杂合多巴胺转运体突变体DAT T356M小鼠中的性别特异性中间行为表型

《Genes, Brain and Behavior》：Sex-Specific, Intermediate Behavioral Phenotypes in Heterozygous Dopamine Transporter Mutant DAT T356M Mice

　　本研究通过分析携带单倍体突变DAT T356M的小鼠行为特征，发现其表现出性别特异性表型，雄性小鼠过度活跃且空间学习障碍，雌性影响较小。该突变模型为研究基因-环境交互作用（如神经毒素暴露）在自闭症行为形成中的作用提供了中间表型动物模型。

　　这项研究聚焦于一种与自闭症谱系障碍（ASD）相关的基因突变，即多巴胺转运蛋白（DAT）的T356M突变。研究人员在小鼠中观察到，这种突变在同源（homozygous）状态下会导致显著的行为变化，包括极度的活动增加和重复行为增强。然而，由于人类遗传学中复杂的疾病机制往往涉及异源（heterozygous）突变，因此本研究特别关注了携带单个突变等位基因的小鼠行为特征，探讨其是否表现出类似自闭症的行为表现，以及这些表现是否具有性别特异性。

### 一、研究背景与意义

自闭症是一种神经发育障碍，其主要特征包括社交沟通能力的缺失和重复行为的出现。尽管其发病率较高，但其神经生物学机制仍然不完全明确。研究发现，自闭症与多种基因有关，其中一些基因影响神经元的信号传递，特别是与多巴胺（DA）相关的基因。多巴胺不仅与奖励和动机相关，还在塑造感官和运动功能、预测信号等方面发挥重要作用。因此，多巴胺信号的变化可能对自闭症的多个特征产生影响，包括活动水平、重复行为和社会功能。

DAT是调控多巴胺在突触间传递的重要蛋白，其突变已被与自闭症联系起来。在先前的研究中，研究人员发现DAT T356M突变在小鼠中会导致多巴胺信号的显著改变，包括多巴胺清除的障碍和行为表现的改变。这些结果表明，DAT T356M突变可能对自闭症相关的行为特征产生影响。然而，由于人类遗传学中大多数相关突变可能以异源形式存在，因此研究携带单个突变等位基因的小鼠行为特征，有助于理解基因与环境相互作用对自闭症的影响。

此外，自闭症在男性中更为常见，而性别和性别差异在行为表现中起着重要作用。因此，研究携带DAT T356M突变的小鼠是否在行为表现上存在性别差异，有助于揭示自闭症的潜在机制。本研究的目的是通过观察携带DAT T356M突变的异源小鼠行为，为后续研究基因与环境相互作用提供基础。

### 二、实验方法与设计

研究采用了一系列行为测试，包括运动行为、社交行为、重复行为、传感器运动门控（sensorimotor gating）以及与多巴胺相关的生物化学指标。所有实验均在范德堡大学神经行为核心设施中进行，并遵循伦理委员会批准的方案。

实验中使用了两种不同的实验群体，分别对携带DAT T356M突变的异源小鼠（DAT T356M+/?）和野生型小鼠（DAT T356M WT）进行比较。实验对象在21-24天龄时被断奶并进行基因型鉴定。所有行为测试在8-12周龄的小鼠中进行，以确保其行为表现不受年龄影响。

为了减少实验对小鼠的干扰，实验中采用了标准化的测试环境，包括统一的光照周期、饮食和水供应，以及定期清洁测试装置以避免气味干扰。此外，所有测试均在相同时间段内进行，以确保时间因素不会影响结果。为了提高统计效力，研究中对数据进行了分组分析，分别探讨性别与基因型的交互作用。

在行为测试中，研究人员使用了多种方法，如开放场测试（open field test）来评估运动行为，使用反转屏幕（inverted screen）和水平杆（horizontal beam）测试来评估运动协调能力，使用Barnes迷宫测试来评估空间学习能力，使用预脉冲抑制（prepulse inhibition, PPI）测试来评估传感器运动门控能力，使用三室社交偏好测试（three-chamber social preference test）和社交主导测试（dominance tube test）来评估社交行为。

### 三、实验结果与分析

#### 1. 运动行为

在开放场测试中，携带DAT T356M突变的异源小鼠表现出比野生型小鼠更高的活动水平，尤其是在实验2中，这种差异更加明显。男性和女性异源小鼠在活动水平上均有所增加，但男性表现出更显著的差异。然而，这种增加的活动水平并未导致明显的焦虑样行为，即在测试过程中，异源小鼠在开放场的外围区域活动时间并未显著减少。

此外，在反转屏幕和水平杆测试中，异源小鼠并未表现出显著的运动协调差异。这表明，虽然异源小鼠的活动水平有所增加，但其运动能力并未受到明显影响。这种结果与之前在同源小鼠中观察到的严重运动障碍形成对比，进一步支持了异源小鼠行为表现的“中间性”。

#### 2. 社交行为

在社交偏好测试中，异源小鼠表现出与野生型小鼠相似的社交倾向，即更倾向于探索与新鼠接触的区域。然而，在社交主导测试中，野生型小鼠在与异源小鼠的对抗中占优势，但这种优势并不显著。此外，在实验2中，研究人员还测试了埋藏小球（marble burying）行为，发现异源小鼠与野生型小鼠在该行为上没有显著差异。

#### 3. 重复行为

在开放场测试中，研究人员观察到异源小鼠表现出一定的重复行为，如频繁的站立（rearing）行为。然而，这种重复行为仅在雄性异源小鼠中出现，而雌性异源小鼠并未表现出类似的特征。这一性别特异性现象可能与自闭症在男性中更为常见的趋势相吻合。

#### 4. 空间学习能力

在Barnes迷宫测试中，雄性异源小鼠表现出较弱的空间学习能力，尤其是在寻找目标洞穴的效率上。相比之下，雌性异源小鼠的学习能力与野生型小鼠相似。这一结果表明，携带DAT T356M突变的异源小鼠可能在某些行为特征上表现出性别差异，尤其是空间学习能力。

#### 5. 传感器运动门控（PPI）

在PPI测试中，异源小鼠的传感器运动门控能力与野生型小鼠相似，尽管雄性小鼠的启动反应略强于雌性小鼠。这表明，DAT T356M突变对传感器运动门控的影响较小，或者其影响在性别之间存在差异。

#### 6. 多巴胺生物化学指标

在生物化学分析中，研究人员发现异源小鼠的多巴胺水平与野生型小鼠之间没有显著差异。此外，多巴胺代谢产物（如DOPAC、HVA、3-MT）和5-羟色胺、去甲肾上腺素等神经递质水平也未出现显著变化。这表明，DAT T356M突变对多巴胺系统的整体影响较小，可能仅在某些特定行为特征上表现出来。

然而，研究还发现，异源小鼠在纹状体中的多巴胺合成相关蛋白（如酪氨酸羟化酶，TH）的磷酸化水平有所变化，这可能意味着多巴胺代谢在某些方面受到了影响。这种变化可能在雌性小鼠中更为显著，但需要进一步研究确认。

### 四、讨论与意义

本研究的发现表明，DAT T356M突变在异源状态下可能不会导致与同源小鼠相同程度的行为变化，但仍然可能对某些行为特征产生影响。这些行为特征可能包括活动水平、重复行为以及空间学习能力。值得注意的是，这些变化在性别之间表现出差异，尤其是雄性小鼠可能更容易表现出与自闭症相关的特征。

这种性别特异性现象可能与自闭症在男性中的高发病率相关，也可能是由于不同性别对基因突变的反应存在差异。因此，研究携带DAT T356M突变的异源小鼠行为表现，不仅有助于理解自闭症的遗传基础，也为探索基因与环境相互作用提供了新的视角。

此外，本研究还强调了研究异源小鼠的重要性。在基因-环境相互作用的研究中，携带单个突变等位基因的个体可能在特定环境条件下表现出与自闭症相似的症状。例如，某些环境因素可能通过影响多巴胺代谢或神经递质水平，增强或减弱基因突变的影响。这种可能性为未来研究提供了方向，即在携带DAT T356M突变的小鼠中引入不同的环境干预，观察其行为表现的变化。

多巴胺系统的调节对环境因素非常敏感，包括饮食、重金属暴露、农药使用等。因此，研究DAT T356M突变小鼠在不同环境条件下的行为表现，有助于揭示环境如何与基因相互作用，进而影响自闭症相关的特征。例如，某些饮食成分可能通过影响多巴胺合成或代谢，改变携带该突变的小鼠的行为表现。

综上所述，本研究不仅揭示了DAT T356M突变在异源状态下的行为影响，还为探索基因-环境相互作用提供了重要的实验基础。未来的研究可以进一步探讨这些小鼠在不同环境条件下的行为表现，以更好地理解自闭症的遗传与环境因素之间的复杂关系。