早产的成熟改变gaba ergic系统在人类前额叶皮层
海琳拉卡耶不能确定
Claire-Marie Vacher
安娜·a·佩恩- 儿科,哥伦比亚大学,纽约长老会摩根士丹利儿童医院,纽约,纽约,美国
gaba ergic发展变化和glutamatergic系统在额叶发展一直猜测起着关键的作用在神经发育障碍中出生的孩子早产或/与低出生体重,但相关的细胞变化尚未确定。在这里,我们研究了分子gaba ergic系统的发展特别是在背外侧前额叶皮层,该地区已与神经发育和精神疾病。这个地区的成熟状态的gaba ergic系统评估人类死后大脑样本,从项婴儿年龄在0到8个月(n= 17男9女)。为47 gaba ergic基因和基因表达测定用于计算一个成熟指数。这个成熟指数动态男性明显多于女性婴儿。评估的影响早产gaba ergic系统开发,样品从出生仅一项(n= 9男,4个月corrected-age非常早产(女),n= 8男6女)婴儿,比较使用相同的基因列表和方法论。gaba ergic系统成熟指数显著降低(−50%,p在男性早产儿< 0.05),主要变化在星形胶质细胞和gaba ergic函数有关的基因,表明星形gaba ergic发展变化作为一种新的细胞早产儿脑损伤的作用机理。
介绍
影响10%的活产,早产是新生儿发病的主要原因,都可能导致长期的神经损伤(Adams-Chapman斯托尔,2006年;Arpino et al ., 2010;马林,2012;布兰考et al ., 2013;Meldrum et al ., 2013;Knuesel et al ., 2014)。广泛的改变在额叶发展已报告在出生的孩子早产(< 32周妊娠)和在极低出生体重(霍黛尔2018)。改变包括减少前额叶灰质体积和表面积在童年和青春期。额叶白质体积和减少贫困在额叶白质完整性大片也被报道,这表明皮层发展可能推迟或永久受损Volpe 2009)。特定的赤字在早产儿童执行功能,尤其是男性,已经记录在童年和青春期(Nosarti et al ., 2006;霍黛尔2018)。
大脑发育中后期妊娠包括神经发生、迁移、树突分枝和突触发生,严重依赖GABA和glutamatergic神经系统和中断的风险extra-uterine环境早产后(Represa Ben-Ari, 2005;Ben-Ari 2006,2014年)。神经元和星形胶质细胞参与GABA的新陈代谢和谷氨酸以及运输和信号(Ishibashi et al ., 2019)。与这些观察结果一致,体外早产儿大脑的研究展示了特定损失的gaba ergic神经元在男性人群(拉卡耶不能确定et al ., 2019),改变GABA受体亚单位和紊乱神经元迁移和分化(罗宾逊et al ., 2006;肖et al ., 2015,2018年)。
最近的核磁共振光谱成像研究表明,GABA浓度可能降低早产儿比足月婴儿,但不能评估GABA ergic系统的组件在开发过程中可能已经改变。最近的报告显示低GABA和谷氨酸浓度term-equivalent年龄和功能连通性的负相关小群早产儿(出生< 35周胎龄)相比,健康足月的婴儿(Kwon et al ., 2014;Tanifuji et al ., 2017;Tomiyasu et al ., 2017)。此外,GABA浓度被证明相关负面与出生时胎龄增加,降低早产婴儿的大脑在项等价的年龄与健康项控制和年龄较大的儿童(6 - 16岁)(Basu et al ., 2020)。类似的神经兴奋和抑制不平衡在前额叶皮层(PFC) (马林,2012)和减少前额GABA浓度已经与许多精神疾病有关,包括自闭症谱系障碍(ASD) (舒尔et al ., 2016),会影响一个高比例的过早出生的幸存的成年人(Adams-Chapman斯托尔,2006年;Arpino et al ., 2010;马林,2012;Meldrum et al ., 2013;Knuesel et al ., 2014;令Lehwald, 2018)。
尽管新兴精神疾病之间的联系和早产,早产的具体影响早熟的神经递质系统需要确定和比较两性之间。成熟的GABA ergic评估系统的全面评估,由GABA所需蛋白质的生物合成、降解,释放,由神经元和星形胶质细胞信号和再吸收,在发展中人类的额叶皮质是必要了解早产导致精神障碍没有可见的病变,为什么男性婴儿更容易开发这样的病态。
这里我们描绘的分子发展背外侧的gaba ergic系统PFC (Brodmann面积10;BA10)扮演了一个角色在注意和工作记忆(王et al ., 2018),改变在早产儿和例精神疾病(霍黛尔2018)。使用数组的基因,我们首先评估了gaba ergic系统的成熟状态从0到8个月的人类死后大脑样本。然后显示gaba ergic系统的发展在男性早产儿延迟,主要变化在星形函数。综上所述,本研究表明,gaba ergic系统更具活力的成熟男性婴儿,可能呈现他们比女性更容易受围产期的侮辱。
材料和方法
人类的样本
人类样本来自美国国立卫生研究院Neurobiobank马里兰大学巴尔的摩,医学博士,美国(ID # 709)。BA10部分从17男9女足月婴儿得到了从0到8个月来评估系统的正常成熟在围产期年龄(即。横断面研究,表1 a, B)。此外,部分从7男6女早产儿得到比较与足月婴儿(即他们的发展。比较研究,表1 a, C)。平均死亡年龄(绝对年龄)是1.5个月早产儿和早产儿3.7个月26至34周的妊娠(纠正年龄平均1.1个月)。性别、孕周完成和死亡原因多种多样,但大多数是由于婴儿猝死综合症,没有一个是由中枢神经系统感染、出血或畸形(表1 b, C)。遗传性疾病或解剖出生缺陷被排除在外。Brodmann面积10 (BA10) formalin-fixed大脑样本切成0.5厘米厚冠状切片和中性缓冲福尔马林保存在10%;匹配的冰冻组织保存在−80°C。
表1。实验设计和捐赠信息。
实时聚合酶链反应
BA10组织均质在试剂盒™试剂(美国马热费希尔,沃尔瑟姆,15596018);总RNA提取RNeasy迷你包(试剂盒Venlo,荷兰,74104)和量化Nanodrop nd - 2000 c(热费希尔)。1的RNA被用于制造cDNAμg iScript互补脱氧核糖核酸合成装备(Bio-Rad, 1708891)。所有引物对设计和验证内部效率和特异性。rt - pcr实验进行互补脱氧核糖核酸样本存在SsoAdvanced普遍SYBR绿色Supermix (Bio-Rad、大力神、钙、美国,1725271)与特定的引物在100 nM使用ABI棱镜7500序列检测系统(热费希尔)。cDNA-generated信号对目标基因与转铁蛋白受体蛋白1(归一化tfrc)。2的规定确定-ΔΔCq方法。结果表示为褶皱(FC)更改为对照组。
免疫印迹
人类样本均质里帕裂解缓冲用蛋白酶抑制剂(美国圣克鲁斯生物技术、达拉斯、TX, sc24948)。蛋白质提取,40μg每车道,装上4 - 20%梯度凝胶(NuSep Inc .,日耳曼敦,医学博士,美国,nb10 - 420)。凝胶是electrotransferred 0.2μm硝化纤维素膜(Bio-Rad, 1620174)。印迹被封锁在tris-buffered牛奶5%生理盐水、0.1%渐变20 (TBST) 1 h,然后一夜之间在4°C的环境中发生下列抗体之一提出了反对:AATM (1:1000, sc - 271702,圣克鲁斯生物技术),AQP4 (1:1000, sc - 390488), CX30 (1:1000, sc - 81802), CX43 (1:1000, sc - 271837), EAAT1 (1:50 0, sc - 515839), GABRA1-6(摘要,sc - 376282), GAPDH (1:20 00, sc - 32233), GAT-3(摘要,sc - 376001), GDH1/2 (1:1000, sc - 515542), GEPH (1:1000, sc - 25311)、GS (1:1000, sc - 74430), MAOB(摘要,sc - 515354), SNAT5 (1:1000, sc - 515813), VIAAT (1:50 0, sc - 393373), GBRD(摘要,罗福斯生物制品,利特尔顿有限公司美国nb300 - 200)或GABRG1 (1:10 0, Alomone实验室,耶路撒冷,以色列,aga - 016)。乐队与适当的辣根peroxide-conjugated二级检测抗体,与化学发光反应ECL衬底(Bio-Rad, 1705060)和可视化Bio-Rad ChemiDoc成像系统。带强度测量使用ImageJ程序(NIH)和GAPDH规范化。
免疫组织化学过程
Formalin-fixed组织被cryoprotected Tissue-Tek 30%的蔗糖溶液和嵌入式®O.C.T.化合物(樱花®FineTek托兰斯,CA,美国)。块切成25-μm-thick部分低温恒温器,安装在Superfrost +(热费希尔)玻璃幻灯片。冻结部分被允许平衡至室温2 h后染色。
过程
组织部分被冲洗PBS-Triton 0.3% (PBS-T)然后阻塞PBS-T 10%正常驴血清(NDS)其次是隔夜孵化在pbs 4°C - t - 10% NDS主要抗体提出反对:Calbindin (1:1000 Swant,土地肥沃的,瑞士,CB300或CB38), Calretinin(1:1000,微孔σ,AB1550) gad65 - 67(1:200圣克鲁斯生物技术、sc - 365180), GFAP(1:1000、安捷伦Dako斯特鲁普,丹麦,Z0334)、神经肽Y (1:50 0, Immunostar,哈德逊,WI,美国,22940年)和生长抑素(sc7819施用,圣克鲁斯生物技术)。适当地进行二次检测,匹配Alexa Fluor-conjugated二级抗体(1:50 0,热Fisher)在室温下PBS-T孵化90分钟。部分与DAPI孵化,安装在Fluoromount G(热费希尔)和盖玻片这项考试前与幻灯片扫描仪(徕卡DMI6000 B,徕卡,位于德国)。
量化
细胞密度在上层的评估(UL),下层(LL)和皮层下白质(SC-WM) BA10每毫米和表达的细胞2。皮质分层决心与DAPI对比染色。细胞进行量化使用Qpath软件(英国爱丁堡)。各方面进行盲目的条件。
统计数据
所有的实验和分析忽视条件。使用棱镜执行统计分析软件(GraphPad软件6.0、圣地亚哥、钙、美国)。分析了正态分布的数据集Shapiro-Wilk测试。当两个条件进行对比,数据分析与非参数Mann-Whitney测试。当四个实验组,每组进行评估和两个变量被考虑,数据分析与双向方差分析与费舍尔LSD, Sidak或图基的多重比较。成熟指数的发展轨迹记录和蛋白质在足月婴儿量化通过线性回归拟合斜率测量发展产后几个月。比较两个斜坡上的差异、数据分析与ANCOVA零假设被拒绝α大于5%。
结果
BA10,也被称为背外侧前额叶皮层,大脑的一个区域最频繁改变精神疾病。地址是否早产改变gaba ergic成熟的系统,一个横截面设计发展研究。47岁的表达相关记录GABA系统测定病理标本男性和女性词跨多个早期产后婴儿的时间点(表1 a, B和图1模拟)。筛选基因编码GABA ergic信号系统的不同组件包括:GABA受体亚基,代谢酶、转运蛋白、离子通道GABA ergic函数有关,具体的中间神经元标记,GABA受体锚地蛋白质和酶参与谷氨酸的代谢和GABA (表2)。
表2。早产对GABA系统基因的表达在男性和女性的BA10婴儿由存在决定(比较研究)。
图1所示。早产改变gaba ergic成熟的系统。(一)小提琴图显示分布的男性(M,蓝色,钻石)和女性(F,粉色,圆圈)足月婴儿包含在横断面研究。小提琴情节展示个人价值,包括最小值、最大值和中位数的值。(B, C)热图的BA10 GABA-associated基因表达的手段(B)男性和(C)女婴儿,安排使用层次聚类(与皮尔森距离测量方法完整的链接)。(D)成熟指数的热图聚类的基础上男性(蓝色,钻石)和女性(紫色圆圈)足月婴儿横断面研究中,与线性回归建模,* *p< 0.01,* * *p< 0.001。# #p< 0.01 (ANCOVA、协方差分析)。(E, F)小提琴图显示分布的男性(M,蓝色,钻石)和女性(F,紫色圆圈)婴儿,术语(黑色)与早产儿(彩色)比较研究中根据婴儿(E)他们的年龄(月)和纠正(F)孕周。(G)成熟男性和女性词指数(黑色)和早产婴儿比较研究(彩色),基于集群的热图的婴儿横断面研究。*p< 0.05(与Sidak双向方差分析的多个比较)。
gaba ergic系统更具活力的成熟男性比女性婴儿
估计的整体成熟gaba ergic系统基于基因表达水平,成熟指数计算(如前所述)(Gandal et al ., 2012)。对于大多数基因表达水平改变单调跨越发展,增加或减少。的比率的平均发育调节基因表达下调也随时间单调增加。基因分析是绘制成的热图,分为使用第一个,下调基因连锁的热图的男性(图1 b)和独立女性婴儿(图1 c)。相等的重量给所有基因在成熟指数。平均的比例调节基因(29)的平均表达下调的基因(18基因)被用作成熟指数项男性的gaba ergic系统的发展;同样在女性婴儿24日调节和23个表达下调基因(图1 d)。正如所料,成熟指数显著相关与供体的年龄男性(R2= 0.61,p< 0.0001,图1 d)和女性(R2= 0.78,p< 0.0001,图1 d)。值得注意的是,成熟的斜率指数也显著大于男性比女性(p< 0.001,图1 d),这表明更广泛成熟的动态在前。
成熟的早产儿的gaba ergic系统改变
探讨gaba ergic系统的成熟延迟的可能性在早产儿中,比较研究是设计。校正年龄匹配的早产儿和足月婴儿最年轻的(0 - 3个月)比较(表1得了和图1比)。相同的记录分析了男性和女性,早产儿脑皮质。成熟指数项和早产儿比率的计算的平均发育调节基因表达下调,正如前面定义的代表性的发展研究。有趣的是,男性的成熟指数下降(−50%,p< 0.05,图1 g)而不是女早产儿(−6% ns,图1 g分别)相比,他们的匹配项。男性成熟指数降低早产婴儿意味着早熟引起基因表达的变化方向相反,通常发生在gaba ergic系统开发。了解这些基因的功能,分别分析了他们的表达(表2)。
早产延迟男性婴儿的gaba ergic系统的发展
47岁的成绩单,九个男性早产儿明显特异表达。只有gabra2不同根据其发展轨迹预测线性回归,这表明一个加速成熟。的确,gabra2表现在时间(预计将减少p< 0.01,图2一个),减少早产男婴儿(FC =−1.4,p< 0.5,表2和图2的)。大多数记录不同的相对预测发展轨迹表明整体发育迟缓(表2和图2)。提供成绩单包括:两个GABAA受体亚基,gabra3(FC = 1.7,p< 0.05,表2),gabrag1(FC =−2.4,p< 0.01,表2和图2 B, B”);两种酶:glud2(酶催化谷氨酸的可逆变换α-ketoglutarate, FC = 1.9,p< 0.01,表2和图2 C, C '),maob(酶负责生产GABA在星形胶质细胞,FC =−2.1,p< 0.05,表2和图2 D, D ');两种转运蛋白:slc6a11在星形胶质细胞(gaba运输车,FC = 1.6,p< 0.05,表2和图2 E, E”),slc32a1(水泡,FC = 1.6p< 0.05,表2);两种标记的gaba ergic分组人口中间神经元:阴极射线管(calretinin FC = 1.7,p< 0.05,表2),npy(神经肽Y, FC = 2.3,p< 0.001,表2)。进一步检查发现四个星形函数包括有关的基因gabrg1,gdh2,maob,gat3。额外的astrocyte-related基因倾向于意义(表2;glud1FC = 2.2,glFC =−1.9,aldh5a1FC = 1.5,酶柠檬酸循环)的一部分。大多数的蛋白质表达水平评估免疫印迹共变积极早产出生的男性的信使rna变化,表明兴趣积极形成的mRNA (图2)。
图2。早产改变GABA-related成绩单(深蓝色)的表达和蛋白质(浅蓝色)在男婴儿BA10。(安妮)足月婴儿发育调控包括在横断面研究中,用线性回归建模p< 0.05,* *p< 0.01。(' - e ')早产的影响(比较研究)GABA-related转录和蛋白质的表达。量化的mRNA水平变化的存在(一个)gabra2,(B, B”)gabrg1,(C, C”)glud2,(D, D ')maob,(E, E)slc6a11。tfrc用于规范化。量化的免疫印迹蛋白质表达的变化(一个)GABRA1-6,(B, B”)GABRG1,(C, C”)GDH2,(D, D ')MAOB,(E, E)GAT3。GAPDH是用于规范化。*p< 0.05,* *p< 0.01 (Mann-Whitney)。代表图下面污点。PT,早产;T,术语。
早产加速女婴儿的gaba ergic系统的发展
在女性的早产儿,8 47成绩单明显特异表达,最多样的相应发展轨迹表明加速发展或类似non-corrected年龄对应(表2和图3)- - -gabra3和gabrd(GABA一个受体亚基)-glud2,got2,glul(谷氨酸转化酶负责谷氨酰胺)-best1在星形胶质细胞(GABA运输车)-npy(中间神经原亚型)和geph(负责GABA受体安克雷奇)。类似于男性,大多数蛋白表达与mRNA在女性早产儿(主要是共变图3)。
图3。早产的表达影响GABA-related成绩单(暗紫色)和蛋白质(浅紫色)女婴儿。(安妮)足月婴儿发育调控中横截面研究,建模与非线性回归p< 0.05,* * *p< 0.01,* * *p< 0.001。(' - e ')早产对GABA-related转录和蛋白质的表达(比较研究)。量化的mRNA水平变化的存在(一个)gabra3,(B, B”)gabrd,(C, C”)glul,(D, D ')got2,(E, E)gphn。tfrc用于规范化。量化的免疫印迹蛋白质表达的变化(一个)GABRA1-6,(B, B”)GABRD,(C, C”)GS,(D, D ')AATM,(E, E)GEPHN。GAPDH是用于规范化。*p< 0.05,* *p< 0.01 (Mann-Whitney)。代表图下面污点。PT,早产;T,术语。
早产主要影响星形GABA函数在男性婴儿
因为大多数的扰动观察男性早产儿似乎星形调节gaba ergic相关信号,10补充记录进行了分析评估具体代谢和形态发生,和其他十评价星形胶质细胞参与gaba ergic系统(图4和表3)。一个特定于星形胶质细胞的成熟指数与平均调节计算平均下调基因使用astrocyte-specific的热图的第一个链接,分别在男性(图4一)和女性(图4 b)。策划是14个基因的基因与星形胶质细胞和GABA包括在有关表2(glul、best1 abat, aldh5a1、glud2 glud1, gabrg1, maob, kcnj10, slc6a11 got1, gabrg3, gl,got2)和20个新添加的基因(表3)。成熟指数显著相关,捐助者在男性的年龄(R2= 0.54,p< 0.001,图4 c)和女性(R2= 0.44,p< 0.001,图4 c)。跨时代的垃圾邮件检查(主/月),病患成熟男性婴儿因为斜率明显更有活力的成熟指数明显优于一个女婴儿(p< 0.01,图4 c)。相同的记录分析了术语和早产儿估计astrocyte-related成熟指数。在男性astrocyte-maturation指数显著下降(−50%,p< 0.05,图4 d)而不是女早产儿(−13% ns,图4 d)。
图4。早产改变gaba ergic系统在星形胶质细胞的成熟。(A, B)热图的BA10 astrocyte-related基因表达的手段(一)男性和(B)女性词包括在横断面研究,安排使用层次聚类(与皮尔森距离测量方法完整的链接)。(C)成熟指数的热图聚类的基础上男性(蓝色,钻石)和女性(紫色圆圈)足月婴儿横断面研究中,用线性回归建模的* * *p< 0.001)。# #p< 0.01 (ANCOVA、协方差分析)。(D)成熟男性和女性词指数(黑色)和早产婴儿比较研究(彩色),基于集群的热图的婴儿横断面研究。*p< 0.05(与Sidak双向方差分析的多个比较)。
表3。早产对astrocyte-associated基因的表达的影响在男性和女性的BA10婴儿由存在决定(比较研究)。
10基因与星形胶质细胞的代谢和形态发生,两只上调雌性,都与星形胶质细胞内在代谢:aldh1l1(代谢酶,FC = 2.9,p< 0.05,表3),sox9(转录因子,FC = 4.1,p< 0.05,表3)。关于与星形GABA功能相关的基因,五个明显的监管。按照成熟指数下降,这些记录变化相反的对他们的发展轨迹,预测的线性回归(图5)。特异表达的记录包括:gja1(星形胶质细胞之间允许细胞间缝隙连接通讯,FC =−1.9,p< 0.01,表3和图5一个)slc1a2和slc1a3(谷氨酸转运蛋白,FC =−1.9,p< 0.05和FC =−1.7,p< 0.05,表3和图5 b, C)slc38a5(谷氨酰胺转运体,FC =−2.0,p< 0.05,表3和图5 d),aqp4(水通道,FC =−1.7,p< 0.05;表3和图5 e)。蛋白质和信使rna表达水平都遵循同样的模式在早产婴儿样本(图5)。
图5。早产的表达影响astrocyte-related成绩单(深蓝色)和蛋白质(浅蓝色)BA10的男性婴儿。(安妮)足月婴儿发育调控中横截面研究,建模与非线性回归(*p< 0.05,* *p< 0.01,* * *p< 0.001)。(' - e ')早产对GABA-related转录和蛋白质(比较研究)。量化的mRNA水平变化的存在(一个)gja1,(B, B”)slc1a2,(C, C”)slc1a3,(D, D ')slc38a5,(E, E)aqp4。tfrc用于规范化。量化的免疫印迹蛋白质表达的变化(一个)CX43、(B, B”)EAAT2,(C, C”)EAAT1,(D, D ')SNAT5,(E, E)AQP4。GAPDH是用于规范化。*p< 0.05,* *p< 0.01 (Mann-Whitney)。代表图下面污点。PT,早产;T,术语。
早产的影响成熟的gaba ergic系统并不是因为星形胶质细胞的数量的变化
地址是否观察到的分子变化是由于数量减少的细胞或细胞成熟缺陷,GABA-producing细胞(中间神经元)和星形胶质细胞密度评估在三个细分BA10:上层(摘要),较低的层(前),分皮质白质(SC-WM)。的密度主要由疣状皮层中间神经元的子类是评估gad65 - 67,海温,CLB, CRT和NPY (图6)。gad65 - 67阳性细胞密度显著降低极限状态的男性婴儿早产与术语相比男性婴儿(UL−37%p< 0.05,会−28% ns, SC-WM−27% ns,图6)。显著减少风场的密度在UL和LL (UL−43%p< 0.05,会−30%p< 0.05,SC-WM−23% ns,图6 b)和CLB的中间神经元,但(UL−47%p< 0.05,会−17% ns, SCWM:−1% ns,图6 c)。没有观察到CRT的密度变化或NPY中间神经元(图6 d, E)。光伏电池没有人类这组样本中发现,尽管这些细胞可以发育后期的检测(数据没有显示)。没有显著变化总皮质层宽度明显的尼氏小染色(数据未显示)的基础上,提出整体保护的锥体细胞在这个年龄。在女性婴儿观察没有区别,但统计的力量是有限的小样本大小(图6“- e”)。
图6。早产的影响中间神经原BA10密度。的插图(一)谷氨酸脱羧酶65年和67年(gad65 - 67、绿),(B)SST(红色)(C)CLB(红色),(D)CRT(红色)(E)NPY(红色)immunofluorescent染色。规模50μm酒吧。各自的量化immunopositive上层细胞(UL),降低层(LL),皮层下白质(SC-WM) BA10的(安妮)男性(蓝色,钻石)和(' - e ')女(粉色,圆圈)术语(黑色)与早产儿(彩色)婴儿比较研究中。散点图显示词的意思和个人分散(彩色圆圈)和早产儿(黑眼圈);*p< 0.05,* *p< 0.01(双向方差分析进行了费雪的迷幻药测试紧随其后事后比较)。
GFAP-positive细胞密度没有明显影响早产在男性(UL−14% ns, LL−62% ns, SC-WM−15% ns,图7)和女性(UL−41% ns, LL−25% ns, SC-WM−9% ns,图7的)。按照细胞计数,GFAP信使rna和蛋白质含量没有改变在早产儿(图7 B, B, C, C ')。值得注意的是,的表达gfap表示为一个线性回归,增加在男性产后时期,确认系统的动态方面比女性更广泛的(p< 0.05,图7 b;ns,图7 c)。
图7。早产对BA10 GFAP的表达。插图GFAP-immunofluorescent染色。Xμm比例尺。(一个)量化UL、GFAP阳性细胞的我,SC-WM BA10的(一)男性(蓝色,钻石)和(一)女(粉色,圆圈)术语(黑色)与早产儿(彩色)婴儿比较研究中。散点图显示词的意思和个人分散(黑眼圈)和早产儿(彩色圆圈);(双向方差分析进行了费雪的迷幻药测试紧随其后事后比较)。(B, C)发展的监管GFAP成绩单(黑暗)和蛋白质(光)的BA10(B)男性(蓝色)和(C)女(紫色)婴儿,包括横断面研究、建模与非线性回归p< 0.05。(B, C)早产对GFAP表达的影响(比较研究)。量化的mRNA水平变化的存在gfap。tfrc用于规范化。量化的蛋白质免疫印迹GFAP的表达变化。GAPDH是用于规范化(Mann-Whitney)。代表图下面污点。PT,早产;T,术语。
讨论
了解围产期侮辱gaba ergic系统发展的影响在男性和女性婴儿阐明至关重要的机械作用在神经精神疾病的发病机制以及这些病态男性婴儿的更大的敏感性。评估GABA ergic系统的发展,分析了47个基因与GABA在横断面的一项研究中,在BA10(背外侧前额叶皮层)的年轻男性和女性婴儿(0至八个月大)。一个成熟指数计算比率的基础上上调和下调基因,如前所述(Gandal et al ., 2012)。该指数与供体的年龄,男性比女性更有活力的婴儿,陡峭的斜坡所显示的线性回归。之前的研究已经表明,发育调控基因的差异,外显子表达水平之间存在男性和女性的大脑在特定的地区,包括PFC和可以对大脑发育和可塑性(有持久的影响莫顿et al ., 2015)。具体来说,男性比女性更容易受扰动的基因参与突触可塑性(莫顿et al ., 2015)。神经网络的灵活性取决于兴奋性和抑制性突触可塑性,这明显依赖于突触后gaba ergic受体的数量(barberi 2020)。这样的gaba ergic可塑性,引起基底腹侧海马和杏仁核,已经证明在PFC (卡巴雷若et al ., 2014)。在一个本地网络,gaba ergic系统还可以调整其功效的整体活动网络,在活跃的网络和调节表达下调的条件下减少活动。这个自我平衡的可塑性是由多个前和突触后机制,包括伽马氨基丁酸的浓度本身,由合成的酶和转运蛋白(罗斯和Draguhn, 2012)。
评估早产gaba ergic系统发展的影响,从前额叶皮层出生月corrected-age项和早产儿比较,使用相同的基因列表。成熟的计算指数显示男性而不是女性减少早产儿,暗示成熟推迟成型机。基底高动态性的男性婴儿可以解释这种差异,呈现gaba ergic系统相关联的基因更容易受到扰动。gaba ergic系统可以被推迟的成熟来弥补不成熟的兴奋性系统,或者是各种有害事件的结果受到早产儿。
47岁的基因分析,差异表达基因早产(度)的影响男性和女性之间的不同。男性度不同的反对他们的发展轨迹预测导致总体发育迟缓成熟指数显示的。密切观察个人度显示大部分的男性都与基因调控星形gaba ergic函数。例如,早产明显减少两个GABA的表达一个受体亚基:gabra2,丰富是星形胶质细胞(Zhang et al ., 2016),gabrg1星形胶质细胞表达的是(Batiuk et al ., 2020)。在这些细胞,GABA是去极化和有助于维持GABA ergic神经传输通过Cl- - - - - -流出,缓冲Cl- - - - - -gaba ergic突触的浓度(Isomura et al ., 2003)。星形胶质细胞也控制GABA的生物合成和营业额,早产的影响。Maob负责从腐胺的合成GABA在星形胶质细胞(Yoon et al ., 2014),是表达下调gdh2调节,一种酶负责谷氨酸的营业额,分解代谢是通过三羧酸循环和GABA (赫兹et al ., 1978)。我们的研究表明,这种合成降低,增加营业额将导致减少总GABA含量的男性婴儿早产。最近发表的一项研究表明,GABA浓度测量时PFC在早产儿低在活的有机体内(Basu et al ., 2020)。低水平的大脑GABA和谷氨酸浓度与多种神经系统疾病包括癫痫、孤独症和多动症(舒尔et al ., 2016),它的应用都是口头较多、笔头幸存的早产儿(令Lehwald, 2018)。
在女性的早产儿,度不同的相应的发展轨迹表明加速发展或补偿机制类似于non-corrected年龄。早产是精神疾病的主要原因,如自闭症,精神分裂症或多动症,gaba ergic系统是紧密联系在一起,男性更有可能患上这些疾病。早产的婴儿更容易患自闭症谱系障碍(4倍约瑟夫et al ., 2017)。可能已经提出这个性别偏见是一种内在的女性的保护机制。这个推测多个遗传因素导致更高的责任发展ASD和阈值的遗传责任导致女性病理报告(Jacquemont et al ., 2014)。“极端男性的大脑理论”是另一个著名假说来解释这种性别偏见,这表明胎儿睾酮暴露可能造成性别差异在自闭症特征(baron - cohen, 2002)。
因为大多数男性早产儿的扰动观察星形调节gaba ergic相关信号,更多的病患记录相关代谢和形态发生或gaba ergic系统进行了分析。GABA-associated星形基因只在男性表达下调,相对正常的发展轨道。例如,谷氨酰胺和谷氨酸转运体转录表达下调的男性婴儿早产。这些神经递质代谢与GABA和他们的新陈代谢失调经常被报道在精神疾病(马路et al ., 2017)。
在人类中,星形胶质细胞在怀孕的第二部分(出生deAzevedo et al ., 2003)离开这些细胞很容易被围产儿的侮辱。他们出生扩散发生在配合和细化突触在单独的电路,使得星形胶质细胞大脑发育的关键监管机构(Perez-Catalan et al ., 2021)。男性因为早产婴儿保持相同数量的星形胶质细胞比他们的同行,似乎早产主要影响这些细胞的功能通过他们的成熟,而不是扩散或生存。依据,临床前研究强调了没有反应astrogliosis不成熟的白质慢性缺氧后,与降低谷氨酸转运体的表达表明一个更成熟的星形胶质细胞的表型(et al ., 2006年;雷蒙德et al ., 2011)。然而,BA10 GABA-producing细胞减少早产的男性婴儿,这是符合我们的前研究(拉卡耶不能确定et al ., 2019早产大脑的)以及其他的研究(罗宾逊et al ., 2006;熊猫et al ., 2018)和精神疾病(桥本et al ., 2008;Mellios et al ., 2009;Hashemi et al ., 2017)。药理作用的神经保护制剂如GABA受体激动剂和抗炎化合物allopregnanolone正在调查的背景下,早产和显示有前景的结果(Vacher et al ., 2021)。新的细胞模型开发并将给机会调查环境和遗传因素的潜在伤害发展中人类大脑(Paşca et al ., 2019)。虽然早产精神疾病是一个重要的因素,许多早产儿生存神经完好无损,这比大多数时候,早产的男性婴儿GABA系统可以进行协调发育迟缓,可能保护excitatory-inhibitory平衡稳定。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。
道德声明
伦理审查和批准没有所需的研究对人类参与者按照地方立法和制度的要求。从参与者的法定监护人书面知情同意/近亲不要求参加本研究按照国家法律和制度需求。
作者的贡献
HL、C-MV AAP构思的项目,设计实验,并写道,审查和修订后的手稿。霍奇金淋巴瘤进行了实验。霍奇金淋巴瘤和C-MV分析和解释结果。所有作者回顾和修订后的手稿。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
确认
我们感谢博士d . Bakalar博士j . O ' reilly和j . Salzbank女士手稿,深刻的评论和简宁伯吉斯和萨夏羊皮纸专家协助。我们感谢诉加洛博士和大肠Passegue举办我们各自的设施。我们还要感谢NIH NeuroBioBank家庭的贡献,以及j·科特雷尔(NIH NeuroBioBank),帮助我们在整个过程中人体组织的选择。
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关键字:早产,GABA,前额叶皮质,神经发育,成熟,星形胶质细胞
引用:拉卡耶不能确定H, Vacher决定物价和佩恩AA(2022)早产改变gaba ergic的成熟系统在人类前额叶皮层。前面。摩尔。>。14:827370。doi: 10.3389 / fnmol.2021.827370
收到:2021年12月01;接受:2021年12月31日;
发表:2022年2月3日。
编辑:
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