《Journal of Neurochemistry》：Essential Roles of Heparan Sulfate Endosulfatase Sulf1 in Reward and Aversion Learning Through Distinct Dopamine D1 and D2 Receptor Pathways in Male Mice
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本文揭示了硫酸乙酰肝素内切硫酸酯酶Sulf1在成年小鼠大脑中的关键作用。研究发现，Sulf1通过分别调控表达多巴胺D1受体（D1R）和D2受体（D2R）的神经元，特异性介导了可卡因诱导的条件性位置偏好（CPP）和抑制性回避（IA）学习。该研究首次阐明了Sulf1在伏隔核（NAc）奖赏与厌恶学习中的细胞通路特异性功能，为理解细胞外基质修饰在行为调控中的机制提供了新视角。
引言
硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPGs）是广泛存在于细胞表面和细胞外基质（ECM）中的糖蛋白，通过其硫酸乙酰肝素（HS）链调节细胞分化、增殖、迁移、轴突导向、突触发生和可塑性。Sulf1和Sulf2是细胞外硫酸酯酶，能够特异性去除HS链6-O位上的硫酸基团，从而调控细胞信号传导。虽然已知Sulf1/Sulf2双敲除（KO）小鼠在发育过程中存在分化缺陷和轴突导向异常，但它们在成年大脑中的功能尚不清楚。近期研究发现，Sulf1mRNA在成年小鼠伏隔核（NAc）壳区高表达，并与多巴胺D1受体（Drd1）和D2受体（Drd2）共表达。此外，Sulf1基因敲除会导致NAc中型多棘神经元（MSNs）的膜兴奋性和兴奋性突触传递改变，提示Sulf1可能参与NAc神经环路的功能调控。
材料与方法
研究使用了3至5月龄的雄性小鼠。通过CRISPR-Cas9基因组编辑技术构建了Sulf1floxed小鼠，并将其与Drd1-Cre或Drd2-Cre小鼠交配，获得在D1R或D2R表达细胞中条件性敲除（cKO）Sulf1的小鼠模型。通过RNAscope多重荧光原位杂交技术检测了NAc脑区中Sulf1、Drd1和Drd2mRNA的表达与共定位。行为学实验包括可卡因诱导的条件性位置偏好（CPP）测试和抑制性回避（IA）测试，以评估小鼠的奖赏学习和厌恶学习能力。
Sulf1组成性敲除损害奖赏与厌恶学习
行为学实验结果表明，与野生型（WT）对照小鼠相比，Sulf1组成性敲除（KO）小鼠在CPP测试中未能形成对可卡因配对环境的偏好，显示其奖赏学习能力受损。同样，在IA测试中，Sulf1KO小鼠在训练后进入暗室的潜伏期显著短于对照小鼠，表明其厌恶学习能力也存在缺陷。这些结果证明Sulf1对于奖赏和厌恶学习均是必需的。
细胞类型特异性Sulf1敲除揭示D1与D2通路的分离功能
为进一步明确Sulf1在特定神经元类型中的作用，研究构建了D1R细胞特异性Sulf1cKO（D1cKO）和D2R细胞特异性Sulf1cKO（D2cKO）小鼠。RNAscope分析显示，在D1cKO小鼠的NAc中，Sulf1mRNA在大多数Drd1+细胞中缺失，但在部分Drd2+细胞中仍有表达；而在D2cKO小鼠中，Sulf1mRNA在Drd2+细胞中特异性缺失。行为学测试发现，D1cKO小鼠特异性表现为CPP学习受损，而IA学习正常；相反，D2cKO小鼠则特异性表现为IA学习受损，而CPP学习正常。这表明Sulf1通过D1-MSNs通路调控奖赏学习，而通过D2-MSNs通路调控厌恶学习。
讨论
本研究首次在体证明了Sulf1在成年大脑高级功能中的重要作用，并揭示了其通过多巴胺D1和D2受体通路分别调控奖赏与厌恶学习的双通路机制。该发现不仅拓展了对于HS修饰酶在神经系统功能中作用的认识，也为理解NAc在情感与动机行为中的细胞机制提供了新的分子基础。未来研究需进一步阐明Sulf1调控突触可塑性和神经元兴奋性的具体分子途径，以及其在精神疾病中的潜在意义。
