eIF4E转基因小鼠孤独症谱系障碍模型中纹状体长时程增强的改变

《iScience》：Altered striatal long-term potentiation in the eIF4E-TG mouse model of autism spectrum disorder

　　

孤独症谱系障碍（autism spectrum disorder，ASD）与多个脑区的突触可塑性缺陷相关。尽管在若干ASD小鼠模型中观察到纹状体功能障碍，但ASD相关基因对纹状体可塑性的影响仍知之甚少。研究人员此前发现，Simons基金会孤独症研究计划（SFARI）ASD风险基因真核起始因子4E（eIF4E）过表达的转基因（eIF4E-TG）小鼠表现出ASD样行为并损害背侧纹状体多巴胺释放。本研究考察eIF4E过表达是否改变纹状体突触传递与可塑性。eIF4E-TG小鼠纹状体棘突投射神经元（spiny projection neurons，SPNs）树突棘密度增加，AMPA与NMDA受体介导的微型兴奋性突触后电流（mEPSC）频率升高，AMPA-mEPSC振幅降低。此外，SPNs显示NMDA受体依赖的长时程增强（long-term potentiation，LTP）诱导与幅度增强，且不被D1或D2受体拮抗所阻止。最后，去极化诱发的胞体与树突Ca2+信号在eIF4E-TG SPNs中发生改变。综上，这些发现表明eIF4E过表达使纹状体神经元偏向NMDA受体依赖的LTP。

研究背景与立项依据

突触可塑性是发育与学习的细胞基础，长时程增强（LTP）与长时程抑制（LTD）主要发生于树突棘水平。蛋白合成调控异常，尤其是mTORC1通路下游的真核起始因子4E（eIF4E）过表达，已被列为SFARI高置信度ASD候选机制。既往研究在eIF4E-TG小鼠中观察到ASD样行为、背侧纹状体多巴胺释放缺陷及增强的纹状体LTD，但eIF4E过表达是否重塑纹状体LTP规则仍不清楚。纹状体参与行动选择、习惯形成与行为灵活性，其可塑性偏离可能放大ASD相关回路异常，因此研究人员在《iScience》报道的工作中系统检测了eIF4E过表达对纹状体结构与功能可塑性的影响。

主要技术方法概览

研究使用2至3月龄eIF4E^wt/βtEif4e（TG）与同窝eIF4E^wt/wt（WT）小鼠，结合D1-TdTomato、D2-eGFP及Adora2a-Cre等谱系标记。关键技术包括：全细胞膜片钳记录mEPSC/mIPSC与光遗传学驱动的感觉运动皮质-纹状体输入oEPSC；白质高频刺激（HFS）配对突触后去极化诱导LTP；快速循环伏安法（FSCV）测多巴胺释放；双光子显微镜结合jGCaMP7s指示剂成像胞体-树突Ca²⁺动态；Lucifer Yellow填充与Airyscan成像定量树突棘密度。统计采用含小鼠随机效应的线性混合效应模型。

研究结果

增加eIF4E-TG小鼠纹状体SPNs树突棘密度

研究人员对距胞体50 μm远端树突段进行定量分析，发现TG小鼠SPNs树突棘密度显著升高，该现象在D1与D2型SPNs中均无基因型×细胞类型交互，棘亚型比例未变。

eIF4E-TG SPNs自发突触传递改变

在TTX与受体阻断条件下记录发现，TG小鼠AMPA-mEPSC与NMDA-mEPSC频率均升高而AMPA-mEPSC振幅下降；mIPSC振幅降低但频率不变。结果提示兴奋-抑制平衡向兴奋偏移，且自发谷氨酸能传递增强伴随突触后AMPA功能改变。

皮质-纹状体连接未变

光遗传激活运动与体感皮质输入显示，oEPSC振幅、成对脉冲比及NMDA:AMPA比值在WT与TG间无差异，说明主要感觉运动通路的基线突触强度与短时释放特性保留，自发兴奋增强并不等同于特定通路诱发传递增强。

LTP增强

HFS配对去极化协议下，WT神经元呈双向可塑性（约半数LTP、四分之一LTD），而TG神经元超80%表现LTP且幅度更大；AP5取消该LTP，证明NMDA依赖；SCH39166+sulpiride阻断D1/D2受体后TG仍呈净增强。FSCV显示TG基线多巴胺释放降低但HFS期间相对释放保留，不能解释多巴胺受体阻断下LTP持续。

eIF4E-TG SPNs胞体树突Ca²⁺动态改变

jGCaMP7s成像显示去极化诱发胞体与树突绝对Ca²⁺信号在TG中减弱，但树突-胞体比值升高，提示区室化Ca²⁺分布改变，可能在不提高全局Ca²⁺情况下降低电位阈值。

讨论与结论翻译

研究人员在讨论中指出，eIF4E过表达使纹状体SPNs呈现树突棘增多、自发兴奋传递增强及NMDA依赖LTP偏置的表型；该LTP不被D1/D2拮抗阻止，伴随区室化Ca²⁺信号改变，说明翻译调控异常将纹状体可塑性规则推向NMDA依赖、多巴胺不敏感增强。结论部分明确：eIF4E过表达增加SPN树突棘密度，改变兴奋与抑制自发传递，并在去抑制记录条件下增强HFS诱导的NMDA受体依赖LTP；此增强对NMDA阻断敏感而对测试浓度下D1/D2拮抗不敏感，同时去极化Ca²⁺区室动态改变。综上，翻译控制失调与纹状体向NMDA依赖LTP偏移相关，可能促成该模型回路功能改变与行为僵化，凸显mRNA翻译调节在塑造纹状体突触整合中的重要性。