活动依赖性脑源性神经营养因子信号减弱诱导雄性及雌性小鼠社交偏好缺陷差异严重程度的突触机制

《Frontiers in Neuroscience》：Synaptic mechanisms for differential severity of social preference deficits in male and female mice induced by diminished activity-dependent BDNF

　　

男性被诊断为自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）的比例约为女性的4倍，但ASD性别差异的神经机制未知。社交缺陷是ASD患者的核心症状。既往研究显示，采用敲入人源BDNF甲硫氨酸（methionine, Met）等位基因的小鼠模型（该模型在不影响基础BDNF分泌的前提下使活动依赖性BDNF释放降低约30%），活动依赖性BDNF信号减弱可诱导雄性与雌性小鼠出现严重程度不同的类自闭症社交偏好缺陷，且雄性重于雌性。本研究探讨该差异严重程度的突触机制。前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）是社交行为的关键脑区。全细胞膜片钳脑片记录显示，活动依赖性BDNF信号减弱差异性地提高了雄性BDNF+/Met小鼠与雌性BDNF+/Met小鼠PFC锥体神经元自发电位（spontaneous action potentials, sAPs）频率，且雄性高于雌性。该信号减弱在雌雄中差异性地增强锥体神经元兴奋性及抑制性突触传递（涉及突触前与突触后），由关键突触基因转录水平失调介导。化学遗传学抑制BDNF+/Met小鼠PFC锥体神经元足以改善雌雄小鼠的类自闭症社交偏好缺陷。本研究揭示了雌雄BDNF+/Met小鼠社交偏好缺陷差异严重程度的突触机制，为伴或不伴BDNF Val66Met单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）的男女ASD患者性别差异提供了潜在神经基础。

研究背景：ASD男性确诊率高于女性（约4:1），但性别差异的神经机制不明。社交缺陷为核心症状，活动依赖性BDNF信号减弱被视为ASD共同分子通路之一。研究人员前期利用BDNF^+/Met敲入小鼠（人源Met等位基因使活动依赖性BDNF释放降约30%而不影响基础分泌）发现雄性社交偏好缺陷重于雌性，且雄性PFC锥体神经元内在兴奋性升高而雌性无此变化，但雌性缺陷的神经机制未明。鉴于神经元兴奋性由膜内在属性与突触输入共同驱动，研究人员聚焦PFC锥体神经元突触传递，开展本研究以揭示雌雄差异严重度的突触基础。论文发表于《Frontiers in Neuroscience》。

主要技术方法：样本为6–8周龄雄性/雌性BDNF^+/Met小鼠及其同窝野生型BDNF^+/+对照（C57BL/6背景，杂合配繁）。采用PFC冠状脑片全细胞膜片钳记录层V锥体神经元自发电位、自发性兴奋性突触后电流（sEPSC）与抑制性突触后电流（sIPSC）；定量实时RT-PCR检测PFC兴奋/抑制突触关键基因及突触前谷氨酸释放相关分子转录水平；向内侧PFC双侧注射AAV9-CaMKIIα-hM4D(Gi)-mCherry，以氯氮平-N-氧化物（CNO）化学遗传学抑制锥体神经元，结合三箱社交偏好测试评估行为挽救。

研究结果：

3.1 活动依赖性BDNF信号减弱差异提高雌雄小鼠PFC锥体神经元sAP频率：膜片钳显示BDNF^+/Met组sAP频率显著高于野生型，且雄性（1.93±0.17 Hz）高于雌性（1.43±0.06 Hz），说明突触输入驱动的神经元兴奋性在雌雄中被差异性增强。

3.2 活动依赖性BDNF信号减弱差异调节雌雄PFC锥体神经元兴奋与抑制突触传递：sEPSC振幅在雌性BDNF^+/Met显著增大而雄性不变，sEPSC频率雌雄均升高；sIPSC振幅雌雄均无变化，但sIPSC频率在雄性BDNF^+/Met显著降低而雌性不变。即雄性表现为突触前GABA能抑制减弱+突触前谷氨酸能兴奋增强，雌性表现为突触前+突触后谷氨酸能兴奋增强，共同造成雌雄不同的高兴奋性。

3.3 活动依赖性BDNF信号减弱差异调节PFC关键突触基因转录：雌性BDNF^+/Met中AMPA受体亚基编码基因Gria1/2 mRNA上调，NMDA受体亚基Grin1/2a/2b不变；雄性BDNF^+/Met中抑制性中间神经元标记基因Pvalb（parvalbumin, PV）与Sst（somatostatin, SST）mRNA显著下调，GABA_A受体亚基Gabra1/b2/g2不变。突触前谷氨酸释放相关基因中Cacna2d1（编码VGCC辅助亚基α2δ1）在雌雄BDNF^+/Met均上调，Cacna1a/b/c/d/e及Grm2/3不变，提示α2δ1上调促进谷氨酸释放。

3.4 化学遗传学抑制PFC锥体神经元改善雌雄BDNF^+/Met小鼠社交偏好缺陷：内侧PFC注射Gi-DREADD病毒后，CNO处理使雄性/雌性BDNF^+/Met小鼠在三箱测试中探索社交刺激时间显著增加、社交偏好指数回升（雄18.5%→43.9%，雌34.2%→51.6%），证明PFC锥体神经元过度活跃是缺陷上游节点。

讨论与结论翻译：为解析雌雄BDNF^+/Met小鼠社交偏好缺陷差异严重度的神经机制，本研究刻画了活动依赖性BDNF信号减弱对PFC锥体神经元突触传递的影响。该信号减弱差异提高雌雄sAP频率，并差异调节兴奋/抑制突触传递；结合前期雄性特有内在兴奋性升高，雌雄PFC锥体神经元在内在兴奋性与突触E/I平衡上的性别差异共同导致社交缺陷严重度不同，且均可被化学遗传学抑制挽救。突触前α2δ1上调促进谷氨酸释放，雌性AMPA受体Gria1/2上调放大突触后兴奋，雄性PV/SST中间神经元相关基因下调削弱GABA能张力，构成雌雄分流的突触机制。局限包括PFC亚区（infralimbic与prelimbic）未分析、下游环路与性激素交互未探。综上，本研究揭示活动依赖性BDNF减弱经雌雄分流的突触机制（雄性：内在兴奋性↑+PV/SST↓→抑制↓+兴奋↑；雌性：Gria1/2↑→突触后兴奋↑+兴奋频率↑）导致BDNF^+/Met小鼠社交缺陷雄性更重，为伴Val66Met SNP的ASD性别易感性提供突触层面依据，并提示调控PFC锥体神经元活动或BDNF信号（如cEPO）可作为机制导向干预思路。