《Brain, Behavior, and Immunity》：Chemogenetic activation of oxytocinergic neurons modulates acute neuroinflammation and improves brain development after pediatric traumatic brain injury
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本研究针对小儿创伤性脑损伤（TBI）后缺乏有效治疗手段的现状，探索了通过化学遗传学方法激活内源性催产素能神经元对急性神经炎症和长期脑发育的调控作用。研究人员在新生雄性小鼠TBI模型中发现，早期激活催产素能神经元可减轻急性期小胶质细胞的促炎反应，改善其转录组特征，并在长期挽救白质微结构损伤、功能连接异常以及社交行为和过度活动障碍。该研究为利用内源性催产素释放作为小儿TBI的神经保护策略提供了临床前证据，具有重要的转化潜力。
小儿创伤性脑损伤（Pediatric Traumatic Brain Injury, TBI）是导致婴幼儿死亡和长期残疾的主要原因，尤其在0至4岁儿童中高发。由于发育中的大脑免疫系统尚未成熟，早期小胶质细胞更侧重于参与脑发育而非免疫过程，使得婴幼儿大脑对物理创伤尤为脆弱。同时，TBI会中断关键的大脑成熟进程，对儿童各方面的功能产生持久影响。然而，目前针对小儿TBI的治疗方法多为侵入性，效果有限，且并非为儿科人群量身定制。因此，开发新型、有效的治疗策略迫在眉睫。
近年来，调节小胶质细胞和星形胶质细胞的活化及表型以积极影响脑损伤结局成为一种有前景的策略，但此类疗法尚未在临床中应用。催产素（Oxytocin, OXT），一种由下丘脑神经元分泌的非肽类物质，因其在产后时期的重要性及其与脑发育的关联而备受关注。能够间接提高新生儿催产素水平的临床干预措施（如皮肤接触、音乐疗法）与儿童神经发育的改善相关。一些临床前研究也提示，在非TBI的脑损伤模型中，催产素激动剂暴露与调节小胶质细胞反应性存在联系。然而，内源性催产素释放是否能够影响发育中大脑的炎症反应，特别是在小儿TBI中的适用性，仍有待探索。
为此，研究人员在《Brain, Behavior, and Immunity》上发表了一项研究，旨在评估内源性催产素释放作为小儿TBI治疗手段的效果。他们利用临床相关的新生儿TBI模型和化学遗传学工具，在出生后第7天（P7）的雄性小鼠中，探究了激活催产素能神经元对急性神经炎症和长期脑发育的影响。
为了开展这项研究，研究人员主要运用了几项关键技术。他们使用了表达兴奋性DREADD（Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs）受体（Hm3Dq）的OXT-Cre转基因小鼠（OXT-Hm3Dq），通过在TBI后（P7至P10）每日注射设计药物CNO（clozapine n-oxide）来特异性激活催产素能神经元。研究采用了多模态评估方法，包括免疫组织化学、RNA测序（RNA sequencing）、离体磁共振扩散张量成像（ex-vivo MRI-diffusion tensor imaging）、在体功能超声成像（in-vivo functional ultrasound imaging）以及一系列行为学测试（如归巢测试、旷场测试、三室社交测试），从而在分子、细胞、影像和行为等多个层面系统评估了干预效果。
3.1. 创伤性脑损伤导致P7雄性小鼠急性神经损伤和神经炎症
研究证实，P7小鼠TBI模型在损伤后24小时即引起急性神经炎症反应。与假手术组（Sham）相比，TBI小鼠在损伤同侧（ipsilateral）皮层和白质区显示出更高的凋亡细胞（cleaved-caspase 3+）数量、小胶质细胞（Iba1+）密度以及CD68+吞噬活性。单细胞形态学分析发现TBI小鼠的小胶质细胞呈现更典型的阿米巴样形态（细胞周长更短、细胞密度更高、凸度更高、圆形度更高）。RNA测序分析从磁分选的小胶质细胞中进一步揭示，TBI引起小胶质细胞转录组向促炎状态转变，包括葡萄糖代谢、糖酵解相关通路上调，而轴突导向、血管发育等与脑发育支持功能相关的通路下调。
3.2. 催产素能神经元的化学遗传学激活减轻TBI后的急性期小胶质细胞反应性
关键发现在于，在TBI后早期（P7-P10）激活催产素能神经元（TBI + CNO组），能显著减轻24小时后的急性神经炎症。具体表现为：与未治疗的TBI组（TBI + NaCl）相比，CNO治疗降低了损伤同侧皮层的小胶质细胞密度，逆转了小胶质细胞向阿米巴样的形态转变，并减少了凋亡细胞数量。同时，CNO治疗还减少了小胶质细胞与凋亡细胞之间的接触。在白质区域也观察到了类似的小胶质细胞形态学改善。这些结果表明，激活内源性催产素能神经元能有效调节TBI后的急性小胶质细胞反应。
3.3. 催产素能神经元化学遗传学激活减轻炎症并促进小胶质细胞中脑修复相关基因表达
对小胶质细胞的转录组深入分析发现，CNO治疗改变了TBI后167个基因的表达（62个上调，105个下调）。基因集富集分析（GSEA）显示，CNO治疗上调了炎症负调控、细胞凋亡负调控等通路，并促进了血管发育、吞噬体功能等与组织修复相关的通路。同时，CNO下调了TBI诱导的表观遗传过程相关基因的表达。这些转录组变化表明，催产素能神经元的激活不仅具有抗炎作用，还可能通过调节小胶质细胞的功能状态来促进脑修复。
3.4. 催产素能神经元化学遗传学激活不影响TBI后24小时星形胶质细胞转录组
与对小胶质细胞的显著影响不同，CNO治疗对TBI后24小时星形胶质细胞的转录组没有产生显著影响。尽管TBI本身诱导了星形胶质细胞的促炎转录特征，但CNO处理并未引起显著的差异表达基因或通路改变。这提示催产素在急性期的抗炎作用可能主要通过小胶质细胞介导。
3.5. 早期生命期催产素能神经元化学遗传学激活可预防TBI后的长期白质微结构缺陷
在损伤后长期（P45）的评估中，TBI导致了白质微结构的异常，包括胼胝体（Corpus Callosum, CC）厚度变薄、皮层髓鞘碱性蛋白（Myelin Basic Protein, MBP）免疫密度和MBP+面积减少。离体扩散磁共振成像（DTI和NODDI）进一步证实了TBI小鼠在白质各向异性分数（Fractional Anisotropy, FA）降低、轴向扩散系数（Axial Diffusivity, AD）异常等表型，提示轴索和髓鞘完整性受损。重要的是，早期CNO治疗显著防止了胼胝体变薄，改善了外部囊（External Capsule, EC）的AD和FA，并挽救了皮层的髓鞘丢失。
3.6. 早期生命期催产素能神经元化学遗传学激活改善TBI后长期功能脑连接损伤
通过功能超声（fUS）成像评估静息态脑功能连接发现，TBI小鼠在P45时表现出全脑脑血容量（Cerebral Blood Volume, CBV）降低以及皮层区域（特别是同侧半球内和半球间）功能连接减弱。网络分析显示TBI小鼠大脑皮层强连接减少、弱连接增加，网络中心性（Eigenvector Centrality）失衡。早期CNO治疗则有效改善了TBI引起的CBV降低，恢复了皮层功能连接，并重塑了脑网络，使强连接和网络中心性趋于正常。
3.7. 早期生命期催产素能神经元化学遗传学激活挽救TBI诱导的长期行为缺陷
行为学测试结果表明，TBI导致了长期的社交行为异常和过度活动。在P14的归巢测试中，TBI小鼠对自家巢穴垫料的偏好消失；在P45的三室社交测试中，其社交偏好指数降低；在旷场测试中，则表现出活动速度和总运动距离增加。而早期CNO治疗完全预防了这些行为缺陷，TBI + CNO组小鼠的社交行为和活动水平恢复至与假手术组相当的水平。
结论与讨论
该研究结论表明，在新生儿TBI后早期，通过化学遗传学方法短暂激活内源性催产素能神经元，能够有效减轻急性期神经炎症（主要通过调节小胶质细胞的反应性和转录程序），并进而对长期脑发育产生多方面的保护作用，包括改善白质微结构、恢复脑功能连接、以及挽救社交行为和活动过度等行为后遗症。这些保护效应在最后一次治疗结束35天后（P45）依然显著，提示早期干预具有持久的积极影响。
这项研究的重要意义在于：首先，它从机制上揭示了内源性催产素系统调控小儿TBI后神经炎症和脑修复的新作用，为理解催产素的神经保护机制提供了深入见解。其次，研究方法具有较高的转化潜力。与直接外源性给予催产素相比，化学遗传学激活内源性催产素能神经元更模拟了临床中通过非药物干预（如肌肤接触、音乐疗法）间接提升内源性催产素水平的自然生理过程，为开发非侵入性、易于实施的临床干预策略提供了临床前证据。最后，鉴于神经炎症是多种围产期脑损伤的共同特征，该研究也可能为其他类型的婴幼儿脑损伤治疗提供概念验证和新的思路。研究也存在一些局限，如仅使用了雄性小鼠，未来需要探讨性别差异的影响；催产素能神经元激活后释放的其他物质（如血管加压素、一氧化氮）可能也参与了观察到的效应；其对小胶质细胞和星形胶质细胞作用的差异机制也有待进一步阐明。总之，该研究支持将促进内源性催产素释放的相关干预作为小儿TBI一种有前景的神经保护策略，并值得进一步深入探索和临床转化。
