|
2023年6月27日，宾夕法尼亚大学神经科学系Goff等人在 Cell Reports发表题为《VIP interneuron impairment promotes in vivo circuit dysfunction and autism-related behaviors in Dravet syndrome》的研究论文，该研究表明，在Dravet综合征（Scn1a+/-）小鼠中，表达VIP的新皮质GABA能中间神经元在清醒行为中功能失调。VIP-INs中Scn1a的缺失只会产生与自闭症谱系障碍相关的行为异常，而没有癫痫发作或癫痫。这项工作提供了对一种严重的神经发育障碍的回路基础的见解。
该研究核心观点有以下三点：
大脑皮层中间神经元（INs）构成了多种由电活动、分子图谱、解剖学和连接模式定义的细胞类型，是作为行为基础的微环路功能的关键组成部分。IN功能障碍也与一系列神经和精神疾病的发病机制有关，包括癫痫、精神分裂症和自闭症谱系障碍（ASD）。然而，亚型特异性IN功能障碍是如何导致阵发性癫痫以及认知功能的持久损伤的尚不清楚。Dravet综合征（DS）是一种神经发育障碍，其特征是耐治疗性癫痫、ASD、认知障碍和不明原因的猝死（SUDEP）。DS是由SCN1A杂合变异导致电压门控钠（Na+）通道功能丧失所引起的。 为了了解VIP-INs应对内源性胆碱能调制的机制，作者首先进行急性大脑切片，令人惊讶的是，发现应用胆碱模拟VIP-INs Scn1a+/- 而不是野生型（WT）小鼠导致钠+电流下调，在清醒小鼠的体内使用双光子（2P）钙成像，作者发现在Scn1a+/-小鼠中，与运动开始相关的VIP-INs和锥体神经元的激活模式被减弱，而SST-INs仍然被稳定激活。VIP-IN特异性Scn1a缺失(VIP-Cre Scn1afl/+)复制了内在的生理缺陷，并部分复制了回路效应，特别是在药物增强的高胆碱能状态下。此外，VIP-Cre Scn1afl/+小鼠再现了模型的核心ASD内表型，但没有多动、焦虑表型、温度诱发的癫痫发作、癫痫或SUDEP。总之，这些数据表明，VIP-INs功能障碍与ASD疾病特征相关，而独立于DS的癫痫表型。  n胆碱能调节通过下调Na+电流加剧了Scn1a+/-小鼠的VIP-IN功能障碍 作者之前的研究证实，VIP-INs在体外的Scn1a+/-小鼠中表达Nav1.1且功能失调。在体内，VIP-IN的活动是由胆碱能和去甲肾上腺素能神经调节驱动的，这发生在从安静清醒到运动的过渡过程中，并与瞳孔扩张高度相关。然而，在使用卡巴醇前后，用缓慢的去极化斜坡刺激WT的VIP-INs，也显示出VIP-INs的动态范围的衰减，在较低电流注射时进入去极化阻滞。卡巴醇对Scn1a+/-小鼠VIP-INs的这种矛盾的有害作用可能是通过第二信使胆碱能神经调节下调Na+电流来解释的。为了验证这一点，作者对VIP-INs进行了电压钳记录，证实了卡巴醇浴应用导致Na+电流的可逆降低。这揭示了一种机制，即在Scn1a+/-小鼠中，VIP-INs功能低下在体内高胆碱能张力期间可能更为显著。
nDravet综合征小鼠在活跃行为状态下表现出VIP-INs和局部锥体神经元的激活受损 基于Scn1a+/-小鼠体外的VIP-IN功能障碍，作者推测Scn1a+/-小鼠体内的VIP-INs可能受损。此外，考虑到Scn1a+/-小鼠对VIP-INs的胆碱能调节的矛盾反应，这些回路异常可能在觉醒增加期间最为显著。小鼠从安静清醒到运动的行为转变与初级视觉皮层（V1）中VIP-IN活动和锥体神经元的募集以及瞳孔直径的波动相关。作者使用2p钙成像GCaMP7s-记录在清醒的野生型和Scn1a+/-老鼠自由活动或休息时的钙活动。结果发现，VIP-IN介导的环路功能细微损伤，而这并没有反映在休息时整体钙活动水平的变化中。
n光遗传VIP-IN刺激使Scn1a+/-小鼠的新皮质动力学正常化 基于上述结果，作者通过2P成像，同时光遗传激活VIP-INs，检测在运动过程中增强VIP-IN招募是否可以增加Scn1a+/-小鼠局部锥体神经元的活性。光刺激可靠地激活了静止状态下的VIP-INs，导致非VIP细胞的gcamp7信号广泛增加。一小群非VIP细胞在VIP-IN刺激下活性强烈下降；这些细胞群具有高的基线活性，具有低倾斜钙痕迹，被认为是被VIP-INs直接抑制的INs（p-INs）。在Scn1a+/-小鼠的运动过程中，VIP-INs的光遗传光激活使所有非VIP神经元的整体活性恢复到WT水平，而p-INs的活性显著降低。因此，直接激活VIP-INs足以使Scn1a+/-中非VIP神经元的调节正常化。
nVIP-INs中Scn1a的条件缺失再现了生理和环路缺陷 DS是一种多面性疾病，具有复杂的回路基础，许多细胞类型受到Scn1a缺失的影响。在Scn1a+/fl小鼠中，Scn1a的杂合子缺失仅限于VIP-INs。作者证实了VIP-Cre中存在VIP-INs的内在电生理缺陷。Scn1a+/fl小鼠包括重复放电和AP生成方面的缺陷，这与Scn1a+/-小鼠的VIP-IN功能障碍非常相似。当作者进行相同的2P成像实验时，没有发现基因型差异VIP-IN或锥体神经元的运动MI。然而，作者发现，在VIP-Cre的安静清醒状态下，非VIP细胞的反卷积事件频率略有降低，这表明VIP-Cre中V1的整体兴奋性降低。
nVIP-INs中Scn1a的选择性缺失可产生无癫痫发作的ASD特征 最后， VIP-INs的功能障碍可能导致与回路功能障碍相关的病理行为。VIP-IN已被证明会影响空间记忆、感觉处理和社交能力。这些行为的失调在ASD模型中是常见的，包括在Scn1a+/-小鼠中。
在3室任务中，Scn1a+/fl小鼠与新小鼠的交互作用较少。在大理石掩埋试验中埋葬了更多的弹珠。新物体识别中没有显示出对象偏好。这些结果概括了在VIP-Cre中观察到的任务特异性缺陷。 三室社会任务：测试室被分成三个相等的部分，带有有机玻璃分隔器。一只与实验动物年龄、基因型和性别匹配的新老鼠被放置在一个透明的方形小笼子里，笼子里有足够大的间隙，可以进行鼻子之间的互动。将相同的笼子放在相反的室，然后将实验小鼠放在中央室，让其适应5 min。在此之后，部分有机玻璃分隔板被移除，暴露出进入每个侧室的路径，实验动物被允许探索10 min。在此之后，两只小鼠都被送回自己的笼子里，用70%的乙醇彻底清洗仪器。 采用大理石掩埋试验评估大理石掩埋的强迫性和重复性行为：12个相同大小的弹珠被放置在一个统一的网格中，放在一个标准的笼子里。一只老鼠被允许在笼子里探索30 min，在此之后，在离物体表面1英尺远的地方拍摄一张面部照片，并由盲法实验者对埋藏的弹珠%进行评分。 新对象识别（NOR）任务：在熟悉阶段之前，小鼠被允许自由探索和习惯于空的测试室15 min。记录这个开放视野时间，用DLC提取小鼠和腔室位置。作者计算了总距离、平均跑步速度和在中心花费的时间百分比。习惯化后，实验动物被短暂地移除，两个相同的物体被从彼此对角线放置，距离侧壁3英寸。老鼠被送回房间，并被允许探索这些物体7 min。24小时后，每只老鼠被送回房间，允许探索放置在新的对称位置的新物体，以及前一天使用的熟悉物体，共5 min。
总结 Dravet综合征（DS）是一种严重的神经发育障碍，由SCN1A的功能缺失变异引起SCN1A编码电压门控钠通道亚基Nav1.1异常。作者最近发现，新皮质血管活性肠肽中间神经元（VIP-INs）在DS（Scn1a+/-）小鼠中表达Nav1.1，且具有低兴奋性。在这里，作者通过对野生型（WT）和Scn1a+/-小鼠进行体内双光子钙成像，来研究VIP-IN在回路和行为水平上的功能。在Scn1a+/-小鼠中，从安静清醒到主动跑步的行为转变过程中，VIP-IN和锥体神经元的激活减少，而VIP-INs的光遗传激活使运动过程中锥体神经元的活动恢复到WT水平。VIP-IN选择性Scn1a缺失除了VIP-IN功能的细胞和环路水平缺陷外，还复制了核心自闭症谱系障碍相关行为，但没有在模型中看到的癫痫、猝死或回避行为。这些研究表明，在Dravet综合征（Scn1a+/-）小鼠中，表达VIP的新皮质GABA能中间神经元在清醒行为中功能失调。VIP-INs中Scn1a的缺失只会产生与自闭症谱系障碍相关的行为异常，而没有癫痫发作或癫痫。这项工作提供了对一种严重的神经发育障碍的回路基础的见解。 原文链接：https:///10.1016/j.celrep.2023.112628  特别鸣谢 |
|
|
