种复杂的神经发育障碍性疾病，以社交互动和沟通缺陷、重复或刻板行为、异常感觉处理及兴趣受限为核心特征。ASD患病率持续上升，美国最新估计每36名8岁儿童中即有1例，已成为重大公共卫生问题。ASD在男性中更为常见，男孩发病率约为女孩的4.2倍，由此衍生出"女性保护效应"的概念。ASD的病因具有多因素性，涉及遗传、表观遗传及环境因素。环境危险因素包括母体年龄、产前产后并发症（如缺氧和产伤）、有毒金属暴露、母体感染、空气污染、内分泌干扰化学物以及丙戊酸（valproic acid, VPA）暴露等。

在ASD动物模型中，VPA给药被广泛用于诱导ASD样症状，其机制在于干扰胎儿大脑发育的正常轨迹。脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）水平的改变是导致此类神经发育异常的重要病理机制之一。BDNF作为关键的神经营养因子，显著参与神经发生、神经可塑性和突触形成，与正常、异常及神经精神相关行为的调控密不可分。既往研究显示，产前VPA暴露可显著降低子代海马BDNF水平，而多种干预措施通过升高BDNF水平改善社交行为。因此，BDNF功能障碍被认为参与ASD的病理生理过程。

欧前胡素（Imperatorin, IMP）是一种天然存在的呋喃香豆素类化合物，存在于白芷、欧白芷及芹菜等多种植物中。IMP具有抗炎、神经保护、抗氧化、抗抑郁和抗惊厥等药理特性，并可作为钙通道拮抗剂和GABA转氨酶抑制剂。已有研究表明IMP可改善记忆和学习缺陷，并通过上调BDNF水平改善脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）诱导的记忆缺陷，还可逆转产前应激诱导的认知损伤，该效应与海马BDNF升高相关。然而，关于IMP与ASD样症状改善之间关联的研究尚属空白。鉴于BDNF改变在ASD病理生理中的普遍性，本研究旨在评估IMP在产前VPA暴露大鼠ASD模型中改善ASD样行为改变及BDNF变化的疗效。

二、研究设计与技术方法

研究人员采用产前VPA暴露建立ASD大鼠模型：在妊娠第12.5天对孕鼠腹腔注射VPA（600 mg/kg），对照组注射生理盐水。IMP从三裂阿魏（Ferulago trifida，伞形科植物）叶片中提取，在子代出生后第34至48天（PND 34–48）通过灌胃给药，剂量为20 mg/kg，连续15天。实验共设8组（每组7只）：雄性生理盐水–生理盐水组、雌性生理盐水–生理盐水组、雄性ASD样–生理盐水组、雌性ASD样–生理盐水组、雄性生理盐水–IMP组、雌性生理盐水–IMP组、雄性ASD样–IMP组及雌性ASD样–IMP组。行为学评估于末次给药后24小时开始，依次进行旷场实验（评估运动活动和焦虑样行为）、梳理行为实验、埋珠实验（评估强迫症样行为）和新物体识别实验（评估记忆功能），各行为学测试间隔60分钟。行为学测试结束后，每组随机选取3只大鼠处死，取内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）组织，采用实时荧光定量PCR检测BDNF基因表达水平，以GAPDH为内参基因。数据采用三因素方差分析（three-way ANOVA）及Tukey事后检验进行统计分析。

三、研究结果

运动活动：三因素方差分析显示，性别、ASD和IMP的主效应及性别×IMP、ASD×IMP的交互效应均显著。事后检验表明，ASD大鼠在两种性别中运动活动均增加（P < 0.001），且雌性效应更为显著（P < 0.01）；IMP恢复了雄性大鼠的运动过度（P < 0.001），同时降低了雌性大鼠的运动活动（P < 0.01）。

焦虑样行为：性别、IMP主效应及性别×IMP交互效应显著，但ASD主效应不显著。事后检验显示，ASD大鼠在两种性别中于旷场中央区域停留时间均减少（P < 0.001），即焦虑水平升高，且雌性效应更为显著（P < 0.01）；IMP对此参数无显著影响。

梳理行为：性别、ASD、IMP主效应及性别×ASD、性别×IMP、ASD×IMP交互效应均显著。事后检验表明，ASD大鼠在两种性别中梳理行为均增加（P < 0.001），且雌性效应更为显著（P < 0.001）；IMP恢复了雄性大鼠的梳理行为（P < 0.001），同时降低了雌性大鼠的梳理行为（P < 0.001）。

埋珠数量：性别、ASD、IMP主效应及性别×ASD、性别×IMP、ASD×IMP交互效应均显著。事后检验显示，ASD大鼠在两种性别中埋珠数量均增加（P < 0.001）；IMP仅在雄性大鼠中降低埋珠数量（P < 0.001），对雌性大鼠无显著效果。

新物体识别记忆：仅ASD主效应显著。事后检验表明，ASD大鼠在两种性别中均表现出新物体识别记忆受损（P < 0.001）；IMP对此无改善作用。

内侧前额叶皮层BDNF表达水平：性别、ASD、IMP主效应及性别×IMP、ASD×IMP交互效应均显著。事后检验显示，ASD大鼠在两种性别中BDNF水平均降低（P < 0.001），且雌性降低更为显著（P < 0.05）；IMP在两种性别中均升高BDNF水平（P < 0.001）。

四、讨论与结论

本研究揭示了产前VPA暴露诱导的ASD样大鼠模型中，运动过度、焦虑样行为、强迫症样行为、工作记忆缺陷及BDNF下调是主要的ASD相关特征，且这些特征表现出明显的性别特异性模式。值得注意的是，IMP在不同行为学领域显示出差异性疗效：IMP显著改善了运动过度和重复/强迫样行为，但对焦虑样行为和识别记忆缺陷无改善作用。这些行为学改善伴随着mPFC中BDNF表达的显著恢复，提示IMP的有益效应可能部分通过增强该脑区的神经可塑性相关通路介导。然而，mPFC中BDNF信号的恢复不足以逆转所有行为缺陷，这可能是因为记忆缺陷与海马依赖性突触可塑性和神经发生密切相关，而焦虑样行为受前额叶皮层、海马、杏仁核及其相互连接构成的分布式网络调控。IMP对行为控制和重复反应相关行为的效应优于认知表现，提示VPA模型中重复行为、焦虑样行为和识别记忆缺陷可能由不同的神经底物介导。

本研究的局限性包括：BDNF表达仅在每组随机选取的3只动物中评估，样本量有限可能限制统计效能；仅使用单一剂量IMP，未能涵盖完整剂量-反应关系；研究仅关注特定行为领域和分子标志物，未涵盖更广泛的神经环路改变或其他神经递质系统；BDNF表达仅在内侧前额叶皮层中评估，未涉及海马等同样关键的脑区。

研究结论：产前VPA暴露可诱导大鼠出现运动过度、焦虑样行为、强迫症样行为、记忆缺陷及BDNF下调等ASD相关特征，且存在性别特异性模式。IMP在改善部分ASD样行为（如运动过度和强迫样行为）及恢复BDNF水平方面表现出部分治疗效果，但对焦虑样行为和记忆缺陷无改善作用，提示IMP对产前VPA诱导的ASD样症状具有部分且性别依赖性的治疗潜力。