小鼠大脑出生后发育进程中催产素受体时空表达模式解析
Spatiotemporal Mapping of the Oxytocin Receptor at Single-Cell Resolution in the Postnatally Developing Mouse Brain
李灏1 • 李莹1 • 王婷1 • 李燊1 • 刘贺丽1 • 宁书艺1 • 沈伟1 • 赵哲1 • 吴海涛1,2,3
1军事医学研究院，北京 100850，中国
2南通大学神经再生协同创新中心，南通 226019，中国
3北京脑科学与类脑研究所，北京 102206，中国
第一作者：李灏
通讯作者：吴海涛
催产素（Oxytocin, OXT）是一种在进化过程中高度保守的肽类激素，在大脑中释放并发挥功能。催产素作为一种神经调质，在神经发育、行为和情感调控过程中发挥重要作用。在大脑发育过程中，催产素及其受体的表达在时空尺度上受到极为精准的调控，这种时空特异性表达是催产素系统发挥正常生理功能的基础。目前认为，催产素的功能主要依赖于催产素受体（Oxytocin receptor, OXTR），OXTR单倍性不足小鼠可出现社交缺陷、攻击性增强等行为障碍。因此，解析OXTR时空表达模式对理解催产素系统生理功能及病理生理学机制均具有重要参考价值。
既往利用放射自显影、免疫荧光和荧光报告小鼠等研究策略，针对啮齿类动物大脑中OXTR时空表达模式已经开展了一系列研究，但部分结果仍存在一定争议，且尚无法满足高时空分辨率和高精度的发展需求。在小鼠大脑发育进程中，目前仍缺乏在单细胞尺度上同时提供精准定量表达和精细空间信息的全脑Oxtr时空表达模式的系统性研究。本研究利用RNAscope原位杂交技术（in situ hybridization, ISH），对出生后不同发育阶段（P7、P14、P21、P28、P42和P56）雄性小鼠大脑中Oxtr表达模式进行了系统解析。
RNAscope ISH技术具有高灵敏度、高特异性和单分子分辨率的技术特色，为高精度解析大脑发育进程中Oxtr转录水平的时空表达模式提供了有力支撑。本研究通过采用设计合成针对Oxtr mRNA特异性结合的荧光探针（ACDbio），对小鼠大脑出生后不同发育阶段、不同脑区Oxtr基因的转录本进行定量分析，实现了对多脑区Oxtr精细时空表达模式的观察（图1）。结果表明，Oxtr在发育进程中持续高表达于嗅球、海马、杏仁核复合体和基底前脑的部分亚区，且大多数脑区中Oxtr具有出生后发育早期高表达之后逐渐降低的时空表达特征。
图1 Oxtr时空特异性表达实验流程及其在皮层中表达模式示例图。以Oxtr mRNA puncta/DAPI为统计量，对不同发育阶段不同脑区中Oxtr转录本进行定量分析。并以初级躯体感觉皮层（S1）为例，展示Oxtr在时空发育尺度上表达量变化情况。
此外，基于该技术单分子级别的高分辨特征，该研究在单细胞尺度上进一步揭示了不同亚型Oxtr阳性细胞间表达的异质性。重点围绕皮层、基底前脑、海马和杏仁核复合体在内关键脑区中Oxtr时空特异性表达模式开展了系统性研究。以躯体感觉皮层为例，通过结合Oxtr探针分别与谷氨酸能锥体神经元特异性Vglut1/Vglut2探针或GABA能中间神经元特异性Vgat探针进行共同标记，深入比较了大脑皮层在不同发育阶段和不同亚层中Oxtr表达量和细胞亚型分布模式的差异性。通过对单细胞水平Oxtr阳性信号点数进行精准定量分析，揭示了皮层第4/5层（L4/5）GABA能中间神经元是皮层内Oxtr表达水平最高的细胞类群之一（图2），且这一表达特点在不同皮层亚区和不同发育阶段都是保守的。此外，该研究还对Oxtr在基底前脑Vgat+神经元中时空表达模式、海马腹背侧表达模式以及杏仁核复合体中表达模式的空间特异性和差异也进行了深入的比较和分析。
图2 单细胞尺度解析躯体感觉皮层不同细胞亚型中Oxtr表达异质性。 A 躯体感觉皮层Oxtr与Vgat共标结果。B 躯体感觉皮层Oxtr与Vgat共标结果中单个Oxtr阳性细胞中信号点数量。C 躯体感觉皮层Oxtr与Vglut1共标结果。D 躯体感觉皮层中Oxtr与Vglut1共标显示单个Oxtr阳性细胞中信号点数量。
综上所述，该研究通过对Oxtr在大脑发育过程中的转录本进行单细胞尺度时空表达模式分析，发现了一些发育进程中脑区特异性高表达Oxtr的细胞亚群，包括皮层L4/5中GABA能中间神经元和基底前脑中Vgat阳性神经元在整个发育进程中均高表达Oxtr。相关发现为揭示OXTR在大脑发育中的时空表达模式提供了新证据，也为深入理解催产素系统生理功能及其调控机制奠定了基础。
关键词：催产素；催产素受体；RNAscope；时空表达模式；大脑发育
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-024-01296-x
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