催产素,这种由脑下垂体后叶分泌的激素,在社交行为、亲子关系、以及配偶间的忠诚中扮演着关键角色。作为催产素的受体,OXTR 在大脑中的分布和功能显得尤为关键。先前的研究表明,OXTR 的异常可能与自闭症、焦虑障碍等神经精神疾病有关。然而,由于缺乏精确的表达数据,OXTR 在大脑发育过程中的具体作用一直不甚明了。
军科院吴海涛教授团队在在《Neuroscience Bulletin》发表题为"Spatiotemporal Mapping of the Oxytocin Receptor at Single‑Cell Resolution in the Postnatally Developing Mouse Brain"文章,对产后发育小鼠大脑中单细胞分辨率下催产素受体(Oxytocin Receptor, OXTR)的时空表达模式进行了深入研究,通过绘制小鼠大脑中Oxtr表达的详细时空图谱,详细论述了Oxtr在成熟行为和大脑发育中的调节作用,并提出对OXTR功能进一步研究的新视角。
实验部分
为了克服数据的精确表达这一难题,文章作者借助了Tissue Cytometry技术。Tissue Cytometry具备先进的图像获取及分析能力,能够对组织切片进行高通量的单细胞水平分析。通过结合 RNAscope in situ hybridization (ISH) 技术,研究人员能够精确地定位和量化 OXTR 在小鼠大脑中的表达。在这篇文章中,RNAscope in situ hybridization (ISH) 染色后的图像数据获取及荧光探针在多个脑区细胞中的精准量化分析数据,全部来源于Tissue Cytometry技术。
Figure 1. Oxtr在小鼠大脑中的全脑时空表达模式
作者使用TissueFAXS 系统获取多色荧光组织切片的图像后,根据小鼠立体定位坐标图谱识别脑区,首先用 StrataQuest 软件中的 IF2 APP 对 Oxtr mRNA puncta(点状信号)和 DAPI 染色的细胞进行计数,并使用 IF3 APP 进一步计算出 Oxtr 细胞中 Vgat 细胞的比例、Vgat 细胞中 Oxtr 细胞的比例、Oxtr 细胞中 Vglut1/2 细胞的比例,以及 Vglut1/2 细胞中 Oxtr 细胞的比例,以了解特定细胞群体中 Oxtr 的表达模式;通过检测 OXTR 与其他神经标记物的共表达,例如,研究人员发现 OXTR 与 Vgat 或 Vglut 的共表达模式,揭示了 OXTR 在不同神经回路中的作用。
Figure 2. 皮质中的 Oxtr 表达模式呈现分层特征
StrataQuest 技术的核心优势在于其单细胞分辨率的分析能力。这意味着研究人员能够精确地识别和量化每一个表达 OXTR 的细胞,无论是在大脑的哪一个微小区域。这种精细的分析能力,使得研究人员能够揭示 OXTR 在不同脑区、不同细胞类型、以及不同发育阶段的表达差异。通过对小鼠从出生后第7天至第56天的六个不同发育阶段的大脑进行分析,研究人员发现在皮层、基底前脑、海马和杏仁核复合体等关键脑区,OXTR 的表达水平在不同发育阶段存在显著差异。特别是在皮层,OXTR 在深层的 GABAergic 神经元中的表达量在所有检测的皮层中都是最高的,OXTR 的表达呈现出明显的时空特异性。
在数据结果的汇总方面,Tissue Cytometry技术可以一键生成的直观可视化的图像与数据散点图,使得复杂的数据信息更易于理解和交流。除此之外,Tissue Cytometry技术的应用,还高效率的减少了手动计数和分析的时间,同时通过使用标准化的成像和分析参数,缩小了不同批次、不同实验组之间的偏差;通过数据-散点图-图像三者的正反向回溯联动,也大大增加了研究结果的可重复性和可靠性,帮助研究人员深入理解 OXTR 表达的模式和潜在的生物学意义。
Figure 3. 大脑皮层 L2/3 中 Oxtr 表达模式的深度依赖性差异