综述:产后关键期大脑可塑性与神经发育障碍:环路机制的再探讨

时间:2025年7月21日
来源:Journal of Genetics and Genomics

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这篇综述深入探讨了产后关键期(CP)大脑可塑性及其与神经发育障碍(NDDs)的关联,系统回顾了抑制性环路(如PV+、SST+、VIP+中间神经元)在调控CP中的核心作用,并揭示了兴奋-抑制(E/I)平衡、突触修剪及胶质细胞参与的分子机制,为理解自闭症(ASD)、精神分裂症等NDDs的病因提供了新视角。

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引言

关键期(CP)是产后发育的时间窗口,期间大脑环路对经验或环境输入高度敏感。这一阶段神经连接的精细化对成熟脑功能至关重要,而CP异常常伴随神经发育障碍(NDDs),如自闭症谱系障碍(ASD)和精神分裂症。研究CP调控的神经机制是理解NDDs病因的关键。

经典CP研究

CP概念源于Hubel和Wiesel对小猫初级视觉皮层(V1)的研究。单眼剥夺(MD)在CP内可引发眼优势可塑性(ODP),而成年后同样处理无效。类似CP也存在于体感、听觉及社会功能发育中,如听觉皮层(A1)的声调图谱形成和复杂声音处理分属不同CP阶段。

兴奋性神经元的作用

CP可塑性表现为兴奋性突触连接的时序性变化:MD早期通过NMDA受体和mGluR2依赖的长时程抑制(LTD)减弱剥夺眼输入,后期通过稳态可塑性增强非剥夺眼输入。但敲除NR-2B或mGluR2并未完全消除ODP,提示其他环路参与调控。

抑制门控理论

抑制性传递的成熟是CP启动的关键。敲除GABA合成酶GAD65基因阻断了CP,而苯二氮卓类药物或脑源性神经营养因子(BDNF)过表达可提前CP。黑暗饲养延迟CP,而恢复光照后给予增强抑制的药物可快速关闭CP。这些发现支持“抑制水平调控CP启闭”的理论。

抑制性环路架构

皮层抑制主要由三类中间神经元介导:

  1. PV+中间神经元:通过篮状突触抑制胞体,调控PC的输入整合和增益;
  2. SST+中间神经元:靶向树突直接抑制PC或通过抑制PV+间接去抑制PC;
  3. VIP+中间神经元:接受胆碱能/5-HT输入,主要抑制SST+神经元。

发育中,PV→PC突触增强而SST→PC突触减弱,同时SST→PV抑制增强,形成动态重组。

经验诱导的环路重构

MD在CP期间重塑抑制性突触:L2/3和L4的PC接受PV+和SST+抑制增强,改变E/I平衡。PV+神经元中神经调节蛋白1(NRG1)/ErbB4信号下调或神经pentraxin2(NPTX2)减少可能介导早期PC→PV突触减弱,触发可塑性。

胶质细胞的调控

星形胶质细胞通过连接蛋白30稳定PV+神经元的周围网络(PNNs),促进CP关闭;小胶质细胞通过P2Y12受体介导突触修剪;少突胶质细胞髓鞘信号(如Nogo)限制可塑性。

NDDs中的异常CP

  1. Rett综合征:Mecp2缺失导致PV+成熟加速或抑制缺陷,CP提前或消失;
  2. 脆性X综合征:Fmr1敲除小鼠V1的CP加速,但A1的CP缺失;
  3. Angelman综合征:Ube3a缺失削弱突触维护,提高CP诱导阈值;
  4. 精神分裂症:Crmp2敲除导致CP提前,伴随E/I平衡异常。

干预潜力

rTMS或药物(如SSRIs、氯胺酮)可能通过恢复CP样可塑性改善NDDs症状。例如,降解PNNs或抑制ErbB4可重启成年V1可塑性。

挑战与展望

未来需明确:

  1. 经验如何系统性重构全环路突触;
  2. VIP+等异质中间神经元亚型的具体作用;
  3. 长程环路(如胆碱能投射)如何参与CP调控。结合连接组学和计算模型将深化对CP机制的解析。

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