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近日，浙江大學第四醫院和一帶一路國際醫學院國際醫學健康研究院的沈穎和浙江大學邵逸夫醫院的陳煒以及杭州師范大學的王新泰團隊在Protein & Cell雜志發表了題為Aberrant outputs of cerebellar nuclei and targeted rescue of social deficits in an autism mouse model的研究論文。研究發現在Neurolign3R451C基因突變小鼠中，小腦核團向丘腦、中腦和腦干的36個核團的投射存在顯著差異性，調控小腦核團向未定帶核團的投射可以改善自閉癥小鼠的社交異常。

Neuroligin 3是神經核團之間突觸連接重要的黏附分子，家系遺傳研究中發現其編碼基因Nlgn3中的R451C變異與自閉癥密切關聯。本文研究團隊提出自閉癥相關基因Nlgn3突變是否導致小腦-前腦神經核團投射異常，以及投射異常是否導致自閉癥樣行為的核心原因。基于上述科學問題，團隊首先采用AAV1-hSyn-Cre-EGFP病毒和Ai9小鼠來分別觀察小腦的三個亞核團（即FN, IN和DN）的下游接收核團的情況，通過連續切片，腦圖譜配準和針對CN中的起始神經元數量的歸一化處理進行投射差異化的分析，發現CN亞核團對間腦和腦干投射存在異質性。

為研究Nlgn3突變對小腦輸出的影響，團隊通過將Nlgn3R451C小鼠與 Ai9小鼠雜交，結合AAV1-hSyn-Cre-EGFP順行跨突觸病毒，分析小腦核團對丘腦、中腦和腦干的36個核團的投射。結果發現Nlgn3R451C小鼠FN對CL、MD 和 VTA投射減弱，對ZI投射增強；IN對VTA 和 PB投射減弱，對ZI投射增強；DN對PB 和 Po投射減弱，同樣對ZI投射增強。團隊分析Nlgn3R451C突變導致這些核團間投射改變的內在規律，發現對丘腦、中腦和腦干中的接收神經元數目產生了特異性作用：1）Nlgn3R451C突變極大地改變了某些核團的投射，例如對側ZI和同側RN和InC；2）Nlgn3R451C突變對小腦下游對側與同側核團投射有不同改變，如增強了對側ZI的投射，但幾乎不影響同側ZI；改變同側 PFFN的投射，但對對側PFFN沒有影響；3）Nlgn3R451C突變對某些核團的對側與同側有相同影響，如SPFIN；4）Nlgn3R451C突變對下游核團投射的改變與到核團的距離無相關性。

接下來，團隊成員研究了Nlgn3R451C突變對下游核團的靶神經元類型的影響，結合熒光示蹤和抗體染色，發現Nlgn3R451C突變不改變VLIN中vGluT2+和GABA+神經元數目，而ZIIN中glutamine+、parvalbulmin+、nNOS+和GABA+神經元數目均明顯增加。

接下來，團隊探究 ZIIN 和 ZIDN 神經元增多對自閉癥行為的影響。首先利用化學遺傳學方法，特異性地抑制ZIIN 和 ZIDN 神經元可顯著恢復Nlgn3R451C突變小鼠社交趨新性；在居住入侵行為測試中，注射了CNO的突變小鼠的社交認知能力也有一定程度的恢復。進一步，使用 DIO-hM3Dq-EGFP激活野生型小鼠 ZIIN 和 ZIDN 神經元，可導致小鼠社交受損。此外，向 IN/DN 注射了AAV2/9-hSyn-oChIEF-tdTomato后，在IN/DN→ZI 環路的軸突末端同時進行了光纖刺激和微電極陣列記錄。局部場電位記錄表明藍光刺激會引起 ZI 的強烈激活，與行為觀察結果一致。

最后，團隊探究ZIIN和ZIDN神經元的下游靶標，在注射跨突觸示蹤病毒AAV1-hSyn-Cre-EGFP的基礎上，再在ZI后背側注射非跨突觸示蹤病毒。結果顯示ZIIN和ZIDN神經元投射到多個皮層和紋狀體區域（尾狀核、次級軀體感覺皮層和內嗅皮層）、丘腦（束旁核、丘腦后核和上丘）、中腦導水管周圍灰質和腦橋網狀核，其中一些核團（尾狀核、內嗅皮層和中腦導水管周圍灰質）已被證實與社交行為相關，提示Nlgn3R451C突變導致的CNZI投射改變，可能是通過影響下級核團活性導致小鼠社交能力受損。

本文工作集中在兩個方面：1） 追蹤從小腦核到腦干、中腦和丘腦的 36 個核的 50168 個神經元投射，并創建了一個包含 50,168 個神經元的三維坐標的數據庫。揭示了 Nlgn3R451C 突變引起的小腦投射的顯著差異變化。事實上，本文是首次對導致異常腦回路的疾病基因進行大規模分析。2） 首次通過控制小腦投射可以改善社交障礙，通過改變小腦核向未定帶的投射可以改善自閉癥小鼠社交異常，提示小腦輸出失衡導致社交障礙是自閉癥發病機制的重要原因。簡而言之，該工作為理解小腦功能障礙導致社交互動缺陷的神經環路機制提供了重要依據。利用該方法，未來可應用于探究其他綜合征和非綜合征性自閉癥小鼠模型中小腦-大腦連接的結構變化，對將來在小腦施加特定非侵入性刺激治療精神疾病具有重要的臨床意義。