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RSp53（或BAIAP2）是一種興奮性突觸后支架/銜接蛋白，參與肌動(dòng)蛋白調(diào)節(jié)，與自閉癥譜系障礙、精神分裂癥和注意力缺陷/多動(dòng)障礙有關(guān)。小鼠IRSp53缺失導(dǎo)致NMDA受體（NMDAR）功能增強(qiáng)和對(duì)NMDAR抑制有反應(yīng)的社會(huì)缺陷。然而，目前尚不清楚成年IRSp53突變小鼠大腦發(fā)育完成后IRSp53的再表達(dá)是否能逆轉(zhuǎn)這些突觸和行為功能障礙。
2022年8月18日，韓國科學(xué)技術(shù)高等研究院（KAIST）生物科學(xué)系Hyun Kim和 Eunjoon Kim課題組在Communications Biology上發(fā)表了題為Adult re-expression of IRSp53 rescues NMDA receptor function and social behavior in IRSp53-mutant mice的研究論文，證明了成年IRSp53突變小鼠重新表達(dá)IRSp53可以治療其突觸功能和社交行為缺陷。
首先，課題組通過形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)證明PHP.eB-IRSp53可在成年IRSp53 cKO小鼠的不同腦區(qū)的興奮性神經(jīng)元中驅(qū)動(dòng)IRSp53再表達(dá)。為了測(cè)試IRSp53再表達(dá)是否能夠挽救成年IRSp53 cKO小鼠的行為學(xué)缺陷以及其過表達(dá)對(duì)WT小鼠的影響，課題組在IRSp53 cKO和WT小鼠出生后第八周于后眶竇（retro-orbital sinus, RO ）注射PHP.eB-IRSp53，并于出生后第12周進(jìn)行行為學(xué)測(cè)試，結(jié)果顯示：社交測(cè)試（direct social interaction test）中IRSp53 cKO小鼠與陌生鼠的身體接觸時(shí)間和鼻對(duì)鼻（nose-to-nose interaction）接觸時(shí)間減少，而PHP.eB-IRSp53給藥后顯著增加其鼻對(duì)鼻接觸時(shí)間。而在三箱社交測(cè)試（three-chamber social-interaction test）中，IRSp53 cKO小鼠對(duì)物體和陌生鼠的探索時(shí)間沒有差異，而PHP.eB-IRSp53給藥后可以顯著增加其對(duì)陌生鼠的探索時(shí)間。
這些結(jié)果表明PHP.eB-IRSp53給藥使IRSp53再表達(dá)可以顯著緩解成年IRSp53 cKO小鼠的社交障礙。隨后，課題組又對(duì)小鼠的運(yùn)動(dòng)表型和焦慮樣行為進(jìn)行測(cè)試，并發(fā)現(xiàn)四組小鼠在曠場(chǎng)測(cè)試、高架十字迷宮和明暗室轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)中表型沒有差異，即IRSp53并不影響小鼠運(yùn)動(dòng)表型和焦慮樣行為。
圖1|社交行為學(xué)測(cè)試結(jié)果及分析
過去研究表明IRSp53的缺乏將會(huì)導(dǎo)致海馬NMDAR功能強(qiáng)化。考慮到mPFC在調(diào)控社交行為中的重要作用，課題組繼續(xù)研究該腦區(qū)的NMDAR功能是否也發(fā)生了改變。對(duì)mPFC第五層椎體神經(jīng)元的電生理記錄結(jié)果顯示：IRSp53 cKO鼠和過表達(dá)IRSp53的WT鼠NMDAR和AMPAR介導(dǎo)的EPSC的比值（NMDA/AMPA ratio）增加。過去研究表明NMDAR是沉默突觸（silent synapses）中的重要受體，因此上述結(jié)果可以用沉默突觸數(shù)量的變化來解釋。
課題組分析了過表達(dá)IRSp53的WT神經(jīng)元和重新表達(dá)IRSp53 的cKO神經(jīng)元的沉默突觸，電生理結(jié)果表明，過表達(dá)IRSp53的WT神經(jīng)元中沉默突觸介導(dǎo)的EPSC增加，而重新表達(dá)IRSp53的第5層IRSp53-cKO錐體神經(jīng)元的沉默突觸保持在正常水平。此外，成對(duì)脈沖比率（PPR）結(jié)果顯示過：IRSp53 cKO神經(jīng)元和過表達(dá)IRSp53的WT神經(jīng)元PPR值增加，而重新表達(dá)IRSp53的cKO神經(jīng)元PPR值恢復(fù)到正常水平。這些結(jié)果表明: IRSp53 cKO神經(jīng)元重新表達(dá)IRSp53可緩解其NMDAR功能的過度強(qiáng)化及由此引發(fā)的突觸前遞質(zhì)釋放異常。
圖2|重新表達(dá)IRSp53使IRSp53 cKO皮質(zhì)神經(jīng)元中的NMDA/AMPA比率正常化
由于遞質(zhì)釋放異常將影響興奮性突觸傳遞的頻率的頻率。因此課題組繼續(xù)對(duì)mPFC第五層椎體神經(jīng)元的mEPSCs進(jìn)行記錄，結(jié)果顯示：PHP.eB-IRSp53給藥使WT和IRSp53-cKO小鼠的mEPSC頻率降低，mIPSC的幅度增加，即WT小鼠中的IRSp53過表達(dá)和IRSp53 cKO小鼠中的IRSp53重新表達(dá)將誘導(dǎo)興奮性突觸傳遞降低和抑制性突觸傳遞增加。
圖3|mEPSCs的記錄結(jié)果及分析
總的來說，本文的結(jié)果表明血腦屏障滲透劑——PHP.eB可用于驅(qū)動(dòng)IRSp53在成年小鼠大腦中特定細(xì)胞類型中的重新表達(dá)，并使IRSp53 cKO小鼠的突觸和社交行為缺陷正常化。該研究肯定了PHP.eB介導(dǎo)的基因治療方案的應(yīng)用前景。
