《NeuroToxicology》：Blockade of NMDA-receptors mitigates autistic and cognitive behaviors via modulation of TLR-4/NLRP3 inflammasomes and microglia/astrocyte crosstalk in rat model of autism
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自闭症谱系障碍（ASD）的神经炎症机制及美金刚干预研究显示， prenatal VPA暴露诱导的ASD模型大鼠存在NMDA受体亚基、TLR-4及NF-κB过度表达，伴随氧化应激和NLRP3炎症小体激活，引发前额叶皮质神经退行性病变及认知缺陷。慢性美金刚（20 mg/kg/d）治疗有效改善自闭症样行为、神经化学异常及病理改变，且疗效与NMDA受体表达抑制显著相关。
Sawsan Aboul-Fotouh|Sohir M. Zohny|Ghada AM. Hassan|Abeer M. Eissa|Heba Hamed Elshahawi|Sahar M. Abdelraouf|Manar Yehia Ahmed|Mohammed R. Rabei|Fatma E. Hassan|Ahmed Nageh Mahmoud|Eman H. Eltantawy|Shaimaa Khedr|Yasmin Ramadan|Maha Khaled El-Ashry|Esraa M. Elnahas
埃及开罗艾因沙姆斯大学医学院临床药理学系
摘要
越来越多的证据表明，NMDA受体功能障碍是导致自闭症谱系障碍（ASD）神经变化的根本原因之一。然而，NMDA受体与Toll样受体-4（TLR-4）、NOD样受体-3（NLRP3）以及小胶质细胞/星形胶质细胞活性在自闭症相关神经炎症中的作用尚未得到充分研究。
方法
本研究旨在探讨通过长期使用美金刚（MEM，20 mg/kg/d，腹腔注射）治疗，探究NMDA受体阻断对自闭症的潜在影响。实验对象为产前接触过丙戊酸（VPA）的雄性Wistar大鼠。
结果
产前接触VPA的大鼠表现出类似自闭症的核心症状和认知缺陷，同时前额叶皮质（PFC）中NMDAR-GluN1和GluN2B亚基、TLR-4以及NF-κB的基因和蛋白质表达上调。此外，VPA还增加了氧化/硝化应激和炎性小体标志物（NLRP3、procaspase-1和caspase-1）的水平。组织病理学和免疫组化研究证实了神经退行性变化，以及小胶质细胞/星形胶质细胞的反应性增强，炎症和凋亡标志物增加，Ki-67和β-淀粉样蛋白的表达升高，前额叶和小脑皮质中的神经纤维缠结增多。长期使用美金刚治疗后，上述行为、神经化学和组织病理学异常得到了改善，且这些改善与NMDA受体的表达水平显著相关。
结论
据作者所知，本研究首次证实了通过美金刚阻断NMDA受体可调节TLR-4/NLRP3炎性小体通路及小胶质细胞/星形胶质细胞之间的相互作用，从而缓解自闭症的行为和认知缺陷。这些发现进一步支持了NMDA受体阻断可能成为治疗ASD的新颖且具有前景的药物治疗策略这一假设。
引言
自闭症谱系障碍（ASD）是一种儿童神经发育障碍，其特征是社交互动和沟通能力普遍受损，同时伴有重复性刻板行为。ASD还包含其他非核心症状，如多动、攻击性、焦虑和认知障碍（DSM-5，2013）。根据CDC的估计，大约每31名儿童中就有1人患有ASD，男女比例为4:1（CDC，2025）。ASD的病因是多因素的，目前仍不完全清楚（Csoka等人，2024）。
谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体的功能障碍被认为是ASD的潜在机制，尤其是认知障碍的病因，并成为自闭症药物开发的热门靶点（Kumar和Sharma，2016；Montanari等人，2022）。NMDA受体是一类离子型谷氨酸受体，具有较高的钙通透性，由两个NR1亚单位（GluN1）和两个NR2亚单位（GluN2）组成四聚体（Gonda，2012）。前额叶皮质和小脑中NMDA受体的功能障碍与ASD有关（Nisar等人，2022；Yan和Rein，2022）。NMDA受体过度激活会导致神经元兴奋毒性，从而引发一系列事件，这些事件可能与ASD的发病机制相关（Huang等人，2021；Kumar和Sharma，2016；Zohny等人，2023）。这些事件包括胶质细胞的反应性增强、NF-κB通路激活、NOD样受体-3（NLRP3）炎性小体通路的激活，进而刺激caspase-1的活性，导致肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-1β（IL-1β）的释放，引发氧化/硝化应激、神经元死亡和神经退行性变（Elnahas等人，2022；Swanson等人，2019；Tsoka等人，2019）。小胶质细胞同时表达NMDA受体和Toll样受体-4（TLR-4），在中枢神经系统的免疫反应中起着关键作用（Cui等人，2017）。NMDA受体的激活会增强TLR-4介导的神经炎症反应，而NMDA受体的抑制可以减轻内皮细胞培养中Lipopolysaccharide（LPS）激活的TLR-4引发的神经炎症级联反应（Han等人，2023）。神经炎症还会增加有毒的tau蛋白聚集体、神经纤维缠结和β-淀粉样蛋白斑块，破坏突触信号传导，导致阿尔茨海默病的认知功能障碍（Elnahas等人，2022；Vogels等人，2019）。然而，这些效应是否也适用于ASD尚未明确。
非竞争性NMDA受体拮抗剂如阿格马汀（agmatine）、MK-801、氯胺酮、右美沙芬和美金刚（MEM）在缓解ASD症状方面显示出潜力，提示了潜在的治疗途径（Aboul-Fotouh等人，2025；Choi等人，2022；Kim等人，2017；Mohammadi等人，2020；Nikvarz等人，2017；Singla等人，2021）。我们之前的实验室工作研究了长期使用美金刚治疗VPA诱导的ASD大鼠模型的效果，重点关注谷氨酸平衡和CREB/BDNF信号通路（Zohny等人，2023）。然而，NMDA受体阻断对自闭症患者大脑中TLR-4和炎性小体通路的影响尚未得到充分研究。
因此，本研究旨在探讨使用美金刚阻断NMDA受体对Toll样受体-4和NOD样受体-3神经炎症通路的影响，以及这些通路如何影响小胶质细胞的反应性，进而影响前额叶皮层的神经退行性变、tau蛋白病变和β-淀粉样蛋白的神经毒性，从而导致类似自闭症的行为和认知缺陷。
实验方法
实验对象
从Nile for Pharmaceuticals and Chemical Industries（埃及开罗El Sawah）购买了45只成年Wistar大鼠（20只雄性和25只雌性），体重在150–250克之间，经过两周的适应期后用于繁殖和产生实验后代。大鼠生活在受控环境中，温度为24oC，光照/黑暗周期为12小时（早上5:00至下午5:00），相对湿度为55±10%。提供标准饲料和水供自由摄取。所有实验均在此环境下进行。三室社交性测试（3-CST）
图2（A-C）中的社交性结果显示，与对照组相比，VPA模型大鼠与新大鼠的嗅探/互动时间显著减少（P=0.04），与空笼子的嗅探/互动时间也显著减少（P=0.02），社交新颖性评分也显著降低（P=0.004）。在社交新颖性测试中（图2 D-F），VPA暴露组大鼠与新大鼠的嗅探/互动时间显著减少（P=0.02），社交新颖性评分也显著降低（P=0.003）。
讨论
为了寻找治疗ASD相关认知障碍的新有效靶点，多项临床和实验研究探讨了NMDA受体阻断剂在自闭症患者中的效果。然而，研究结果存在争议，因为临床和临床前研究的结果并不一致。早期和小规模的试验（Chez等人，2007；Ghaleiha等人，2013；Joshi等人，2016；Owley等人，2006）报告了美金刚的显著效果。
结论
据作者所知，本研究首次提出了NMDA受体阻断剂美金刚可能调节TLR-4/NLRP3炎性小体通路及小胶质细胞/星形胶质细胞之间相互作用的作用，从而缓解产前VPA诱导的自闭症行为和认知缺陷。这些发现进一步支持了NMDA受体阻断可能成为治疗ASD的新策略这一假设。
作者贡献声明
Khedr Shaimaa：方法学设计、实验实施、数据分析。Yasmin Ramadan：初稿撰写、方法学设计、实验实施、数据分析。Maha Khaled El-Ashry：初稿撰写、数据验证、方法学设计、实验实施、数据分析、可视化处理、项目监督、方法学设计、数据分析、数据管理。Esraa M. Elnahas：初稿撰写与修订、可视化处理、数据验证、项目监督、方法学设计、实验实施、数据分析、数据管理。Mohammed R. Rabei：初稿撰写、可视化处理。
