《Neurobiology of Disease》：Genetic disruption of leucine rich repeat transmembrane protein 4 like 1 induces a pro-social behavioural phenotype in zebrafish
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本研究聚焦于神经精神疾病中常见的社会行为缺陷，探讨了突触粘附蛋白LRRTM4在调控社会行为中的作用。研究人员通过CRISPR/Cas9技术构建了斑马鱼lrrtm4l1基因敲除模型，结合行为学分析和全脑转录组测序发现，突变体表现出更强的群聚性、增加的社会互动时间和降低的攻击性，并鉴定出560个差异表达基因涉及谷氨酸能神经传递、色氨酸-大尿氨酸代谢和突触可塑性等通路。该研究首次揭示了LRRTM4通过调节突触功能影响社会行为，为理解社交障碍疾病的分子机制提供了新视角。
在人类社会中，顺畅的社交互动是心理健康的重要基石，然而对于许多神经精神疾病患者而言，如自闭症谱系障碍、图雷特综合征等，社会认知功能的损害却是核心症状之一。尽管遗传因素和突触功能障碍已被证实是导致这些社交异常的重要原因，但具体的分子机制仍如迷雾般亟待揭开。在众多与突触调控相关的基因中，富亮氨酸重复 transmembrane 蛋白4（LRRTM4）作为突触粘附蛋白家族的重要成员，在维持突触功能和神经环路完整性方面扮演着关键角色。然而，LRRTM4是否以及如何参与调控社会行为，其在社交缺陷中的具体贡献，此前仍是一片未知的领域。
为了解开这个谜题，由Courtney Hillman、Giulia Petracco等人组成的研究团队将目光投向了模式生物斑马鱼。斑马鱼拥有丰富且可量化分析的社会行为谱系，是研究社会行为遗传基础的理想模型。在这项发表于《Neurobiology of Disease》的研究中，研究人员深入探究了斑马鱼中LRRTM4的同源基因lrrtm4l1的功能缺失会如何影响其社会行为，并试图揭示其背后的分子机制。
研究人员主要运用了CRISPR/Cas9基因编辑技术构建lrrtm4l1基因敲除斑马鱼模型，并通过行为学分析（包括群聚行为测定、视觉介导的社会偏好测试和镜像攻击行为测试）评估其社会表型，最后利用RNA测序（RNAseq）技术对突变体斑马鱼的全脑转录组进行了分析，以揭示基因表达谱的变化。
研究结果揭示了lrrtm4l1缺失对斑马鱼社会行为的深刻影响。首先，在群聚行为测定中，lrrtm4l1-/-突变体斑马鱼群体会形成更具凝聚性的群体，个体间距离更小，活动区域也更集中，表现出明显的亲社会表型。在视觉介导的社会偏好测试中，突变体个体在同类附近停留的时间也显著长于野生型斑马鱼。有趣的是，这种增强的亲和社会性并非源于攻击性的增加，恰恰相反，在镜像攻击实验中，突变体斑马鱼表现出更低的攻击性。
进一步探究社会情境的影响时，研究人员发现了一个有趣的现象：野生型斑马鱼在面对陌生鱼群时，会表现出比面对熟悉鱼群更强的社会互动倾向，这可能是一种“社会好奇心”的体现。然而，lrrtm4l1-/-突变体则失去了这种区分能力，它们对熟悉和陌生的鱼群都表现出同样强烈的互动意愿，且攻击性水平也无差异。当对实验鱼进行短期社会隔离后，野生型斑马鱼对陌生鱼群的偏好消失了，而突变体的行为模式则未发生显著改变，这表明剧烈的环境挑战可以覆盖其遗传决定的亲社会表型，凸显了基因-环境互作的重要性。
为了从分子层面解释这些行为改变，研究人员对突变体斑马鱼的全脑进行了转录组分析。结果显示，lrrtm4l1缺失导致了560个基因的差异表达。其中，与谷氨酸能神经传递相关的基因发生了显著变化，包括离子型AMPA受体亚基gria2a的下调和代谢型谷氨酸受体grm2b的上调。这与LRRTM4在哺乳动物中调节AMPA受体运输和兴奋性突触功能的作用是保守的，也提示了lrrtm4l1功能障碍对谷氨酸能信号传导产生了广泛影响。
另一个关键发现是色氨酸代谢通路，特别是大尿氨酸途径相关基因的表达改变。负责大尿氨酸途径限速步骤的tdo2a基因在突变体中表达下调，而将大尿氨酸转化为具有神经毒性代谢产物的kmo基因则表达上调。这提示突变体中色氨酸代谢可能更多地转向5-羟色胺（血清素）通路，同时神经毒性大尿氨酸代谢物可能积累，这为社会行为调控提供了新的代谢视角。
此外，研究还发现了一些与突触可塑性相关的基因表达改变，如突触小泡蛋白sypa、LRRTM4的突触前结合配体glypican 2 (gpc2)的下调，以及轴突导向分子sema3f的上调。通路富集分析还意外地发现，与溶酶体功能相关的基因簇在差异表达基因中显著富集，这为LRRTM4的功能研究开辟了新的可能方向。
综上所述，本研究首次在体内模型中系统证实了lrrtm4l1/LRRTM4是社会行为的关键调节因子。其功能缺失导致斑马鱼出现显著的亲社会表型，并伴随着神经递质信号、色氨酸代谢和突触可塑性相关基因表达的广泛改变。这些发现不仅深化了我们对突触粘附蛋白在社会行为中作用的理解，也将LRRTM4确立为一个潜在的、与社交障碍疾病相关的治疗靶点。未来研究可以进一步探索在不同疾病模型或发育阶段中调控LRRTM4信号是否能改善社交功能，以及其与溶酶体等细胞器功能联系的具体机制，为最终攻克相关神经精神疾病提供新的思路和策略。
