早期生活应激通过抑制Calpain介导的SCOP降解影响成年精神活动的机制研究

Autism is disorder caused by deficit of neurodevelopment. Prenatal life stress or postnatal early life stress (ELS) could elicit autism-like phenotypes. In our previous study, we found that Calpain, a Ca2+-dependent protease performed critical roles in neural circuit and neurodevelopment. As an important degradation substrate of Calpain, SCOP possibly determines synaptic plasticity and neurodevelopment through regulating cellular kinase activities. To this end, we hypothesized that ELS could damage neurological functions and Amygdala-Hippocampus circuit through inhibiting Calpain-mediated SCOP degradation. To verify our hypothesis, we firstly investigate the effects of ELS on Calpain-mediated SCOP degradation, Amygdala-Hippocampus circuit and behaviors. Secondly, we mimic the effects of ELS on behaviors (Anxiety, depression, memory deficit) through postnatal Calpain inhibition. Thirdly, SCOP knockout mice were used to confirm the therapeutic target of SCOP in ELS-induced deficits of neuronal behaviors. This study will provide etiopathological evidences for autism and therapeutic target for this type of diseases.

出生前母体生活应激及新生儿出生后早期应激（ELS）可导致孤独症类似的症状，该症状的发生与早期神经发育异常有关。我们发现钙蛋白降解酶(Calpain)在神经环路及早期神经发育中有重要作用。作为Calpain的关键降解底物，视交叉上核的昼夜节律性蛋白(SCOP)的降解能解除对磷酸酶信号通路的抑制，继而调节突触可塑性和精神活动。据此，我们假设ELS抑制Calpain介导的SCOP降解调控杏仁核-海马环路而影响成年精神活动。为验证该假设，本项目拟通过生化、光遗传学、电生理及行为学等方法证实ELS抑制Calpain介导的SCOP降解、调节杏仁核-海马环路而影响神经功能；确证出生后早期Calpain抑制能模拟ELS造成的杏仁核-海马环路及神经功能的异常；通过敲除SCOP探索其作为拮抗ELS引起神经发育异常的特异性靶点作用。本项目的研究将会为阐明孤独症等神经发育障碍疾病的发生机制提供实验基础和治疗靶点。

母婴分离（Maternal separation, MS）是早期生活应激中重要的一种。随着我国经济的发展，农村城市发展不平衡，留守儿童已经开始成为一个特殊人群，并且人数还在迅速扩大中。2015年起，我国农村留守儿童数量已达6100多万，其中独居留守儿童已达210万，这些儿童没有完整的亲情，得不到父母的关爱。相比于城市孩子，农村留守儿童缺乏的不仅仅是优良的教育资源、健全的医疗制度、丰富的物质资源，更多的是父母的陪伴。尽管不能排除心理因素在儿童精神发育中的消极作用，但是早期母婴分离带来的生理上的变化将严重影响神经网络的发育和成年神经功能。应对这一重要的医学和社会难题，首先需要揭示早期生活应激造成的神经发育及成年精神活动异常的分子机制。.为探索这一问题，本研究通过分子、光遗传学、电生理及行为学等方法研究：早期生活应激对NMDAR/Calpain/SCOP/AKT信号通路、Amygdala-ventral hippocampus神经环路及行为功能进行的影响；出生后早期抑制Calpain，证实Calpain在出生后发育关键期中的关键作用；通过使用SCOP敲除明确SCOP在期生活应激造成神经精神活动异常中的治疗靶点作用。.本研究主要的结果和关键数据包括：MS影响成年后学习记忆和造成抑郁等神经精神功能损伤，促进小鼠海马DG区颗粒细胞凋亡，可能性的机制和调控AKT信号通路相关；出生后早期calpain抑制导致成年后大鼠小脑颗粒细胞凋亡和运动功能障碍；出生后早期calpain抑制造成成年大鼠学习记忆损伤和抑郁焦虑样行为；基底杏仁核（BLA）calpain-1介导蛋白合成的恐惧记忆消退，其机制和calpain介导的PTEN/AKT/mTor调控的蛋白合成相关。本项目的研究为揭示calpain在早期神经发育中的功能提供重要的基础，也为开发相关神经精神药物提供重要参考。