《Neurobiology of Disease》：The role of the kynurenine pathway in the pathophysiology of autism-like phenotype induced by maternal inflammation in male mice
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本研究针对母体免疫激活（MIA）诱发子代自闭症谱系障碍（ASD）样表型的机制不清这一难题，深入探讨了吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）依赖性犬尿氨酸（KP）代谢通路的关键作用。研究人员利用poly IC诱导的MIA模型，结合IDO1基因敲除（IDO?/?）小鼠，发现IDO1缺失可特异性缓解MIA诱导的重复/刻板行为，而不影响社交和沟通缺陷。该研究揭示了胎盘IL-6与KP代谢上调和NMDA受体（NMDAr）亚基表达改变之间的关联，为理解MIA致ASD的分子机制提供了新视角。
在神经发育障碍研究领域，自闭症谱系障碍（ASD）的病因至今仍是一个复杂的谜题。尽管遗传因素扮演着重要角色，但越来越多的证据表明，环境因素，特别是孕期母体感染和炎症，是导致子代神经发育异常的关键风险因素。当孕妇遭遇细菌或病毒感染时，其免疫系统被激活，这种母体免疫激活（MIA）状态如何穿透胎盘屏障，扰乱胎儿大脑的正常发育进程，最终导致包括社交障碍、沟通缺陷和重复刻板行为在内的ASD核心症状，是科学家们亟待阐明的核心问题。
长期以来，白介素-6（IL-6）等促炎细胞因子被认为是MIA损害胎儿大脑的关键媒介。然而，炎症信号从母体传递到胎儿的具体分子通路仍有许多空白。近年来，一条名为犬尿氨酸（KP）的代谢通路进入了研究者的视野。这条通路是氨基酸色氨酸（Tryptophan）的主要代谢途径，其启动酶——吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）会被炎症因子强烈激活。KP代谢产生的多种神经活性物质，如作为NMDAr拮抗剂的犬尿喹啉酸（KYNA）和作为NMDAr激动剂的喹啉酸（QUIN），能够直接影响大脑中至关重要的谷氨酸能神经传递。那么，在MIA的背景下，KP通路是否扮演了连接母体炎症与子代神经发育缺陷的“桥梁”角色？这正是发表于《Neurobiology of Disease》的这项研究旨在解答的问题。
为了深入探索这一问题，研究团队设计了一套精巧的实验方案。他们采用了经学界广泛认可的MIA动物模型，在野生型（WT）和IDO1基因敲除（IDO?/?）孕鼠妊娠第12.5天时，注射病毒模拟物聚肌胞苷酸（Poly IC）以诱发免疫反应。研究的核心在于系统比较两种基因型子代在行为、分子和代谢水平上的差异。关键技术方法包括：对产后子代小鼠进行一系列行为学测试（超声发声分析、自我理毛、埋珠实验、三室社交测试、前脉冲抑制）；在MIA后24小时收集母体血浆、胎盘和胎儿脑组织样本；利用液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术精准测定KP代谢物浓度；通过RT-qPCR方法检测KP代谢酶及NMDAr亚基（NR1, NR2A, NR2B）的mRNA表达水平；并采用多重液相芯片技术定量分析细胞因子/趋化因子（如IL-6, MCP-1, IP-10）的含量。
3.1. 行为学表征
3.1.1. 吲哚胺2,3-双加氧酶-1的靶向缺失缓解了MIA诱导的ASD样行为的不同方面
行为学评估结果显示，MIA对子代行为的影响具有选择性且依赖于IDO1。在沟通能力方面，无论WT还是IDO?/?子代，在产后第7天隔离诱导的超声发声（USV）测试中，其发声总数均因MIA而减少，表明沟通缺陷可能不依赖于IDO1。然而，在重复刻板行为上，IDO1缺失则显示出明确的保护作用。具体而言，在自我理毛测试中，MIA仅使WT子代的理毛时间显著增加，而对IDO?/?子代无影响。在埋珠实验中，也观察到类似趋势：MIA仅增加了WT子代埋藏的弹珠数量，而未改变IDO?/?子代的行为。这些结果清晰地表明，IDO1介导的KP代谢特异性地参与了MIA诱导的重复刻板行为的形成。
3.1.2. 产前暴露于Poly IC诱导的MIA的子代表现出与基因型无关的隔离诱导超声发声模式改变
对USV的深入分析揭示了MIA对发声模式的复杂影响。所有组别的USV主频率分布均呈双峰模式（50–70 kHz 和 80–100 kHz）。然而，USV发声的时间分布累积曲线在不同组间存在差异。WT Saline组幼崽的叫声主要集中在录音的前200秒，而WT Poly IC组在此期间的叫声百分比则较低。IDO?/?Saline组的发声时间分布也与WT Saline组不同。此外，MIA还影响了叫声长度、频率变化（Delta Frequency）、斜率、曲折度等声学特征，这些影响在两种基因型中相似。但对平均功率的影响存在基因型与处理的交互作用，MIA仅使IDO?/?子代的平均功率升高。
3.1.3. MIA子代中增加的重复和刻板行为依赖于IDO1
此部分结果强化了IDO1在重复刻板行为中的关键作用。统计交互作用分析表明，MIA诱导的理毛行为增加和埋珠行为增加的趋势，都特异性地发生在WT子代中，而在IDO?/?子代中未见此效应。这直接证明了IDO1基因的缺失对MIA引发的重复刻板行为具有保护作用。
3.1.4. 产前poly IC引起的社会行为缺陷不因IDO缺失而预防
在社会行为方面，三室社交测试结果显示，MIA降低了两种基因型子代的社会偏好指数，即它们与陌生小鼠互动的时间比例减少。然而，在社会新奇性偏好测试中，MIA的效应未达到统计学显著性。重要的是，在社会行为的这两个方面，均未观察到基因型主效应或基因型与处理的交互作用。这表明MIA诱导的社交缺陷可能主要通过不依赖于IDO1的通路介导。
3.1.5. MIA子代的感觉门控改变不依赖于基因型
在前脉冲抑制（PPI）测试中，用于评估感觉运动门控功能。分析发现，对于81 dB的前脉冲刺激，MIA处理降低了两种基因型子代的惊跳反应幅度，但PPI的百分比本身并未受到MIA或基因型的显著影响。这说明MIA可能影响了基本的惊跳反应能力，而非特异性的感觉门控过滤功能，且这种影响不依赖于IDO1。
3.2. 免疫与代谢表征
3.2.1. MIA诱导的免疫反应在母体和胎儿系统中存在差异
对MIA后24小时的免疫反应分析显示，在母体血浆中，Poly IC处理显著增加了WT母鼠的单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）水平，但对IDO?/?母鼠无影响。而干扰素γ诱导蛋白-10（IP-10）的水平则在两种基因型的母鼠中均因MIA而升高。在胎盘组织中，MIA则导致两种基因型的IL-6和IP-10水平均显著上升。这些结果提示母体与胎儿界面的免疫调节机制存在差异，且IDO1可能参与了MCP-1的调控。
3.2.2. 犬尿氨酸通路以组织特异性方式受MIA调节
KP代谢的分析是本研究的核心发现。在母体血浆中，MIA处理后24小时未引起KP代谢物的显著变化。然而，在胎盘组织中，MIA显著上调了WT子代胎盘KP代谢酶KAT2和HAAO的mRNA表达，但这种上调在IDO?/?子代胎盘中未出现。在KP代谢物水平上，WT子代胎盘中QUIN和 xanthurenic acid 显示出因MIA而升高的趋势，而IDO?/?子代胎盘的KP代谢物水平普遍低于WT，且不受MIA影响。相关性分析进一步发现，在WT胎盘中，IL-6水平与犬尿氨酸（Kynurenine）水平呈正相关，但在IDO?/?胎盘中则无此相关性，甚至呈负相关趋势。在胎儿脑组织中，MIA处理导致两种基因型子代的Kynurenine和QUIN水平均升高，而KYNA仅在WT脑中有升高趋势。
3.2.3. 胎盘IL-6与胎儿犬尿氨酸水平相关
上述相关性分析结果将胎盘局部的炎症反应（IL-6）与KP代谢的启动（Kynurenine水平）直接联系起来，为“炎症→IDO1激活→KP代谢上调”这一假设通路提供了支持证据。
3.2.4. MIA在免疫刺激后24小时未改变母体或胎儿样本中的血清素代谢
作为对照，研究还检测了色氨酸代谢的另一条主要通路——血清素（5-羟色胺, 5-HT）通路。在MIA后24小时，母体血浆、胎盘和胎儿脑中的5-HT及其代谢物5-羟吲哚乙酸（5-HIAA）水平均未发生显著变化，表明在此时间点，MIA对色氨酸代谢的影响特异性地集中于KP通路。
3.3. NMDA表达
3.3.1. MIA诱导的NMDA受体亚基减少具有基因型依赖性
由于KP代谢产物KYNA和QUIN是NMDAr的调节剂，研究者检测了胎儿脑中NMDAr亚基（NR1, NR2A, NR2B）的表达。结果发现，MIA处理特异性地下调了WT胎儿脑中NR1和NR2B亚基的mRNA表达。而IDO?/?胎儿脑在基线水平下这些亚基的表达就低于WT，并且MIA未对其产生进一步的下调作用。这表明IDO1的缺失阻止了MIA对胎儿脑NMDAr表达的负面影响。
综合以上结果，本研究得出结论：在MIA模型中，IDO1依赖性的KP代谢通路被激活，特别是在胎盘和胎儿脑中，导致神经活性KP代谢物（如QUIN, KYNA）水平改变，进而可能引起NMDAr亚基表达下调。这一系列分子事件特异性地贡献了MIA诱导的重复刻板行为，而社交和沟通缺陷则可能由其他不依赖于IDO1的机制介导。该研究不仅深化了对MIA致ASD机制的理解，更重要的是指出了IDO1-KP-NMDAr轴作为一个潜在的干预靶点，为未来开发针对特定ASD行为域的治疗策略提供了新的思路和实验依据。研究的一个主要局限是仅使用了雄性子代，未来需要在雌性子代中验证这些发现，并进一步探索KP代谢物影响特定神经环路发育的精确机制。
