危险逼近时为何不知躲避？杏仁核星形胶质细胞与风险评估的关联线索
研究围绕DISC1-N模型小鼠，发现激活基底外侧杏仁核星形胶质细胞可通过D-丝氨酸与NMDA受体恢复WFS1神经元活动，改善面对威胁时的风险评估表现。
面对潜在威胁时，准确评估风险并采取恰当的回避策略是个体生存的核心本能；而在精神分裂症、双相情感障碍等重性精神疾病患者中，风险评估能力受损往往导致危险的冲动冒险行为或病态回避。精神分裂症断裂基因1（DISC1）是调控神经发育与突触稳态的重要精神疾病易感基因，但其突变究竟如何破坏大脑对潜在风险的评估与决策，尤其是星形胶质细胞与特定神经元亚群之间的交互在其中扮演何种角色，始终缺乏深入解析。2024年4月，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所屠洁、杨帆、王立平团队在《Neuron》发表研究论文，利用他莫昔芬诱导表达DISC1蛋白N端截短片段的转基因小鼠（DISC1-N），系统揭示了一条由基底外侧杏仁核（BLA）星形胶质细胞通过胶质递质D-丝氨酸（D-serine）调控Wolfram综合征蛋白1阳性兴奋性神经元（BLAWFS1）的胶质—神经元互作机制。研究发现，DISC1-N小鼠BLA星形胶质细胞囊泡释放及D-丝氨酸分泌受损，导致邻近BLAWFS1神经元内源性兴奋性下降与风险评估能力丧失；通过光遗传学特异性激活BLA星形胶质细胞或直接向BLA补充外源性D-丝氨酸，可经由NMDA受体甘氨酸结合位点重振BLAWFS1神经元放电活动，从而全面修复DISC1-N小鼠的风险评估与威胁回避行为。
DISC1-N突变导致基底外侧杏仁核（BLA）星形胶质细胞D-丝氨酸合成与释放受损，使受其调控的BLAWFS1兴奋性神经元放电能力下降并引发风险评估缺陷；激活BLA星形胶质细胞或补充D-丝氨酸可通过NMDA受体恢复BLAWFS1神经元兴奋性并逆转行为异常。
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DISC1-N小鼠在多种冲突与天敌威胁范式中表现出特异性风险评估受损
为了精确量化动物面对潜在危险时的风险评估（risk assessment）与风险回避（risk avoidance）能力，研究团队在腹腔注射他莫昔芬6小时诱导突变型DISC1-N蛋白表达后，对小鼠开展了高架十字迷宫（EPM）、旷场测试（OFT）、明暗箱（LDB）、大鼠暴露测试（RET）及上空掠食者视觉逼近（looming）等一系列行为学检测，并重点分析了啮齿类动物在面临风险冲突时的标志性风险评估姿势——伸展探查姿势（stretched attend posture，SAP，即身体向前伸展探查随后缩回原位的谨慎姿态）。
在高架十字迷宫中，与野生型（WT）对照小鼠相比，他莫昔芬诱导后的DISC1-N小鼠在开放臂（危险区）内的SAP探查行为时间占比与频率显著减少，却表现出对开放臂回避不足（进入开放臂次数更多、停留时间更长），而平均运动速度并无差异（注射玉米油溶剂时两组行为完全一致，排除了基因背景干扰）。在隔着金属网格面对麻醉天敌的大鼠暴露测试（RET）中，DISC1-N小鼠同样在探索区表现出SAP风险评估行为显著减少，而在紧贴大鼠网格的高风险区接触时间显著延长、在安全庇护区停留时间大幅缩短。与此同时，新奇物体识别（NOR）与蔗糖偏好测试证实DISC1-N小鼠并未出现新奇寻求（novelty-seeking）亢进或快感缺失样抑郁表型。这表明DISC1-N突变特异性损害了小鼠对潜在威胁的风险评估能力，进而导致危险回避不足。
来源： et al. · Neuron · Original figure reproduced for academic literature review under fair scholarly commentary; copyright remains with the authors/publisher.
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单核测序与微透析质谱揭示BLA星形胶质细胞囊泡释放及丝氨酸水平特异性下降
基底外侧杏仁核（BLA）是编码威胁评估与防御决策的核心脑区。为了无偏倚地解析DISC1-N小鼠BLA内各细胞类型的分子异常，研究团队采集了DISC1-N小鼠（11,122个细胞核）与WT小鼠（12,121个细胞核）的BLA组织开展10x Genomics单细胞核转录组测序（snRNA-seq），共鉴定出7大细胞类群。差异表达基因（DEGs）统计显示，兴奋性神经元（CAMK2A+，111个DEGs）与星形胶质细胞（AQP4+，103个DEGs）是受DISC1-N影响最显著的两类细胞：兴奋性神经元的下调基因显著富集于突触组装、跨膜转运及谷氨酸能突触通路（如Ntrk2及电压门控钙通道亚基Cacna1a、Cacna1c下调，离体膜片钳亦证实BLA兴奋性神经元在130–140 pA去极化电流刺激下放电频率降低）；而星形胶质细胞的DEGs则高度富集于突触组织、胞吐囊泡（exocytic vesicles）及突触囊泡循环通路（如Nlgn3、Snap25、Calm1、Atp6v0c下调）。
为了直接检验BLA星形胶质细胞囊泡释放功能受损是否导致细胞外胶质递质失衡，研究团队利用脑微透析结合液相色谱—质谱联用技术（LC-MS），检测了DISC1-N与WT小鼠BLA、内侧前额叶皮层（mPFC）及伏隔核（NAc）细胞外液中的氨基酸谱。结果显示，DISC1-N小鼠BLA细胞外液中的丝氨酸（serine）浓度较WT小鼠发生显著的脑区特异性下降（在mPFC和NAc中丝氨酸水平无变化，且三个脑区的谷氨酸和甘氨酸水平均无显著改变）。定量PCR进一步证实，DISC1-N小鼠BLA组织中负责星形胶质细胞L-丝氨酸/D-丝氨酸合成的磷酸甘油酸脱氢酶（Phgdh）以及负责D-丝氨酸跨膜转运的溶质载体家族7成员10（Slc7a10）mRNA水平均显著下调。这指向BLA星形胶质细胞D-丝氨酸合成与分泌障碍是破坏胶质—神经元通讯的关键症结。
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激活BLA星形胶质细胞促进局部丝氨酸释放并逆转DISC1-N小鼠风险评估缺陷
如果BLA星形胶质细胞功能减退是导致风险评估障碍的源头，那么特异性激活这群星形胶质细胞能否挽救DISC1-N小鼠的行为缺陷？研究团队采用星形胶质细胞特异性启动子病毒AAV2/5-GfaABC1D-ChR2-mCherry注射至DISC1-N小鼠的BLA中（免疫染色证实91.75%的mCherry阳性细胞共标星形胶质细胞标志物S100β，仅3.12%共标NeuN），并在高架十字迷宫（EPM）和大鼠暴露测试（RET）中对比了蓝光开启前（light-off）与473 nm蓝光刺激期间（20 Hz，25 ms脉宽，light-on）的行为表现。在给光前阶段，DISC1-N小鼠表现出明显的开放臂过度停留、大鼠高风险网格接触时间延长以及SAP风险评估行为减少；而一旦开启蓝光激活BLA星形胶质细胞，表达ChR2的DISC1-N小鼠进入EPM开放臂的次数与停留时间、RET中与大鼠网格的接触时间均立即显著下降至WT小鼠水平，同时两项测试中的SAP风险探查频率与时间占比也全面恢复正常（而表达对照mCherry的DISC1-N小鼠在给光期间毫无改善）。
为了进一步确保靶向星形胶质细胞的遗传学严谨性，研究团队还将目前公认最可靠的星形胶质细胞特异性工具鼠Aldh1l1-CreERT2与DISC1-N小鼠杂交，在BLA注射AAV2/5-DIO-ChR2-mCherry（89.8%共标S100β），光遗传学激活同样完美重现了对EPM和RET风险评估及回避行为的挽救效应。此外，在DISC1-N小鼠BLA星形胶质细胞中表达化学遗传学激活受体AAV2/5-GfaABC1D-hM3Dq-mCherry并进行在体微透析LC-MS分析证实，注射CNO激活星形胶质细胞可在不影响胞外谷氨酸浓度的前提下，显著提升BLA细胞外液中的丝氨酸水平。
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星形胶质细胞通过D-丝氨酸作用于NMDA受体选择性激发BLAWFS1神经元
光遗传学激活BLA星形胶质细胞究竟如何调控周围神经元的电活动？离体脑片全细胞膜片钳记录揭示了一个有趣的双模态现象：对ChR2星形胶质细胞施加15秒蓝光刺激时，距离100 μm以内的邻近BLA神经元分化为两类截然不同的响应群体——一类“高响应（high-response）”神经元在给光后平均约5.6–5.9秒出现显著去极化并持续发放动作电位（这一秒级延迟显著长于经典神经元间突触传递，符合胶质递质扩散动力学）；另一类“低响应（low-response）”神经元则仅发生约5.16 mV的轻度去极化，无论如何改变光刺激频率或时长均不产生动作电位。对比WT与DISC1-N小鼠发现，唯有这群受星形胶质细胞激发产生动作电位的“高响应”神经元在DISC1-N小鼠中表现出显著的内源性放电频率下降。结合snRNA-seq候选标志物筛选与膜片钳记录后单细胞吸取定量PCR（single-cell qPCR），研究团队发现Wolfram综合征1基因（Wfs1，编码内质网钙稳态相关蛋白，占BLA总神经元的约32%，其中90%以上与兴奋性标志物vGlut共标）在“高响应”神经元中特异性高表达。
在Wfs1-iCre小鼠BLA星形胶质细胞中表达黄光敏感通道ChrimsonR（AAV2/5-GfaABC1D-ChrimsonR-mCherry）并在BLAWFS1神经元中表达GCaMP6s（AAV9-DIO-GCamp6s），双色在体光纤记录（590 nm黄光刺激配合470 nm/405 nm钙信号采集）证实，激活星形胶质细胞可在活体脑内强效诱发BLAWFS1神经元的持续性钙信号升高；在脑片中光遗传学激活星形胶质细胞同样能显著恢复DISC1-N小鼠BLAWFS1神经元的去极化诱发放电频率。药理学剖析进一步表明，AMPA受体拮抗剂NBQX（50 μM）不能阻断星形胶质细胞光刺激诱发的BLAWFS1神经元动作电位发放，而NMDA受体拮抗剂AP-5（50 μM）以及专门靶向NMDA受体甘氨酸/D-丝氨酸结合位点的选择性拮抗剂7-氯犬尿氨酸（7-CKA，20 μM）则能完全阻断BLAWFS1神经元的诱发放电。这证明BLA星形胶质细胞正是通过释放D-丝氨酸结合NMDA受体共激动位点来驱动BLAWFS1神经元兴奋。
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外源补充D-丝氨酸复现治疗效应且BLAWFS1神经元活性对行为修复不可或缺
既然D-丝氨酸是连接星形胶质细胞与BLAWFS1神经元的化学桥梁，直接向DISC1-N小鼠BLA脑区局部微注外源性D-丝氨酸能否改善其风险评估缺陷？行为学测试显示，与注射人工脑脊液（ACSF）的对照组相比，BLA局部补充D-丝氨酸显著减少了DISC1-N小鼠在EPM开放臂的进入次数与停留时间，提高了开放臂SAP风险评估时间占比；同时在RET测试中显著缩短了与大鼠高风险网格的接触时间，并大幅提升了探索区SAP的发生频率与时间占比，完美复现了光遗传学激活星形胶质细胞的恢复效果。此外，在Wfs1-iCre × DISC1-N双转基因小鼠中利用在体光纤记录（结合同步视频追踪）监测小鼠在RET中进入大鼠网格高风险区前后的BLAWFS1神经元钙信号发现，对照小鼠在踏入高风险区瞬间BLAWFS1神经元出现强烈的钙信号跃升，而DISC1-N小鼠在该风险评估窗口的钙反应曲线下面积（AUC）及探索区钙事件频率均显著降低。
最后，为了验证BLAWFS1神经元的激活是否为星形胶质细胞挽救风险评估行为所必需，研究团队在Wfs1-iCre × DISC1-N小鼠的BLA中同时表达星形胶质细胞光敏通道（AAV2/5-GfaABC1D-ChR2-eYFP）和针对WFS1神经元的Cre依赖性抑制受体（AAV9-DIO-hM4Di-mCherry）。当给予CNO特异性抑制BLAWFS1神经元时，蓝光激活BLA星形胶质细胞在EPM和RET测试中原本具有的改善风险回避与恢复SAP风险评估的作用被彻底阻断。有趣的是，若不经过星形胶质细胞而直接用hM3Dq化学遗传学激活DISC1-N小鼠的BLAWFS1神经元，虽然能提升归一化风险评估得分（SAP），却反而增加了在高风险区的停留时间，不如激活星形胶质细胞那样能实现“提升风险评估”与“维持适当风险回避”的平衡协调。这突显了星形胶质细胞作为局部神经网络稳态调节器在精神疾病行为修复中的独特优势。