催產素調控感覺皮層早期發育研究上獲進展

　　2014年1月26日，中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所于翔研究組在《自然·神經科學》學術期刊在線發表了題為《催產素介導早期感覺經驗依賴的感覺皮層跨模態可塑性》的論文。該工作發現了一種在發育早期感覺經驗依賴的感覺皮層跨模態可塑性，并揭示了催產素這種由下丘腦分泌的神經肽是介導該跨模態可塑性的關鍵分子。

　　對于剛出生不久的嬰兒，來自外界的各種感覺刺激對于他們大腦的發育是至關重要的，這些刺激包括顏色和光帶來的視覺刺激、父母的撫摸給予的觸覺刺激、聲音的聽覺刺激等。實驗動物研究表明，感覺剝奪不僅可以導致對應大腦皮層區域的功能異常，還可跨模態影響其它腦區的功能。在跨模態可塑性的機制方面，前人的工作主要集中在成年動物上，極少涉及其在發育早期的作用與分子機制。

　　本研究通過對新生小鼠進行單模態的感覺剝奪(拔胡須剝奪觸覺輸入，黑暗飼養剝奪視覺輸入)，發現對新生小鼠進行單模態的感覺剝奪不僅導致對應感覺皮層錐體神經元興奮性突觸傳遞和神經元自發放電的下降，而且還跨模態下調了其它感覺皮層的興奮性突觸傳遞和神經元放電。在體電生理實驗表明觸覺剝奪小鼠的視覺功能有顯著下降，提示單模態的感覺剝奪可導致其它感覺皮層的功能下降。在機制方面，通過篩選不同飼養條件下小鼠的差異表達基因，發現神經肽催產素的表達水平在感覺剝奪小鼠的下丘腦中顯著下降。進一步實驗證明，催產素的合成與分泌及其在大腦皮層的蛋白水平，在感覺剝奪小鼠中均顯著下降，提示感覺剝奪可以調控催產素的表達與分泌。催產素基因敲除可以降低大腦皮層的興奮性突觸傳遞，而外源添加催產素則可以使其升高。豐富環境飼養是一種增加自然感覺刺激的行為范式，可以顯著提高大腦中催產素的表達。豐富環境飼養或在體增加大腦中催產素的水平均可以挽救由感覺剝奪導致的神經環路發育異常。

　　本研究揭示了一種發育早期感覺經驗依賴的感覺皮層跨模態可塑性機制，發現催產素這種由下丘腦分泌的神經肽是介導該跨模態可塑性的關鍵分子。近期，催產素由于其與情緒和社交行為的相關性，已成為孤獨癥治療的熱點分子之一。本研究提示催產素在發育更早期就對感覺皮層的神經環路形成有促進作用。鑒于孤獨癥患兒經常伴隨有感覺輸入的異常，上述發現對進一步解析孤獨癥的致病機制有重要的借鑒意義。

　　本課題由博士生鄭菁婧、博士后李舒婧、博士生張小荻和研究助理苗婉瑩在于翔研究員的指導下完成，關于視覺功能的部分研究與姚海珊研究員合作，由博士生張丁紅完成。課題受科技部“973”項目、國家杰出青年基金、基金委創新研究群體基金的資助，在中科院神經科學研究所獨立完成。

感覺經驗與催產素對小鼠大腦發育的調節作用。圖a為急性腦片記錄微小突觸后電流(mEPSC)的示例曲線。

圖b顯示胡須剝奪可以顯著降低初級觸覺皮層(S1)神經元的mEPSC頻率。

圖c顯示胡須剝奪可以顯著降低初級視覺皮層(V1)神經元的mEPSC頻率。

圖d顯示胡須剝奪可以顯著降低初級聽覺皮層(Au1)神經元的mEPSC頻率。

圖e為指示室旁核(PVN)和視上核(SON)在下丘腦位置的示意圖。

圖f為顯示胡須剝奪可以顯著降低PVN催產素表達的示意圖。比例尺為 200微米。

圖g顯示胡須剝奪可以顯著降低PVN催產素表達，但不影響SON的催產素表達。

圖h顯示胡須剝奪可以顯著降低S1和V1中催產素含量，但不影響血液中的催產素含量。

圖i顯示在催產素敲除小鼠中，其S1神經元的mEPSC頻率顯著低于野生型小鼠。

圖j顯示在體注射催產素可以顯著增加皮層神經元的mEPSC頻率并挽救胡須剝奪對觸覺皮層神經元的影響。

圖k顯示豐富環境飼養可以顯著增加S1和V1中催產素含量。

圖l顯示豐富環境飼養可以顯著增加皮層神經元的mEPSC頻率并挽救由胡須剝奪導致的影響。