自闭症相关学习障碍的关键驱动因素：嗅周皮层的重要作用

为探究自闭症谱系障碍（ASD）空间学习缺陷机制，研究人员以多种 ASD 小鼠模型为对象，发现嗅周皮层（PRC）异常可致学习记忆受损，为治疗提供新靶点。

　　

自闭症研究的新突破：嗅周皮层在学习障碍中的关键作用

在神秘的大脑世界里，自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder，ASD）一直是困扰科学界的难题。ASD 患者常伴有认知异常，其中空间导航困难尤为突出，这严重影响了他们的日常生活和社交互动。以往研究虽发现一些 ASD 小鼠模型存在空间学习障碍，且常将其归咎于海马体功能失调，但真正的神经生物学机制仍迷雾重重。

为了揭开这层神秘面纱，来自国外研究机构的科研人员踏上了探索之旅。他们以多种基因相关的 ASD 小鼠模型，如 Scn2a^+/?、Fmr1^?/?、Cdkl5^?/?小鼠为研究对象，深入探究空间学习缺陷背后的神经生物学机制。这项研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为我们理解 ASD 提供了全新视角，也为未来的治疗策略开辟了新方向。

研究人员运用了多种先进的实验技术。在行为学实验方面，采用巴恩斯迷宫（Barnes maze）测试小鼠的空间学习能力，通过观察小鼠在迷宫中的导航策略和错误次数来评估其学习效果。利用全脑光片成像技术检测 cFos 蛋白表达，以此确定神经元的活动区域，分析大脑中哪些区域在空间学习过程中发挥重要作用。借助条件遗传学技术，构建特定基因敲除或过表达的小鼠模型，研究特定基因在特定脑区的功能。运用电生理学测量神经元活动，记录神经元的电信号变化，探究神经活动与空间学习之间的关系。通过化学遗传学技术激活特定脑区的神经元，观察其对小鼠行为和神经活动的影响。此外，研究中使用的小鼠来自多个品系，包括从杰克逊实验室（Jackson Laboratory，JAX）或突变小鼠资源与研究中心（Mutant Mouse Resource and Research Center，MMRRC）获取的多种小鼠品系，并在实验室内进行繁殖和基因型鉴定。

Scn2a^+/?小鼠的空间学习障碍与皮层活动异常

巴恩斯迷宫实验结果显示，Scn2a^+/?小鼠在空间学习能力上明显弱于野生型小鼠。在训练过程中，野生型小鼠能够逐渐学会快速找到迷宫中的逃生洞，而 Scn2a^+/?小鼠不仅找到逃生洞的空间探索次数少，而且在错误选择上也没有明显减少，这表明它们的空间导航能力受损。

研究人员进一步通过全脑光片成像发现，Scn2a^+/?小鼠大脑中 31 个区域的 cFos 阳性神经元密度降低，这些区域主要集中在皮层，而海马体区域未观察到明显变化。这一结果表明，皮层活动降低可能是导致 Scn2a^+/?小鼠空间学习障碍的重要原因。

皮层兴奋性神经元中 Scn2a 水平降低的影响

为了验证皮层兴奋性神经元中 Scn2a 水平降低对空间学习的影响，研究人员构建了 Emx1^Cre;Scn2a^fx/+小鼠模型。实验结果显示，该模型小鼠在巴恩斯迷宫实验中无法像正常小鼠一样学会寻找逃生洞，且在 15 个皮层区域出现低活性状态，这进一步证实了皮层中 Scn2a 水平降低会导致神经活动减少，进而引发空间学习缺陷。

同时，研究人员还构建了 Vip^Cre;Scn2a^fx/+和 SST^Cre;Scn2a^fx/+小鼠模型，发现这两种模型小鼠的空间学习能力正常，这表明 Scn2a 在兴奋性锥体神经元（PNs）中的缺失才是导致 Scn2a^+/?小鼠空间学习障碍的关键因素，而非中间神经元中 Scn2a 的缺失。

海马体中 Scn2a 减少对空间学习和 LTP 的影响

研究人员假设 Scn2a^+/?小鼠的空间学习缺陷主要源于皮层中 Scn2a 水平的降低，而非海马体。为了验证这一假设，他们构建了 Drd3-Cre;Scn2a^fx/+小鼠模型，该模型小鼠海马体中 Scn2a 水平降低。实验结果显示，Drd3-Cre;Scn2a^fx/+小鼠在空间学习能力上与野生型小鼠相似，且海马体中的长时程增强（Long-Term Potentiation，LTP）也未受到明显影响。这表明，单纯海马体中 Scn2a 减少不足以导致空间学习障碍，进一步支持了研究人员的假设。

皮层中 Scn2a 的全局减少与 PRC 和空间学习的关系

研究人员通过构建多种条件性 Scn2a^fx/+突变小鼠模型，发现 PRC 区域在空间学习中起着重要作用。在 Emx1^Cre小鼠模型中，PRC 区域的 L2/3 层出现重组，且该模型小鼠表现出空间学习缺陷，而其他模型小鼠未出现类似情况。

进一步研究发现，Scn2a 在 PRC 区域的减少会导致 LTP 受损，进而影响空间学习。在对 Emx1^Cre;Scn2a^+/+和 Emx1^Cre;Scn2a^+/?小鼠的研究中，发现后者的 PRC 区域 TBS-LTP 明显受损，这表明 Scn2a 在 PRC 区域对 LTP 的维持至关重要，而 LTP 的受损可能是导致空间学习障碍的重要原因。

PRC 中 Scn2a 敲低对可塑性、空间学习和 SC-CA1 LTP 的影响

研究人员通过病毒介导的方式在 PRC 的兴奋性神经元中敲低 Scn2a，结果发现，虽然基础突触传递未受影响，但配对脉冲易化增加，这意味着囊泡释放概率降低，进而导致 TBS-LTP 受损。同时，敲低 Scn2a 的小鼠在空间学习能力上明显下降，这表明 PRC 中 Scn2a 的减少会通过影响 PRC 的可塑性，进而损害空间学习能力。

此外，PRC 中 Scn2a 敲低还会影响海马体中 SC-CA1 的 TBS-LTP，导致基础突触传递受损，进一步证实了 PRC 与海马体之间的紧密联系，以及 PRC 在调节空间学习和海马体可塑性方面的重要作用。

化学遗传学激活皮层 PNs 对空间学习和 PRC 可塑性的影响

为了探究增加皮层活动是否能挽救 Scn2a^+/?小鼠的空间学习缺陷，研究人员构建了 Emx1^Cre;hM3Dq^fx/+;Scn2a^+/?小鼠模型。通过给予氯氮平 - N - 氧化物（Clozapine N-oxide，CNO）激活 hM3Dq，结果发现，接受 CNO 处理的小鼠空间学习能力恢复正常，cFos 免疫反应性在 15 个皮层区域恢复到正常水平，PRC 的 TBS-LTP 也得到恢复。这表明，化学遗传学激活皮层兴奋性 PNs 能够有效恢复空间学习能力、皮层活动水平和 PRC 的可塑性。

化学遗传学激活 PRC 兴奋性神经元对空间学习和可塑性的影响

研究人员通过病毒介导的方式在 hM3Dq^fx/+;Scn2a^+/?小鼠的 PRC 兴奋性神经元中表达 hM3Dq，然后给予 CNO 处理。结果显示，接受 CNO 处理的小鼠空间学习能力显著提高，PRC 区域的囊泡释放概率增加，TBS-LTP 恢复到野生型水平，海马体中 SC-CA1 的基础突触传递增强，LTP 也得到恢复。这表明，化学遗传学激活 PRC 兴奋性神经元能够有效改善空间学习和可塑性缺陷。

化学遗传学激活 PRC 对其他 ASD 小鼠模型的影响

研究人员将研究扩展到 Fmr1^KO和 Cdkl5^KO小鼠模型。通过在 PRC 区域注射 AAV5-CaMKIIα-hM3Dq-mCherry 病毒，然后给予 CNO 处理，结果发现，接受 CNO 处理的 Fmr1^KO和 Cdkl5^KO小鼠空间学习能力明显改善，PRC 和海马体中的 TBS-LTP 也得到恢复。这表明，化学遗传学激活 PRC 兴奋性神经元对不同基因相关的 ASD 小鼠模型均具有改善空间学习和可塑性缺陷的作用。

研究结论与意义

综上所述，该研究揭示了在多种 ASD 小鼠模型中，PRC 区域的异常在空间学习和记忆缺陷中起着关键作用。Scn2a 基因的变化会导致 PRC 区域活动降低，进而影响海马体功能，最终引发空间学习障碍。化学遗传学激活 PRC 兴奋性神经元能够有效改善这些缺陷，为治疗 ASD 相关的学习障碍提供了新的潜在靶点。

这一研究成果不仅加深了我们对 ASD 神经生物学机制的理解，还为开发针对 ASD 患者学习障碍的新型治疗方法提供了重要理论依据。未来，基于 PRC 的非侵入性神经干预措施，如靶向经颅磁刺激（TMS）或经颅聚焦超声，有望成为改善 ASD 患者认知功能的有效手段，为广大 ASD 患者带来新的希望。