Neuron︱复旦大学舒友生团队基于 BehaviorAtlas 系统发现 SCN2A 缺失可诱发孤独症样行为

孤独症谱系障碍（ASD）是一种神经发育异常疾病，核心特征为社交沟通障碍与重复刻板行为，常伴随多动、感觉异常等共病，目前仍缺乏针对核心症状的有效药物治疗手段。在众多 ASD 风险基因中，SCN2A 功能缺失突变因高致病性备受关注，是解析孤独症发病机制的关键分子靶点。此前研究多聚焦前额叶皮层，但模拟人类杂合缺失的动物模型并未出现明显神经元兴奋性异常，也未表现出典型社交障碍，因此 SCN2A 的致病机制始终不明。为破解这一谜题，复旦大学舒友生团队跳出前额叶研究局限，将目光锁定调控社交奖赏的核心脑区 —— 腹侧被盖区（VTA），首次证明 VTA 多巴胺神经元的 SCN2A 缺失是孤独症的关键诱因。

2025 年 7 月 10 日，复旦大学脑科学转化研究院舒友生教授团队在 Neuron 上在线发表了题为 “Selective loss of Scn2a in ventral tegmental area dopaminergic neurons leads to dopamine system hypofunction and autistic-like behaviors” 的研究论文，为 ASD 机制研究与治疗突破提供关键新证据。该研究首次证实，小鼠中 VTA 多巴胺神经元中 Scn2a 基因的缺失，会严重破坏神经元功能，导致其自发放电频率显著下降，更有 17% 的多巴胺神经元即使给予强电流刺激也无法产生动作电位，成为 “沉默细胞”。团队通过 BAYONE BehaviorAtlas 3D-AI 等动物行为分析技术，辅助验证了 VTA 多巴胺神经元 Scn2a 缺失会最终导致社交新异偏好丧失、重复刻板动作等典型孤独症样行为，并进一步提出 “多巴胺替代疗法” 这一潜在新方向，为 SCN2A 突变相关孤独症的临床干预提供了关键理论支撑。

为明确 VTA 多巴胺能神经元中主导的钠通道亚型，研究团队通过定位与定量检测发现，Scn2a 的 mRNA 表达量显著高于其他钠通道亚型（图 1A、B）。进一步分析显示，Scn2a 的 mRNA 数量与神经元胞体大小呈强正相关，说明其在神经元中广泛高表达（图 1B、C）。这一系列结果从定位、定量及相关性分析多维度，直接证实 Scn2a 在 VTA 多巴胺能神经元中占据主导表达地位，为后续深入探究其功能奠定了重要的表达层面基础。

为明确 Scn2a 对 VTA 多巴胺能神经元电生理功能的调控作用，研究团队首先通过免疫荧光实验验证 CRISPR-Cas9 技术敲除 Scn2a 的效率（图 1D、E、F）。随后对 Scn2a 敲除组（gRNA 组）和对照组神经元进行全细胞记录，结果显示，gRNA 组神经元的自发放电频率显著低于对照组，代表性放电轨迹图也清晰呈现了这一差异（图 2D、E）。更关键的是，图 2F 的代表性电流刺激响应图显示，约 17.1% 的 gRNA 组神经元即便给予 1 nA 的强电流刺激也无法产生动作电位，即 “沉默神经元” 比例显著升高（图 2G）。

进一步分析动作电位参数发现，敲除组神经元的动作电位阈值明显升高、峰值显著降低，且半宽增加、复极化速率减慢（图 2H、I、J）。为检验 Scn2a 缺失对 AP 沿胞体 - 轴突传导的影响，研究对胞体及其轴突小泡进行双电极记录，结果显示：沉默神经元中，轴突刺激可诱发轴突 AP 但无法传至胞体（图 2K、L）；可产生 AP 的神经元在高去极化电位下，AP 从轴突向胞体的反向传播能力显著下降（图 2M、N），提示胞体与轴突功能出现电活动分离。共同证实 Scn2a 缺失会显著导致 VTA 多巴胺能神经元兴奋性大幅下降且传导功能受损。

考虑到钠电流是神经元电信号产生和传导的核心基础，在明确 Scn2a 缺失影响神经元兴奋性后，研究团队首先通过膜片钳技术记录胞体钠电流。结果显示，Scn2a 缺失后胞体钠电流显著降低，通道密度减少 46.1%，同时代表性电流轨迹图也清晰呈现 Scn2a 敲除组胞体钠电流幅度明显减小（图 3A、B、C、D）。进一步检测发现，轴突部位的钠电流受损更为严重（图 3E、F、G）。这些结果为后续阐明多巴胺释放异常的机制提供了电信号传导层面的关键依据。

为明确 VTA 多巴胺能神经元（DAN）中选择性 Scn2a 缺失是否引发孤独症谱系障碍（ASD）相关行为，研究团队采用 CRISPR-Cas9 策略实现 VTA DAN 特异性敲除，并通过免疫荧光确认病毒注射范围与感染效率（图 5A、B）。

行为学检测首先聚焦基础表型：BAYONE BehaviorAtlas 3D-AI自发行为分析显示，gRNA 组小鼠Ambulating（行进）距离显著大于对照组，提示过度活跃，而 Rearing（直立）、Jumping（跳跃）、Sniffing（嗅闻）及Grooming（理毛）呈减少趋势（图 5C）；旷场实验中，gRNA 组小鼠的活动总距离和中心区域活动时间显著增加，表现出明显的过度活跃症状（图 5D、E）；高架十字迷宫实验显示，gRNA 组进入开放臂的次数和时间占比增加，证实焦虑水平降低（图 5F、G）。

这些从基础运动 / 焦虑表型，到社交主动性、社交偏好、社交认知的系统性测试结果，共同证实：仅 VTA DAN 中 Scn2a 缺失即可引发过度活跃、重复刻板行为、焦虑异常及社交障碍等典型孤独症样行为。

基于前文 “多巴胺释放减少” 的核心机制，研究团队尝试采用左旋多巴 / 苄丝肼（L/B）进行急性腹腔注射干预。首先通过在体光纤记录验证药物对多巴胺释放的影响：药物处理后，Scn2a 敲除组小鼠光刺激诱发的多巴胺释放显著增强，对照组无明显变化，定量结果证实敲除组释放峰值提升幅度达 1.8 倍（图 6A、B、C、 D）。

行为学干预效果进一步验证：旷场实验中，gRNA 组的过度活跃症状未得到改善（图 6F）；高架十字迷宫实验中，药物处理后 gRNA 组开放臂探索时间恢复至对照组水平，焦虑症状显著改善（图 6G）；社交新奇偏好测试与社交新奇认知测试均证实，药物处理后 gRNA 组的社交新颖性识别能力显著恢复（图 6H、I）。上述结果表明，左旋多巴可通过增强缺陷多巴胺系统的释放功能，特异性改善 Scn2a 缺失引发的焦虑异常、社交障碍等非运动症状。

为模拟人类 SCN2A 杂合突变的病理状态，研究团队采用 Scn2a^+/- 杂合子小鼠开展验证。行为学测试显示，杂合子小鼠表现出过度活跃和焦虑水平不足，这一运动与焦虑表型，与 VTA DAN 特异性 Scn2a 敲除模型（gRNA 模型）高度相似（图 7B、C）；而社交能力缺陷更为显著：居住 - 入侵测试中与入侵者的主动社交互动总时长显著减少（图 7D），社交新奇偏好测试中区分熟悉与陌生小鼠的能力大幅下降（图 7E），社交新奇识别测试中，对第二只陌生小鼠的探索兴趣无反弹（图 7F）。对该杂合子小鼠给予左旋多巴 / 苄丝肼（L/B）干预后，结果显示 L/B 可显著挽救其焦虑不足表型，并有效改善社交缺陷（图 7G-I）。该结果在更贴近人类 SCN2A 杂合突变病理场景的模型中，进一步证实了 Scn2a 功能不足与孤独症样行为的因果关联，同时为 L/B 的临床干预价值提供了更可靠的实验依据。

左旋多巴对杂合子小鼠的干预效果，提示 Scn2a^+/- 小鼠可能存在多巴胺系统功能减退。为此，研究团队从多巴胺释放和电生理层面展开机制探究：首先通过光纤光度法记录社交互动时伏隔核（NAc）的多巴胺释放情况，结果显示，与 VTA 多巴胺能神经元（DAN）特异性 Scn2a 敲除模型（gRNA 模型）一致，Scn2a^+/-小鼠在最初 5 次与第一只陌生小鼠互动时的多巴胺释放量显著低于野生型（WT）小鼠，且与第二只陌生小鼠互动时无多巴胺释放反弹现象（图 8A）。

为检测基础多巴胺释放水平，上述实验后，研究通过腹腔注射多巴胺探针的拮抗剂 SCH 检测发现，Scn2a^+/- 小鼠的基础多巴胺水平远低于 WT 小鼠（图 8B、C）。电生理记录结果进一步证实：杂合子小鼠 VTA DAN 的自发放电频率和自发活动细胞比例均显著降低（图 8D、E、F、G），对电流注射的尖峰响应也明显下降（图 8H、I）；尽管动作电位（AP）的电压阈值未改变，但 AP 上冲的峰值幅度和最大速率均显著降低（图 8J、K）。

这些结果表明，VTA 多巴胺能神经元放电活动减弱，直接导致基础及行为相关多巴胺释放减少，进而引发 Scn2a^+/- 小鼠的孤独症样行为。该发现不仅为左旋多巴 / 苄丝肼（L/B）干预 Scn2a 功能丧失突变相关孤独症提供了直接机制支撑，更提示该策略对临床患者的潜在应用价值。

该研究论文应用了一湾生命科技(BAYONE)自主研发的 3D-AI 小鼠行为分析系统，为自闭症样行为表型的精细化研究提供了重要工具支撑。一湾生命科技致力于通过 AI 技术，为脑科学及脑疾病研究等领域提供新一代更高效、更精准的仪器、软件、服务和标准。一湾生命科技专注于推动 AI 精细行为学技术在神经疾病模型的研究中发现新的生物标志物、表型鉴定及愈后评估等方面的应用。如果您对这一技术感兴趣，或者需要进一步了解 “如何通过专业行为学软件，复现类似研究中的孤独症行为检测范式”，或针对特定行为学实验定制分析方案，欢迎了解更多关于 BehaviorAtlas 3D-AI 动物行为分析系统 的信息！

BehaviorAtlas 3D-AI 动物行为分析系统是国内首家3D-AI精细行为学分析系统，可以在三维层面分析动物的精细行为；追踪16+个身体点，实现行为全面量化；提取40+种行为亚型，包括嗅探、梳理、跳跃等行为；计算100+种参数，捕捉动物行为的每一个细节；输出专业级可视化图表，满足SCI论文发表要求。目前，BehaviorAtlas 3D-AI 动物行为分析系统已经在大、小鼠、非人灵长类动物、犬类等模式动物上，针对自闭症、帕金森症、抑郁症、老年痴呆、脑出血等疾病模型以及精神类药物筛选上进行了多种应用。在此，我们也感谢 BehaviorAtlas 的用户对我们系统的关注和支持，希望 BehaviorAtlas 能够帮助更多的科研人员去解答生命科学中的难题。如果您希望深入了解其在动物行为研究中的应用，我们非常欢迎您进一步探索！

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