面部情感识别的遗传机制与神经基础：低空间频率与高空间频率的分工

找药助理

1316次浏览发布时间：2024-11-14 11:45:42

　　近年来，随着人口老龄化的加剧，骨关节炎(Osteoarthritis，OA)成为一种日益严重的公共健康问题。据统计，我国OA患者已超过1.3亿人，且随着年龄的增长，患病率仍在上升。骨关节炎的病理机制复杂，涉及到关节软骨的退化和软骨下骨的重塑，其中破骨细胞介导的软骨下骨异常重塑是其重要特征之一。尽管当前关于OA的研究已有不少进展，但在破骨细胞的调控机制方面，仍然存在许多未解之谜。近期，南方医科大学第三附属医院和基础医学院的研究团队，通过一项创新性研究，揭示了破骨细胞前体中RANKL-UCHL1-sCD13负反馈环路在骨关节炎中的作用，提供了一个新的理解和潜在的治疗靶点。

　　RANKL-UCHL1-sCD13负反馈环路的发现

　　研究团队首先利用去泛素酶基因微阵列芯片技术，对OA患者和非OA患者的软骨下骨样本进行了对比分析。结果表明，泛素羧基末端水解酶L1(UCHL1)在OA患者软骨下骨的破骨细胞中表达显著增加。为了进一步验证这一发现，研究人员构建了髓系特异性UCHL1敲除小鼠，并在此基础上建立了OA模型。结果发现，敲除UCHL1后，小鼠关节软骨下骨中破骨细胞的形成被显著抑制，骨关节炎的进展也得到了延缓。

　　进一步的分子机制研究揭示，RANKL(核因子κB受体活化因子配体)信号通路的激活在破骨细胞前体中起到了关键作用。RANKL信号通过激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路，增加了UCHL1的表达。UCHL1在此过程中通过去泛素化作用，抑制了CD13的降解，促使可溶性CD13(sCD13)的释放。而增多的sCD13则可以反过来抑制MAPK通路的活性，从而形成了一个复杂的负反馈环路：RANKL-MAPK-UCHL1-sCD13-MAPK。

　　负反馈环路的生物学意义

　　RANKL-MAPK-UCHL1-sCD13负反馈环路的作用机制十分精细，展示了破骨细胞形成的多重调控。具体来说，RANKL的激活通过MAPK通路促进UCHL1的表达，UCHL1又通过去泛素化作用抑制了CD13的降解，进而促进了sCD13的释放。而sCD13的增加则能够抑制MAPK通路的进一步活化，减缓破骨细胞的形成。这个负反馈机制不仅限制了破骨细胞的过度增生，还通过调节破骨细胞的功能，延缓了骨关节炎的进程。

　　这一发现具有重要的临床意义。破骨细胞在OA的发病机制中扮演着重要角色，过多的破骨细胞不仅加速了软骨下骨的重塑，还进一步加剧了关节软骨的退化，推动了OA的进展。因此，抑制破骨细胞的形成和功能成为了OA治疗的一个重要方向。RANKL-UCHL1-sCD13负反馈环路的发现，为这一目标提供了新的分子靶点。通过调控这一负反馈环路，有可能在OA的早期阶段进行干预，防止或延缓关节损伤的进一步加重。

　　临床应用的潜力

　　该研究为临床上骨关节炎的早期干预提供了一个潜在的治疗靶点。未来，基于该研究的机制，可以开发出新的药物或治疗策略，帮助临床医生更有效地干预OA的早期阶段，减缓其进展。目前，许多治疗骨关节炎的药物都聚焦于减轻症状，如缓解疼痛和炎症，但对于病理进程的根本干预仍然处于探索阶段。因此，基于RANKL-UCHL1-sCD13负反馈环路的研究，有望成为骨关节炎治疗的一个新方向。

　　此外，UCHL1和sCD13的变化可以作为OA早期诊断的潜在生物标志物。通过监测这些分子水平的变化，有可能在OA临床症状明显之前，及时发现病变，从而为治疗提供更长的干预时间窗口。

　　结语

　　总的来说，南方医科大学第三附属医院和基础医学院的研究团队通过深入探讨破骨细胞形成的分子机制，发现了RANKL-UCHL1-sCD13负反馈环路在骨关节炎中的关键作用。该研究不仅为我们揭示了骨关节炎的发病机制，还为临床治疗提供了新的靶点和干预思路。未来，基于这一机制的药物研发和早期诊断方法的创新，有望为骨关节炎的治疗开辟新的道路，改善广大OA患者的生活质量。

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　　面部情感识别是人类重要的社交能力。这一能力让我们能够迅速而准确地识别他人的基本情感如快乐、恐惧等。而这种社交能力在自闭症谱系障碍等社会认知障碍中常常受到影响。尽管面部情感识别在社交互动中具有重要作用，但起源尚不明确。近日，为探讨这一能力的遗传性及其在灵长类动物大脑中的内在机制，中国科学院心理研究所蒋毅团队联合深圳先进技术研究院戴辑团队，通过人类双生子设计，利用行为、功能核磁共振成像，结合猕猴在体电生理记录，跨物种地研究了面部情绪感知的遗传性和神经基础，深化了对于情绪感知双通道模型的认知，阐明了灵长类情绪脑的起源与功能发展。该研究采用经典的双生子设计，探讨人类面部情感识别能力的遗传和环境影响。双生子分为同卵和异卵两类，分别具备100%和50%的基因相似度，因而是研究遗传作用的理想对象。实验中，研究人员通过让志愿者观察包含不同空间频率信息的情绪面孔发现，遗传因素调控面部情绪知觉中的低空间频率加工，而高空间频率(HSF)加工则主要受环境影响。这一发现提出了遗传与环境在面部情感识别中的不同作用，提示了低空间频率和高空间频率可能具有不同的处理机制。研究发现，低空间频率主要涉及面部情感的整体特征，而高空间频率则关注细节和变化。研究进一步通过fMRI发现，低空间频率的情感识别与杏仁核的功能具有遗传关联，而高空间频率则不存在这种关联。这表明低空间频率和高空间频率在面部情感识别中具有不同的神经基础，反映了它们在情感处理过程中的功能分工。研究通过对猕猴杏仁核进行在体的单细胞记录发现，杏仁核存在加工低空间频率和高空间频率的不同的神经元，证实了低空间频率和高空间频率在面部情感感知中的区别。该研究提供了面部情感识别中低空间频率和高空间频率处理的遗传和神经证据，表明低空间频率的识别能力主要通过进化获得且受先天和遗传模块的调控，而高空间频率的能力则在成长过程中通过学习获得。这一发现为“先天与后天”之争提供了新视角，强调了面部情感识别能力的复杂性。该研究揭示了低空间频率情感识别能力的遗传特性，为寻找社会认知障碍的内表型提供了线索。同时，研究面部情感识别的遗传机制和神经基础，将有助于更深入地探讨这些障碍的成因和相关治疗方法。面部情感识别能力既受到遗传因素的影响又受到环境的影响。低空间频率和高空间频率的处理机制在情感识别中有着明显分工，而遗传学和神经科学的结合揭示了这一能力的复杂起源。这些发现帮助研究人员探讨人类社交行为的基础，为研究和干预社会认知障碍提供了新方向。相关研究成果在线发表在《国家科学评论》(National Science Review)上。研究工作得到科技创新-2030重大项目、国家自然科学基金、中国科学院相关项目以及广东省、深圳市等的支持。根据上述原创文章，求字数八百字以上，相似度不超过百分之六十，附标题，用中文回答

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　　面部情感识别的遗传机制与神经基础：低空间频率与高空间频率的分工

　　面部情感识别是人类社会交往中的重要能力，能够帮助我们迅速且准确地解读他人的情绪，如快乐、愤怒、恐惧等，这对于建立有效的社交关系至关重要。然而，尽管这一能力在正常的社会交往中起着重要作用，其神经基础和遗传机制仍然未完全明确。近期，中国科学院心理研究所蒋毅团队与深圳先进技术研究院戴辑团队联合开展的一项研究，通过双生子设计与猕猴在体电生理记录的跨物种研究，深入探讨了面部情感识别的遗传性及其在灵长类动物大脑中的神经机制，为理解这一能力的起源与功能提供了新的视角。

　　双生子设计揭示遗传与环境的不同作用

　　为了研究人类面部情感识别能力的遗传性，研究人员采用了经典的双生子设计，将研究对象分为同卵双生子和异卵双生子两类。由于同卵双生子基因相似度为100%，而异卵双生子基因相似度为50%，这使得双生子设计成为探讨遗传与环境在某一能力中作用的理想方法。

　　在实验中，研究人员要求志愿者观察包含不同空间频率信息的情绪面孔，发现遗传因素主要调控面部情绪识别中的低空间频率加工，而高空间频率加工则主要受到环境因素的影响。这一发现暗示了低空间频率和高空间频率在面部情感识别中的处理机制可能是不同的，并且它们分别受到遗传和环境的不同影响。

　　低空间频率与高空间频率的分工

　　研究进一步发现，低空间频率主要涉及面部情感的整体特征，如面部的轮廓、表情的基本形态，而高空间频率则更多地关注面部的细节和变化，如眼睛、嘴巴等部位的精细运动和表情的细微变化。这种差异在情感识别中具有重要意义，低空间频率通常是我们首先感知到的情感线索，而高空间频率则提供了更多的信息帮助我们更精确地理解他人的情感状态。

　　通过功能性磁共振成像(fMRI)技术，研究人员进一步揭示，低空间频率的情感识别与杏仁核的功能密切相关，且这一关联具有遗传性;而高空间频率的情感识别则与杏仁核的激活没有明显的遗传关联。这表明，低空间频率和高空间频率在面部情感识别中的神经基础不同，可能反映了它们在情感处理中的不同功能分工。

　　猕猴实验验证不同空间频率的神经元响应

　　为了进一步验证低空间频率与高空间频率在面部情感感知中的区别，研究团队使用了猕猴作为实验对象，并进行了在体的单细胞电生理记录。实验结果表明，猕猴杏仁核中的神经元对低空间频率和高空间频率的面部情感刺激存在不同的响应模式。部分神经元主要响应低空间频率信息，而另一些神经元则专门响应高空间频率信息。这一发现为低空间频率和高空间频率在情感识别中的分工提供了直接的神经证据。

　　先天与后天的相互作用

　　这项研究的重要发现之一是，低空间频率的面部情感识别能力具有较强的遗传性，且可能是通过进化获得的。这一能力受到先天基因的调控，因此在遗传上具有一定的固定性。而高空间频率的面部情感识别能力则更多依赖于环境因素，尤其是在个体成长过程中通过学习和经验的积累得到加强。

　　这一发现为“先天与后天”之争提供了新的视角。在面部情感识别这一能力上，先天和后天并非截然对立，而是相互作用、共同发挥作用。低空间频率的识别能力更多是由基因和遗传模块调控的，而高空间频率则是随着个体的成长和经验积累逐步获得的。

　　对社会认知障碍的启示

　　该研究不仅为我们提供了关于面部情感识别的遗传机制和神经基础的深入理解，还为社会认知障碍，尤其是自闭症谱系障碍(ASD)的研究提供了新的线索。社会认知障碍患者通常在面部情感识别上存在困难，而这项研究的发现表明，遗传和神经机制的异常可能是导致这一障碍的根本原因之一。通过研究低空间频率的遗传特性，研究人员可能能够发现与这些障碍相关的内在表型，为今后诊断和治疗社会认知障碍提供新的思路。

　　结语

　　总体而言，这项研究不仅揭示了面部情感识别能力的复杂遗传机制，还阐明了低空间频率和高空间频率在情感识别中的分工及其不同的神经基础。低空间频率的识别能力与遗传因素密切相关，而高空间频率的能力则在成长过程中通过环境和学习获得。这样的发现为理解面部情感识别的起源和发展提供了新的视角，也为研究和干预社会认知障碍提供了重要的科学依据。随着这一领域研究的深入，未来或许能开发出更加精准的诊断工具和治疗方法，帮助改善患有社会认知障碍的患者的生活质量。

　　相关研究成果已在线发表于《国家科学评论》期刊，并得到多个国家级项目和地方政府的资助支持。

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