短暂CSF1R抑制改善Cntnap2敲除和丙戊酸暴露的自闭症小鼠模型的行为缺陷

Transient CSF1R inhibition ameliorates behavioral deficits in Cntnap2 knockout and valproic acid-exposed mouse models of autism

作者信息Jiao Meng, Pengming Pan, Gengshuo Guo, Anqi Chen, Xiangbao Meng, Heli Liu
PMID39425203
发布时间2024-10-18
DOI10.1186/s12974-024-03259-5

实验完整度

包含两种独立模型(基因敲除和环境暴露)的行为表型验证,以及小胶质细胞形态数量、树突棘形态的细胞和机制层面验证。

主要模型

Cntnap2敲除小鼠 丙戊酸暴露小鼠模型 野生型C57BL/6J小鼠

重点核对

PLX5622给药方案:P21至P31饲喂含1200 ppm PLX5622的饲料10天,随后恢复普通饲料 行为测试时间:P70至P80 VPA注射剂量:E12.5腹腔注射600 mg/kg Cntnap2基因型鉴定:PCR检测约39碱基对缺失 实验用雄性后代

摘要

在自闭症谱系障碍(ASD)患者和ASD动物模型中观察到小胶质细胞异常和异质性。通过集落刺激因子1受体(CSF1R)抑制实现的小胶质细胞耗竭已被证明可改善母体免疫激活小鼠后代的自闭症样行为。然而,CSF1R抑制是否在治疗由遗传和环境风险因素引起的自闭症模型中具有广泛有效性和药理学异质性尚不清楚。在此,我们报道了小分子CSF1R抑制剂PLX5622在治疗Cntnap2敲除和丙戊酸(VPA)暴露的自闭症模型小鼠中的药理学功能和细胞机制。对于Cntnap2敲除小鼠,PLX5622可以改善其社交能力和相互社交行为,减缓其在旷场中的多动和重复梳理行为,并增强其筑巢能力。对于VPA模型小鼠,PLX5622可以增强其社交能力和社交新颖性,并减轻其焦虑行为、重复和刻板的自闭症样行为,如梳理和埋珠。在细胞水平上,PLX5622恢复了两种模型体感皮层、纹状体和海马CA1区域小胶质细胞的形态和/或数量。特别地,PLX5622纠正了Cntnap2敲除小鼠纹状体和VPA模型小鼠体感皮层、纹状体和海马CA1区域的神经生理异常。顺便提及,还报道了VPA模型小鼠小胶质细胞的动态变化。我们的研究表明,通过短暂CSF1R抑制实现的小胶质细胞耗竭和再增殖是有效的,然而,在挽救两种自闭症模型的行为缺陷方面具有不同的药理学功能和细胞机制。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
PLX5622诱导的小胶质细胞耗竭和再增殖是否对不同病因(遗传和环境因素)的自闭症模型小鼠具有不同的治疗效果和潜在的细胞机制?
核心机制
PLX5622通过抑制CSF1R信号导致小胶质细胞耗竭和再增殖,纠正小胶质细胞形态和数量的异常,进而恢复神经元树突棘的密度和形态,改善神经回路功能,从而改善自闭症样行为。
主要证据
Cntnap2 KO和VPA小鼠在体感皮层、纹状体和海马CA1区域出现小胶质细胞异常和树突棘异常,PLX5622处理后这些异常被逆转,并伴随行为改善(如社交能力、重复行为等)。
研究意义
研究表明CSF1R抑制可能是治疗ASD的有效策略,但需考虑个体差异,并提示小胶质细胞在自闭症中具有异质性作用。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立

建立遗传和环境因素导致的自闭症小鼠模型,以评估PLX5622的疗效。

使用Cntnap2杂合敲除小鼠繁殖获得WT和KO小鼠,并通过基因型鉴定确认。通过E12.5腹腔注射VPA(600 mg/kg)或生理盐水建立VPA模型和对照组。雄性后代用于实验。

2

PLX5622给药

通过CSF1R抑制剂PLX5622诱导小胶质细胞耗竭和再增殖。

从P21开始给予含PLX5622(1200 ppm)的饲料10天,然后恢复正常饲料。对照组给予正常饲料。

3

行为学测试

评估PLX5622对自闭症样行为的影响,包括社交能力、重复行为、焦虑和运动活动。

在P70-P80进行一系列行为测试,包括三箱社交测试、相互社交测试、自我梳理测试、筑巢测试、埋珠测试和旷场测试。

4

免疫荧光染色和形态学分析

检测小胶质细胞数量和形态变化,以确定PLX5622的细胞效应。

在特定时间点(如P31、P65)处死小鼠,通过免疫荧光染色标记IBA1,使用共聚焦显微镜成像,并用Imaris软件分析小胶质细胞的数量、过程面积、长度、分支数和胞体体积。

5

Golgi染色分析树突棘

评估PLX5622对神经元树突棘密度和形态的影响。

使用Golgi染色显示神经元,利用共聚焦显微镜成像,并用Imaris软件定量分析树突棘的总数以及蘑菇型和短粗型棘的比例。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
PLX5622----
丙戊酸Sigma--
抗IBA1抗体Wako019-19741
抗PDGFRα抗体CST3174
Alexa Fluor 488标记的山羊抗兔IgGJacksonZF0511
Alexa Fluor 594标记的山羊抗兔IgGJacksonZF0516
Hoechst 33342Sigma-Aldrich--
OCT包埋剂Sakura--
冷冻切片机LeicaCM3050S
FD快速高尔基染色试剂盒FD Neuro Technologies--
Vectra Polaris 1.0PerkinElmer--
共聚焦显微镜LSM 880Zeiss--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
Cntnap2 KO小鼠的繁殖策略和基因型鉴定;VPA注射的剂量、时间和途径
阅读提示:Methods中的'Generation of animals'部分
药物处理
PLX5622饲料的浓度(1200 ppm)、给药持续时间和时间窗口(P21-P31)
阅读提示:Methods中的'PLX5622 preparation and administration'部分
行为测试
行为测试的具体条件,如三箱社交测试的陌生鼠和对象摆放、旷场测试的时长等
阅读提示:Methods中相应的行为测试部分,以及Figure legends
组织学分析
免疫荧光染色的抗体浓度、孵育时间;Golgi染色的试剂盒使用步骤
阅读提示:Methods中的'Immunostaining for microglia'和'Golgi staining for neurons'部分
数据分析
统计方法的选择(ANOVA类型及事后检验)、样本量和显著性水平
阅读提示:Methods中的'Statistical analysis'部分以及相关图注