Nature Neurosci：小脑-前额叶皮层回路对自闭症相关行为的调节

自闭症谱系障碍（ASD）是一种常见的神经发育障碍，其特征是社交障碍和重复/刻板的行为。越来越多的证据显示了ASD存在小脑功能障碍。然而，小脑参与ASD相关行为的神经回路仍然未知。

最近，美国德克萨斯大学的Elyza Kelly等人在《Nature Neuroscience》上发表了题为《Regulation of autism-relevant behaviors by cerebellar-prefrontal cortical circuits》的文章。在这项研究中，Elyza Kelly等人证明了小鼠小脑与内侧前额叶皮层（mPFC）之间的功能连接；表明mPFC介导小脑调节的社交活动和重复/刻板的行为，并显示了在多个ASD相关基因小鼠模型中以及ASD患者中这些区域之间的连接受到破坏。

PC-Tsc1突变小鼠的PC功能降低导致mPFC活性增加

mPFC在社会情感处理和行为的执行控制中具有关键作用。为了确定小脑功能障碍是否影响mPFC活性，电生理实验检测了PCs中Tsc1突变（PC-Tsc1突变体小鼠）对mPFC活性的影响，结果表明，PC-Tsc1突变小鼠的PC功能降低导致mPFC活性增加。

图1：PC- Tsc1突变体中升高的PRL活性的调节可以改善社交障碍和重复/刻板的行为。

接着Elyza Kelly等人研究了mPFC抑制是否会影响PC-Tsc1突变小鼠的社交功能障碍。对7周龄的雄性小鼠进行了行为实验。与对照组没有表现出社会偏好相比，左PRL具有化学遗传抑制作用的PC- Tsc1突变小鼠确实显示对同类的偏好，而不是对空杯的偏好；以及诱发了社交新奇偏好，以及对社交而非非社交气味的偏好。

此外，与对照组相比，抑制左mPFC减少了PC- Tsc1突变小鼠的重复修饰。抑制mPFC活性还显著提高了水Y迷宫逆转任务的灵活性。运动学习，自发运动和焦虑行为在PC- Tsc1突变体中不受影响，并且不受mPFC化学遗传抑制作用的改变。这些数据表明，对mPFC的抑制可以使PC- Tsc1突变小鼠的社交行为增强并减少重复修饰。

在ASD相关基因的小鼠模型和ASD患者中，Rcrus1和左mPFC连接被破坏

已有研究证明了，RCrusI在ASD相关行为中具有的重要作用。为了确认小脑皮质区右脚1（Rcrus1）和mPFC之间的功能联系，在PC-特异性表达Cre重组酶(PCCre)的麻醉小鼠左侧的PRL mPFC进行了体内单个单位记录，其中Rcrus1受到Cre依赖的抑制。与对照组相比，抑制Rcrus1PC增加了从左侧PRL mPFC记录到的单个单位的放电频率，而不改变运动皮层或右侧PRL单个单位的放电频率。对小脑Rcrus1的抑制导致了清醒小鼠左侧PRL放电频率的类似增加。

图2：Rcrus1和PRL在功能上相连，并且在ASD行为中起重要作用。

这些数据表明Rcrus1和PRL之间存在功能连接，并且与PC抑制输出一致，Rcrus1 PC活性降低导致左PRL mPFC活性增加。假设Rcrus1和左PRL mPFC之间的连接性可能在ASD小鼠模型和ASD患者中被破坏。使用结构协方差来检测由94个ASD相关基因突变的小鼠组成的队列以及安大略省神经发育障碍(POND)网络的一个大型人类队列，也表明在小鼠模型和ASD患者中，mPFC和Rcrus1之间的连接性均受到破坏。

通过向PC Cre小鼠注射了含有DIO-Gi的腺相关病毒（AAV）到Rcrus1抑制mPFC的活性，研究发现mPFC活性的降低可以改善由Rcrus1 PC抑制引起的社会缺陷和重复/刻板行为，因此mPFC在调节这些ASD相关行为的过程中作用于小脑Rcrus1下游。

小脑外侧核和丘脑腹内侧参与ASD相关行为

由于抑制性PC输出通过小脑核（CN）从小脑中出现，确定了CN接收Rcrus1 PC输出。将DIO-Gi-mCherry 注射到Rcrus1的PCCre 小鼠显示出外侧/齿状核(LN)的靶向性，此外发现LN的化学遗传抑制可以改善PC- Tsc1突变小鼠的行为表型。进一步发现，mPFC中丘脑腹内侧（VM）末端的光遗传激活诱导ASD相关行为，光遗传沉默可降低PC- Tsc1突变体中与ASD相关的行为。

刺激小脑后蚓部可改善重复/刻板行为

已知与ASD相关的一个小脑结构域是小脑后蚓部，后蚓部体积的改变与重复性行为有关。在该研究中发现左侧 PRL mPFC 的单个单位放电频率随着蚓部 PC的化学遗传抑制而增加。此外，结构协方差MRI 显示，与对照组相比，遗传性 ASD 模型队列中的后蚓部和左PRL mPFC之间存在显著变化。用DIO-Gi抑制PCRE小鼠的后蚓部PCs，与对照组（VEH处理或表达GFP的小鼠）均表现出与对照基因型一致的社会偏好相比，社交方式和社会新颖性表现为受损。

图3：小脑后蚓部在结构和功能上与PRL有关，刺激可以特异性地改善重复/刻板行为。

在水Y型迷宫测试中，这也导致了重复梳理和刻板行为的增加。化学遗传刺激PC- Tsc1突变小鼠的后蚓部，结果显示没有改善突变小鼠的社会偏好或社会新奇偏好，但它减少了重复梳理并提高了水Y迷宫中的行为灵活性。小脑后蚓部在结构和功能上与PRL有关，刺激可以特异性地改善重复/刻板行为。

结合其与VM丘脑的连接以及VM丘脑到mPFC的输入，这些数据表明，Rcrus1和后蚓部的小脑输出集中在VM丘脑-mPFC投射上，分别调节社会偏好和行为灵活性，而这些小脑-丘脑mPFC通路的改变可能在ASD中观察到的这些行为域的损伤中起作用。

综上，这项研究描绘了一条从Rcrus1和后蚓部通过小脑核和丘脑腹内侧部，最后到达mPFC的回路。对这个回路的调节会导致社会缺陷和重复的行为，而激活Rcrus1和后蚓部的浦肯野细胞（PCs）分别改善了雄性PC-Tsc1突变小鼠的社会偏好损害和重复/刻板行为。这条神经回路的发现，拓宽了我们对小脑在全脑范围内对自闭症的不同作用的理解，更为 ASD 治疗提供了神经调节靶点的可能。