混合遗传背景小鼠模型B6;129更好再现神经发育与精神疾病表型及异质性

《Scientific Reports》：Mixed genetic background better recapitulates developmental and psychiatric phenotypes and heterogeneity than inbred C57BL/6J mice

本研究针对神经发育与精神疾病临床前研究中常用近交系C57BL/6J（B6）小鼠遗传背景单一、行为变异性有限的问题，系统比较了B6;129混合遗传背景与B6近交系小鼠在社会行为、刻板行为等核心表型上的差异。研究发现B6;129小鼠表现出更强的社会交往能力、自我理毛行为和更低的焦虑样行为，同时个体行为变异性更广，且对慢性社会隔离的敏感性更低。该混合背景模型能更好地模拟人类神经精神疾病的表型异质性，显著提升临床前研究的转化价值。

　　

在神经科学和精神病学研究领域，科学家们一直面临着一个关键挑战：如何找到能够真实反映人类疾病复杂性的动物模型。长期以来，近交系C57BL/6J（B6）小鼠因其遗传背景一致、基因组特征明确而成为临床前研究的"金标准"。然而，这种遗传上的高度一致性恰恰也是其最大的局限性——无法模拟人类神经发育和精神疾病（如自闭症谱系障碍ASD、精神分裂症）中普遍存在的表型异质性。

这种异质性源于复杂的基因-环境相互作用，而近交系小鼠由于遗传背景过于单一，往往难以再现这种多样性。更为棘手的是，基于单一近交系的研究结果常常难以转化到临床，因为它们无法捕捉真实世界中遗传背景各异的患者群体的疾病表现。这就好比用完全相同的积木搭建各种建筑，虽然结构稳定可预测，但缺乏现实世界中建筑风格的丰富多样性。

为了突破这一瓶颈，法国研究人员开展了一项创新性研究，探索是否可以通过简单的遗传背景混合策略，构建出更能代表人类疾病异质性的小鼠模型。研究人员将两种常用的近交系——C57BL/6J和129S2/SvPas进行杂交，经过五代培育，获得了遗传背景混合的B6;129小鼠。这种策略既避免了使用更为复杂的多样性远交系（Diversity Outbred, DO）或协作交叉（Collaborative Cross, CC）种群所需的大量资源和动物数量，又能在一定程度上引入遗传多样性。

研究团队设计了一系列精细的行为学实验，系统比较了B6;129混合背景小鼠与传统B6近交系小鼠在社会行为、刻板行为、焦虑样行为以及认知功能等方面的差异。特别值得关注的是，他们还考察了慢性社会隔离这一环境因素对不同遗传背景小鼠的影响，这模拟了神经发育和精神疾病中常见的环境风险因素。

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研究方法方面，作者主要运用了以下关键技术：通过将C57BL/6J与129S2/SvPas近交系杂交五代培育B6;129混合遗传背景小鼠；采用三室社交测试、互惠社交互动测试评估社会行为；使用Live Mouse Tracker（LMT）系统自动分析复杂社交互动；通过自我理毛、挖掘行为、大理石埋藏测试评估刻板行为和焦虑样行为；通过Y迷宫、新奇物体识别等测试认知功能；应用慢性社会隔离建立环境模型；利用主成分分析（PCA）识别关键行为参数。

混合背景小鼠表现出增强的社交能力

研究发现，B6;129混合背景小鼠在社会互动能力上表现出显著增强。在三室社交测试的社交性、社交新颖性和熟悉伴侣偏好三个阶段中，B6;129小鼠均显示出比B6小鼠更强的社交互动能力，特别是在与陌生同类的互动中。这种增强的社交兴趣在互惠社交互动测试和Live Mouse Tracker系统的复杂社交环境中也得到了验证。

值得注意的是，B6;129小鼠表现出的个体间变异性更大，这种变异性特异性地出现在与陌生同类的互动中，而在与熟悉同伴的互动中则无显著差异。此外，在B6;129小鼠中，不同测试场景下的陌生个体互动行为呈正相关，表明其社交行为特质在不同任务和日期间具有稳定性。

为了排除社交记忆或嗅觉功能差异对结果的影响，研究人员还进行了嗅觉习惯化/去习惯化测试。结果显示两种背景小鼠在嗅觉和社会记忆方面表现相似，说明观察到的社交行为差异确实反映了真实的社交动机差异，而非感知或记忆能力的偏差。

混合背景小鼠表现出自我理毛行为增加和焦虑样行为减少

在刻板行为和焦虑样行为方面，B6;129小鼠表现出自我理毛时间显著增加，而B6小鼠则显示出更多的挖掘行为次数——这是焦虑样行为的指标。这些行为差异主要由雄性小鼠驱动。在大理石埋藏测试（强迫样行为）和Y迷宫自发交替（认知灵活性）方面，两种背景小鼠无显著差异。

在其他行为方面，两种背景小鼠在空间记忆、新物体识别或自发活动性方面无显著差异。然而，在新奇抑制摄食测试中，B6小鼠表现出更高的焦虑样行为，这主要通过雌性小鼠体现。这些发现支持了通过挖掘行为检测到的焦虑相关行为差异。

社交能力和运动刻板行为是两个背景间的关键鉴别参数

通过主成分分析（PCA）识别最能区分两种遗传背景的行为参数，发现第一个主成分（PC1）在两组间存在显著差异。B6;129小鼠的特征是增强的社交能力和社交新颖性偏好以及自我理毛行为，而B6小鼠则以增加的挖掘行为为特征。尽管不如经典测试中明显，但对LMT数据集的主成分分析显示，前五个鉴别因素都是社交参数。

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混合背景对慢性社会隔离的敏感性较低

为评估混合B6;129背景是否能更好地模拟神经发育和精神疾病的行为异质性，研究人员比较了四周断奶后慢性社会隔离对两种遗传背景小鼠的影响。结果显示，B6;129野生型（WT）群养小鼠和隔离小鼠在多个社交测试中均表现出比B6野生型小鼠更强的与陌生同类的社交互动，且个体间变异性更大。

慢性社会隔离增加了与陌生隔离同类的社交互动，但这种效应仅在B6背景中显著，而在B6;129背景中不明显。有趣的是，尽管隔离饲养的B6;129小鼠比相应的野生型小鼠社交能力变异性更大，但它们对小鼠而非物体的偏好比隔离饲养的B6小鼠更强。这表明B6;129背景的社交互动对慢性社会隔离的影响较不敏感。

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研究结论与讨论部分强调，B6;129混合背景小鼠虽然如预期那样因遗传异质性而表现出更大的行为变异性，但与近交系B6小鼠相比，它们在与陌生同类的社交互动上表现出稳健且可重复的增加。这种增强的社交兴趣可能反映了更高的社交动机，而不能归因于嗅觉或社会记忆的主要差异。

在分子水平上，催产素受体水平的差异可能解释了两种背景间观察到的社交互动差异。例如，与129小鼠相比，B6小鼠在内侧视前区（MPOA）表现出更低的催产素受体密度，而伏隔核中的催产素受体水平已知可调节社交奖励和与陌生同类的互动。

类似社交互动，混合B6;129背景的野生型小鼠表现出自我理毛行为增加，而只有B6小鼠表现出更高的焦虑样行为。社交互动和运动刻板行为这两个与神经发育和精神疾病（特别是ASD）相关的核心行为特征，是区分近交系B6和混合B6;129遗传背景的最关键行为参数。

重要的是，B6;129小鼠对社交隔离的敏感性较低，表现出更好的行为适应性以及更强的生理稳健性。这种现象被称为越亲分离（transgressive segregation），在杂交后代中表现出超过任一亲本群体的特征。

该研究的创新点在于，单一混合背景提供的遗传异质性与使用杂交或远交系中20多个品系所获得的异质性相当，从而减少了伦理担忧（动物数量）和实验成本。研究结果回应了常见的担忧，即混合背景可能因变异性增加而掩盖遗传操作的效果。事实上，两种遗传背景（在B6小鼠中更为明显）在慢性隔离后都表现出增强的行为变异性。

总体而言，这项研究强调了使用混合B6;129背景模拟神经发育和精神疾病的遗传和行为相关性。与近交系B6相比，B6;129背景更好地捕捉了人类这些疾病特有的行为异质性。将遗传多样性纳入临床前神经学研究不仅提高了研究结果的可重复性，而且增强了其转化价值，解决了传统近交模型的关键局限性。

这项发表在《Scientific Reports》上的研究为神经科学领域提供了重要的方法论启示，表明通过相对简单的遗传背景混合策略，即可显著提升动物模型对人类复杂精神疾病表型异质性的模拟能力，为未来更可靠的转化医学研究奠定了坚实基础。