d-丝氨酸在翻译相关行为中的生理作用的跨物种综述-陌自动

　　弥合神经和精神疾病临床前模型与其人类表现之间的差距对于了解其潜在机制、识别生物标志物和开发新的治疗方法是必要的。认知和社交障碍是多种神经精神和神经疾病的基础，通常与睡眠障碍合并症，这可能加剧不良后果。重要的是，许多症状在脊椎动物和无脊椎动物之间是保守的，尽管它们可能有细微的差异。因此，有必要确定不同物种之间这些行为的分子机制及其对人类的可翻译性。全基因组关联研究表明，谷氨酸能基因变异与精神分裂症、双相情感障碍和自闭症谱系障碍等精神疾病的风险和频率之间存在关联。例如，谷氨酸能神经传递的改变，如谷氨酸受体亚型n -甲基-d-天冬氨酸受体(NMDAR)功能低下，已被证明与精神分裂症的病理生理有关。此外，在创伤性脑损伤和阿尔茨海默病等神经系统疾病中，NMDARs的过度激活会导致突触损伤。除了谷氨酸结合外，NMDARs还需要协同激动剂d-丝氨酸或甘氨酸与GluN1亚基结合才能打开。d-丝氨酸是由l-丝氨酸通过神经元酶丝氨酸消旋酶(SRR)外消旋而成的，SRR和d-丝氨酸都富集于皮质边缘脑区。d-丝氨酸对认知和社会行为等复杂行为至关重要，其合成和释放的失调与许多病理状况有关。在这篇综述中，我们探讨了d-丝氨酸在跨物种不同模型中与多种精神和神经疾病翻译相关的行为中的作用。

　　寻找精神和神经疾病的有效治疗方法部分取决于开发具有可跨物种翻译的验证机制的动物模型。认知和社交缺陷是多种神经精神和神经退行性疾病的核心组成部分(Stuchlik & Sumiyoshi 2014)，而睡眠中断通常在许多疾病中观察到，包括焦虑、抑郁和精神分裂症。此外，睡眠参与了许多过程，如记忆巩固、情绪稳定和大脑稳态的维持，其中睡眠失调可能对症状的进展和结果产生双向影响(Sun et al. 2022)。这些行为在脊椎动物和无脊椎动物(分别如啮齿动物和果蝇)中是保守的，使它们成为研究人类病理生理学的有价值的模型。因此，确定这些行为的分子机制背后的共同因素是很重要的。

　　全基因组关联研究表明，谷氨酸失调基因变异与精神分裂症、双极性障碍和自闭症谱系障碍(ASD)等精神疾病的风险和频率有关(Singh等人，2022;Trubetskoy et al. 2022)。此外，临床前和临床研究表明，谷氨酸能神经传递的重要受体，如谷氨酸受体亚型n -甲基-d-天冬氨酸受体(NMDARs)，有助于神经退行性和神经精神疾病的病理生理(Singh等，2022;Wang & Reddy 2017)。NMDARs是一种独特的配体门控离子通道，需要GluN2亚基上的谷氨酸结合，以及GluN1甘氨酸调节位点上的协同激动剂甘氨酸或d-丝氨酸(Wolosker等，1999a, b)。在对认知和社交行为至关重要的皮质边缘区域，如前额皮质、伏核、海马和杏仁核，d-丝氨酸的表达模式与NMDARs相似，是NMDARs的首选协同激动剂(Dong等，2018;Hashimoto et al. 1993;Matsui et al. 1995;Mothet et al. 2000;Schell et al. 1997,1995;Shleper et al. 2005)。d-丝氨酸也在下丘脑中表达(Chieffi Baccari等人，2020)，除了传统的单胺能途径外，NMDARs在调节睡眠和清醒方面的作用越来越受到重视(Saper & Fuller 2017)。值得一提的是，甘氨酸也可以发挥补充作用，应该进一步研究(Meunier et al. 2016;Papouin et al. 2012;Stroebel et al. 2021)。

　　d-丝氨酸通过神经元酶丝氨酸消旋酶(SRR)从l-丝氨酸转化(Wolosker et al. 1999a, b)。在发育过程中，皮质边缘区域的SRR表达在时空上增加，这表明d-丝氨酸在适当的电路形成中起作用(Folorunso et al. 2021)。此外，突触可塑性的变化，如nmdar依赖的长期增强(LTP)，对记忆形成至关重要，特别是在成年小鼠的海马体和杏仁核中(Balu等人，2013;Basu et al. 2009;Le Bail et al. 2015;Li et al. 2013;Papouin et al. 2012)。我们已经证明，d -丝氨酸在突触后释放，以调节Schaffer侧侧CA3-CA1突触的突触NMDAR功能(Wong et al. 2020)，其中神经元SRR的遗传消融导致海马LTP的缺陷(Perez et al. 2017)。最近的大规模全基因组关联研究已经确定了与精神分裂症相关的SRR基因的功能性单核苷酸多态性(Pardinas et al. 2018;精神病学基因组学精神分裂症工作组(2014)，强调其与精神疾病的相关性。此外，据报道，精神分裂症患者的大脑和血清中d-丝氨酸和SRR水平较低(Hashimoto et al. 2003)。在病理条件下，如阿尔茨海默病(AD)和创伤性脑损伤(TBI)，我们发现反应性胶质细胞上调d-丝氨酸的产生，并可能导致兴奋性毒性和神经变性(Balu等人，2019;Folorunso等人，2023;Perez et al. 2017;Tapanes et al. 2022)。总之，这些研究强调了d-丝氨酸在学习和记忆中的细胞特异性作用，并证明d-丝氨酸的失调会导致行为的改变。

　　啮齿类动物模型和无脊椎生物对于理解基因和神经回路如何控制行为是有价值的，因为大量的工具可用于基因操作。果蝇，对于研究睡眠、觉醒和认知任务的神经和遗传基础尤其重要(Grover et al. 2022;Koh et al. 2008;Liu et al. 2008)。利用嗅觉和视觉线索，果蝇通过延迟和追踪条件反射范式研究联想学习(Grover等人，2022)，以及通过喂食分析研究决策(Yu等人，2021)。与人类和啮齿类动物类似，果蝇遵循昼夜节律，它们在12小时的明暗周期中睡眠，这一周期受到包括摄食、压力和社会环境在内的变量的影响(Beckwith & French 2019;Hendricks et al. 2000;Nakagawa et al. 2022)。此外，在果蝇中观察到与年龄相关的联想记忆衰退，反映了在啮齿动物和人类中观察到的情况(Konig & Gerber 2022)。生物之间存在进一步的相似性，因为苍蝇也表现出攻击和求爱等社会行为(Bentzur et al. 2021;Soto-Yeber et al. 2018)，以及社会隔离后动机、经验、活动水平和感官敏感性的变化(Soto-Yeber et al. 2018)。

　　啮齿类动物通常被用于研究社会行为，其中涉及前额皮质和皮层下区域之间的复杂回路，包括杏仁核、伏隔核、腹侧被盖区、下丘脑和海马(Bicks et al. 2015)。虽然啮齿类动物的前额皮质发育较差，嗅觉输入的比例较大(Wei et al. 2021)，但已经观察到人类和啮齿类动物社会行为背后的回路之间存在同源性。例如，内侧前额叶皮层和杏仁核之间的连接在社交互动中发生改变，在自闭症谱系障碍模型中存在显著差异(Kuga et al. 2022)。此外，虽然啮齿动物模型不能概括人类社会行为的全部，但某些方面，如社会互动和退缩，已经被很好地表征并广泛地验证了神经精神疾病的研究。例如，社会性是精神分裂症的一个突出的负面症状，通常使用三室相互作用试验在小鼠中进行研究(Ellenbroek & cooler 2000;O'Tuathaigh et al. 2014, 2009)。此外，自由二元社会互动中的行为(Kraeuter et al. 2019)以及超声波发声(usv)可用于测量各种社会背景和神经发育障碍中的交际行为(Lefebvre et al. 2020;Premoli et al. 2021;Sangiamo et al. 2020;Scattoni et al. 2009;Seffer et al. 2014)。此外，啮齿动物被广泛用于研究认知，其中空间记忆分析和被动回避测试是学习和记忆的有效措施。此外，在情境恐惧学习分析中使用啮齿动物可以深入了解导致对压力和威胁的认知和行为反应的各种因素(遗传，压力，药物作用等)。此外，它们体积小，易于操作，睡眠模式特征明确，可以研究睡眠的潜在机制和睡眠剥夺的影响。与人类一样，啮齿动物也经历非快速眼动(NREM)和快速眼动(REM)睡眠，以及由几个大脑区域和神经递质系统相互作用控制的睡眠-觉醒周期(Aguilar et al. 2021)。虽然啮齿动物的睡眠时间比人类短，并且在非快速眼动和快速眼动睡眠中花费的时间比例不同(Kawai et al. 2015)，但研究表明，睡眠剥夺会损害啮齿动物的学习和记忆，并导致大脑结构和功能的变化，这与在人类中观察到的情况相似(Colavito et al. 2013)。

　　本文综述了d-丝氨酸在不同物种(包括果蝇、啮齿动物和人类)生理相关行为中的作用，并强调了d-丝氨酸在睡眠、认知和社会互动中的重要性。然而，为了验证d-丝氨酸在这些行为中的作用，需要在各种临床前模型和临床环境中进行进一步的跨物种研究。

　　d-丝氨酸已被证明对无脊椎动物和人类的注意力、动机、学习和记忆行为都很重要。基因突变、d-丝氨酸给药、NMDAR拮抗剂和应激模型被用来确定d-丝氨酸如何改变认知表现。

　　在转基因果蝇中，基于嗅觉的行为分析，如电击配对气味调节测试，被用来确定d-丝氨酸对学习和记忆的影响。在这项实验中，成年果蝇最初暴露于一种带有电击的气味(条件刺激，CS)和一种没有伴随电击的第二种气味。在最初的训练之后，野生型(WT)果蝇学会了在随后的行为分析中选择避开CS。然而，老年WT果蝇或幼年果蝇过度表达果蝇丙酮酸羧化酶(dPC)，一种通常随年龄增长而增加的酶，在电击配对气味调节测试中表现出几种类型的记忆障碍(Yamazaki et al. 2014)(表1)。衰老和dPC过度表达都会导致d-与l-丝氨酸的比例下降，其中通过喂食给予d-丝氨酸可以逆转学习和记忆缺陷。

　　许多研究使用转基因SRR小鼠来评估d-丝氨酸水平在认知功能中的作用。为了评估情景记忆，研究人员在两个序列记忆任务中评估了WT和种系SRR基因敲除小鼠记忆特定物体或气味出现顺序的能力(DeVito et al. 2011)。在两项实验中，SRR基因敲除小鼠表现出与WT小鼠相反的顺序偏好行为。这表明缺乏d-丝氨酸的小鼠能够区分和记忆事件的时间顺序，但它们的记忆表达受损。有趣的是，SRR基因敲除小鼠的内侧前额叶皮层顶端树突分支、长度和脊柱密度减少，这表明海马-内侧前额叶皮层回路可能受到破坏，这可能使缺乏d-丝氨酸的小鼠倾向于更近期的记忆事件。相反，SRR敲除小鼠和WT小鼠在物体识别和位移任务中没有发现差异，这两项任务分别评估对新物体和熟悉物体的偏好，以及对搬迁物体和静止物体的偏好(DeVito et al. 2011)。这一发现意味着d-丝氨酸参与了认知的特定方面，如事件顺序的表征，但不是学习和记忆的所有方面(DeVito et al. 2011)。这一发现在另一项使用生殖系SRR敲除小鼠的研究中的物体识别测试中得到了重复;然而，他们发现突变小鼠在测试的获取阶段花了更多的时间来研究两个相同的物体(Matveeva et al. 2019)。这表明，尽管具有完整的长期物体识别记忆，d-丝氨酸可能会影响学习过程，因为SRR基因敲除小鼠可能需要更多的时间来建立对这些物体的稳定记忆。在另一个采用n -亚硝基-n -乙基尿素(ENU)诱变的模型中，将点突变引入基因组，导致缺乏SRR活性的SRRY269*突变小鼠在物体识别方面也没有缺陷(Labrie et al. 2009a, b)。与SRR敲除小鼠相似，SRRY269*突变体在新物体测试中没有表现出受损的表现(Labrie et al. 2009a, b)。SRRY269*小鼠在物体位移任务中存在明显缺陷，可以通过皮下注射d-丝氨酸(600 mg/kg)来挽救(Labrie等人，2009a, b)。值得注意的是，很难确定这种诱变方法是否仅针对SRR，因为其他基因可能会受到影响。此外，与仅使用男性的SRR敲除研究相比，SRRY269*突变研究使用了男性和女性数据，这可能有助于在物体位移测试中观察到组间的一些差异。Morris水迷宫(Morris water maze)是一项空间学习任务，在该任务中，定位隐藏的水下平台的潜伏期被测量;这种缺陷同样可以通过外源性d-丝氨酸管理来弥补(Labrie等人，2009a, b)。与物体识别不同，物体位移任务评估空间记忆(Denninger等人，2018)。这可以解释为什么在Morris水迷宫实验中观察到类似的缺陷，并暗示d-丝氨酸在空间学习和记忆中起着关键作用，这主要依赖于海马体。在另一项使用种系SRR基因敲除小鼠的研究中，在Morris水迷宫中，在雄性中观察到类似的缺陷，而在雌性中没有(Basu et al. 2009)。由于雌性啮齿动物已被证明在空间学习任务中参与纹状体(Yagi和Galea 2019)，这进一步表明d-丝氨酸在海马依赖的学习和记忆中具有优先作用。此外，d-丝氨酸还与其他海马体依赖性学习和记忆测试有关，因为SRR基因敲除小鼠在微量条件反射测试中显示情境恐惧记忆下降(Basu et al. 2016)。为了支持这些发现，我们已经证明神经元SRR是海马长期增强(LTP)所必需的，LTP是学习和记忆的基础过程(Perez et al. 2017)。然而，在脑外伤的控制皮质冲击(CCI)小鼠模型中，星形胶质细胞和小胶质细胞上调d-丝氨酸的产生和释放，导致脑外伤后的认知障碍。阻断神经胶质d-丝氨酸的合成可拯救CCI后海马突触、LTP和情境恐惧记忆(Perez et al. 2017;Tapanes et al. 2022)。此外，神经胶质d-丝氨酸转运体Slc1a4和Slc7a10的药物阻断或基因消融同样可以防止cci诱导的学习和记忆障碍，这说明了研究d-丝氨酸对认知的细胞特异性作用的重要性(Tapanes et al. 2022)。

　　在衰老、应激和NMDAR拮抗剂治疗模型中给予d-丝氨酸可挽救各种学习任务中的记忆障碍，包括Morris水迷宫(表1)。在测量认知灵活性表现的逆转学习注意测试中，通过饮用水(300 mg/kg/天)补充d-丝氨酸使中年(18-20个月)和老年(22-24个月)大鼠的认知灵活性下降正常化(Nava-Gomez等，2022a)。此外，在物体识别测试中，d-丝氨酸可以防止成年小鼠记忆巩固中的急性应激性损伤(Guercio et al. 2014)。在使用a - β1 - 42注射的AD小鼠模型中，d -丝氨酸可以挽救Morris水迷宫中的空间记忆损伤，并改善被动回避学习任务中的联想记忆缺陷，该任务测量进入先前与负刺激(即足震)相匹配的隔室的潜伏期(Nikseresht et al. 2021)。这一机制可能是通过d-丝氨酸在NMDARs中的活性来实现的，因为NMDAR拮抗剂MK-801在被动回避任务中诱导了大鼠的记忆损伤，而d-丝氨酸(640 mg/kg)可以逆转这种损伤(Nagy等人，2021)。

　　在一项使用足部电击作为负刺激的抑制性回避任务中，在消退训练前一小时腹腔注射d-丝氨酸(800 mg/kg)加速了恐惧记忆的消退(Bai et al. 2014)。而在检索训练前10分钟给予d-丝氨酸(2.7 g/kg)，可挽救SRR敲除小鼠的灭绝回忆记忆缺陷(Inoue等人，2018)(表1)。在具有功能低下的Dao1(G181R)突变的小鼠中，情境恐惧记忆的消失也得到了促进，其中DAAO(降解d-丝氨酸的酶)的活性被抑制，导致d-丝氨酸水平升高(Labrie等人，2009a, b)。SRR基因敲除小鼠的痕量恐惧条件反射损伤可通过d-丝氨酸(300 mg/kg)系统治疗恢复，而SRR和d-丝氨酸受小鼠杏仁核恐惧条件反射和消退的动态调节(Balu et al. 2013, 2018;Heresco-Levy et al. 2009;Walker et al. 2002;Wolosker & Balu 2020)(表1)。总之，这些研究强调了SRR和d-丝氨酸在认知的各个方面的关键作用，其中d-丝氨酸水平降低会导致海马依赖性学习和记忆的损伤。

　　研究表明，服用d-丝氨酸对人类的认知有好处;然而，这些研究变得更加复杂，因为它们是抗精神病药物的附加治疗。较低的血清d-丝氨酸水平和d-丝氨酸/总丝氨酸比率与执行功能任务表现不佳相关，如Rey-Osterrieth复杂图形、Trail Making和Wisconsin Card Sorting测试(Hons et al. 2021)。此外，Hons及其同事总结的研究表明，在持续的抗精神病或认知再训练(CRT)治疗中添加d-丝氨酸(30-120 mg/kg)可以改善精神分裂症患者在各种任务(即威斯康星卡片分类测试(WCST)，改善精神分裂症认知的测量和治疗研究(矩阵)领域，霍普金斯语言学习测试修订(HVLT-R)， WAIS-III逻辑记忆，伦敦塔(TOL)执行功能任务，(Hons et al. 2021)(表1)。相反，在为期16周的试验中，d-丝氨酸(2g /天)作为抗精神病药物的附加治疗，在matrix认知评分方面没有显着改善(Weiser et al. 2012)。在对照试验中，全身给予d-环丝氨酸，一种NMDAR GMS的部分激动剂，它可以增加脑d-丝氨酸的细胞外水平，减轻恐高症(恐高症)的症状(Ressler等人，2004)，d-丝氨酸治疗减轻创伤后应激障碍(PTSD)患者的症状(Heresco-Levy等人，2009)。此外，PTSD个体在服用d-环丝氨酸后表现出明显增强的恐惧消退，通过皮肤电导反应测量，并有消退保留增加的趋势。(Inslicht et al. 2022)(表1)。然而，重要的是要注意，许多临床研究的样本量很小，并且主要包括精神分裂症、创伤后应激障碍或痴呆症患者;为了充分了解d-丝氨酸在认知中的作用，需要更多的大规模研究，包括其他认知能力下降的疾病。

　　d-丝氨酸在社会功能中起着至关重要的作用，其失调与抑郁症和精神分裂症等神经精神疾病有关(Cho et al. 2016;de Bartolomeis et al. 2022;MacKay et al. 2019;Pei et al. 2021)。

　　抑郁症和精神分裂症的啮齿动物模型通常依靠三室社交能力测试来评估社会互动的动机(Nadler et al. 2004)。在这个范例中，动物被允许自由地探索一个有三个隔间的竞技场。测试的第一阶段测量社交性，其中一个房间里有一只啮齿动物，另一个房间里有一个新物体。在每个房间里花费的时间都被记录下来，在那里，社交能力强的啮齿动物会花更多的时间和其他动物在一起，而不是和一个物体在一起。在第二阶段的测试中，实验对象被替换为一个新的动物，实验对象与原来的(现在熟悉的)动物和新动物待在一起的时间被评估，以评估他们对社会新颖性的偏好(Crawley 2004;Kaidanovich-Beilin et al. 2011;Nadler et al. 2004)。Matveeva及其同事发现，虽然测试的社交阶段没有差异，但与WT小鼠相比，种系SRR基因敲除小鼠花了更多时间研究熟悉的小鼠和新的小鼠，这意味着d-丝氨酸的减少会损害对社交新颖性的偏好(Matveeva等人，2019)。Aguilar及其同事最近的一项研究发现了类似的结果，因为WT和SRR基因敲除小鼠都更喜欢探索新小鼠而不是新物体(Aguilar et al. 2021)。然而，在社会新颖性阶段，WT小鼠与新小鼠一起进入房间的时间比例和次数明显高于与熟悉的小鼠。有趣的是，脑电图记录显示，SRR基因敲除小鼠在研究新小鼠开始时，额叶皮层的低伽马功率降低，同时在任务过程中，背景伽马增强。由于精神分裂症患者额叶皮质伽马能量受损，可能是由于gaba能中间神经元功能障碍和皮质去抑制，本研究证明了d-丝氨酸、社会行为和精神分裂症样表型之间的联系(Aguilar et al. 2021)。

　　Labrie及其同事没有进行基因敲除，而是采用ENU诱变将自发性点突变引入Srr基因组(Labrie等人，2009a, b)(表2)。他们观察到Srr mRNA减少了约50%，导致显著的蛋白质损失，并且整个大脑内没有产生d-丝氨酸。与SRR基因敲除小鼠相反，SRRY269*小鼠在三室相互作用测试的社交性阶段表现出缺陷，但在社交新颖性阶段没有表现出缺陷，因为它们花更多的时间探索物体而不是新动物。这种差异可能是由于使用了不同的SRR诱变模型，其中ENU诱变比直接基因敲除具有更大的脱靶效应。即便如此，这些研究共同强调了SRR和d-丝氨酸合成在社会互动中的重要作用。进一步支持这一观点的是，给d-丝氨酸足以恢复SRRY269*小鼠的社会行为(Labrie et al. 2009a, b)(表2)。只有一项研究发现，敲除SRR对三室相互作用试验没有影响(DeVito et al. 2011);然而，这可能是由于使用同窝同伴作为刺激小鼠，从而掩盖了与陌生小鼠在社交方面的任何潜在缺陷，正如其他研究中使用的那样。

　　除了直接操纵SRR外，d-丝氨酸水平也受氨基酸转运蛋白的控制。Wang及其同事使用慢性社会失败应激(CSDS)来评估丙氨酸-丝氨酸-半胱氨酸转运蛋白2 (ASCT2/Slc1a5)是否参与抑郁样行为(Wang et al. 2017)。CSDS后10天，将小鼠放在一个开放的场地中，中间有一个笼子，笼子里有一只攻击性小鼠，并记录小鼠在周围“互动区”的时间，以评估社会互动;结果发现，与对照组相比，应激小鼠在互动区的时间更短。高效液相色谱法(HPLC)显示，CSDS小鼠海马中d-丝氨酸含量降低，而双侧海马注射d-丝氨酸有助于社会互动。此外，CSDS后ASCT2乙酰化增强，与主要在海马CA1和CA3区域的mRNA和蛋白表达增加相对应。通过双侧向海马中注射shRNA降低ASCT2表达，增加d-丝氨酸水平，恢复社会互动。这表明，虽然ASCT2可以进行d-丝氨酸的双向转运，但它可能通过增强摄取来负调控CSDS后海马中d-丝氨酸的水平，从而导致该模型中的社交障碍。未来研究探索其他在前脑中表达更丰富的氨基酸转运蛋白的作用，如Slc1a4和Slc7a10 (Tapanes et al. 2022)，将对进一步阐明d -丝氨酸释放对社会行为的影响至关重要。

　　许多研究表明，NMDAR神经传递影响社会行为(参见Zoicas和Kornhuber 2019)，其中d-丝氨酸起着重要的调节作用。Grin1D481N突变小鼠，NMDAR活性降低，表现出精神分裂症样症状，包括三室社会互动测试的两个阶段的损伤。然而，在DaaoG181R和Grin1D481N双突变的小鼠中，这种缺陷被挽救了，这表明增强的d-丝氨酸可以挽救NMDAR功能减退(Labrie et al. 2010)。值得注意的是，在该模型中，Grin1D481N突变小鼠在GMS处的亲和力降低了五倍;然而，在另一种NMDAR功能障碍模型中，gr1亚型小鼠NR1亚基表达减少90-95% (Mohn et al. 1999)，由于GMS结合位点缺失，表现出无法通过d-丝氨酸修复的社交能力缺陷(Hanks et al. 2013a, b)。此外，Balb/c小鼠品系相对于各种品系(C57BL/6, AKR, DBA/2, Swiss-Webster (Billingslea et al. 2003;Burket et al. 2013;Deutsch et al. 1998, 1997))和社交能力下降，可以通过急性注射d-丝氨酸来挽救(Jacome et al. 2011)。d-环丝氨酸，一种d-丝氨酸类似物，已被证明可以通过恢复NMDAR信号通路来改善各种ASD模型中的社会行为(Won et al. 2012;Wu et al. 2018)。最近，研究人员发现，将d-环丝氨酸系统或定向输注到前额叶皮层，可以恢复成年神经素3 R451C敲入小鼠(ASD模型)对社会新鲜事物的偏好。值得注意的是，在观察到NMDAR功能低下的青春期(P31-45)腹腔注射d-环丝氨酸两周，同样可以恢复成年小鼠的社会新奇偏好(Cao et al. 2022)，这表明d-环丝氨酸可以长期治疗社会行为。此外，产前发育期间的母体感染与成年后精神分裂症的发展有关(Nagai et al. 2012)。多核糖素-多核糖素二酸(polyI:C)是双链mRNA的合成类似物，用于研究d-丝氨酸和NMDARs对产前免疫攻击后精神分裂症样行为的影响(Nagai et al. 2012)。在10周龄时，雄性老鼠被单独饲养两天，然后当一只入侵老鼠被引入它们的家笼子时，评估它们的社会互动。PolyI: c处理小鼠的相互作用时间明显少于盐水处理小鼠，在行为测试前30分钟单次注射d-丝氨酸即可恢复。d-丝氨酸给药对对照组小鼠无显著影响，l-丝氨酸给药对polyI:C和盐水处理小鼠均无影响。在给予d-丝氨酸之前用MK-801预处理降低了d-丝氨酸对社会交往时间的影响，这表明产前多i:C治疗干扰了nmdar依赖性信号通路的发展。总之，这些研究说明了d-丝氨酸在啮齿动物社会行为中的关键作用，其中d-丝氨酸水平的降低可能通过下游NMDARs的活性降低导致社会互动的缺陷。

　　重度抑郁症(MDD)患者脑脊液中d-丝氨酸水平与疾病严重程度呈负相关(Ishiwata等人，2018)，精神分裂症患者血清中d-丝氨酸和脑脊液水平均降低(Bendikov等人，2007;Hashimoto et al. 2005,2003;Ohnuma et al. 2008)。此外，对精神分裂症患者的死后研究发现，脑组织中DAAO增加(Madeira et al. 2008)， SRR减少(Labrie et al. 2009a, b)。一些临床试验已经调查了D -丝氨酸单独或与抗精神病药物联合给药对精神分裂症的影响(D'Souza et al. 2013;Ermilov et al. 2013;Heresco-Levy et al. 2015, 2005;Kantrowitz et al. 2016, 2018, 2010;Lane et al. 2005,2010;Tsai et al. 1998,1999;Weiser et al. 2012)，最近在de Bartolomeis et al.(2022)中进行了综述。虽然没有提供具体措施变化的细分，但一些研究报告称，在典型的抗精神病药物治疗中添加d-丝氨酸可改善精神分裂症的阴性症状(Ermilov et al. 2013;Heresco-Levy等人，2005;Kantrowitz et al. 2010;Tsai et al. 1998)，其中包括社会退缩和回避的评估。在精神分裂症高危人群中，单独口服d-丝氨酸可显著改善阴性症状(Kantrowitz et al. 2015)。有趣的是，在氯氮平(部分NMDAR激动剂)(Tsai et al. 1999)或非典型抗精神病药物(Lane et al. 2010)中添加d-丝氨酸并没有改善阴性症状，这表明d-丝氨酸的有效性取决于联合给药治疗的作用机制。此外，由于精神分裂症的负性情感症状与重度抑郁症高度共病，临床发现促使人们研究d-丝氨酸在抗抑郁作用中的作用(MacKay et al. 2019)。此外，临床试验已经确立了d-环丝氨酸在治疗重度抑郁症(Henter et al. 2021)和社交焦虑症(Smits et al. 2020a, b)中的积极作用，提示需要进一步研究d-丝氨酸的治疗潜力。

　　在果蝇和啮齿动物中，d-丝氨酸通过影响d-丝氨酸水平的突变和NMDAR拮抗剂的使用，被证明对睡眠调节很重要。果蝇的睡眠是通过持续时间、强度、睡眠潜伏期、睡眠剥夺后的恢复和觉醒水平来描述的(Dai et al. 2019)。果蝇活动监测系统(DAMS)通过使用红外光束检测和量化苍蝇的运动来测量睡眠;如果光束在五分钟或更长时间内没有断裂，苍蝇的活动就被算作睡眠(Beckwith and French 2019;Nakagawa et al. 2022)。这种方法可以量化苍蝇睡眠的频率和持续时间，也可以量化苍蝇睡眠和醒来的频率。在啮齿类动物中，脑电图(EEG)和肌电图(EMG)读数的协调变化模式可用于测量睡眠(Naylor et al. 2011)，因为脑电图信号反映了大脑的电活动并提供了有关神经元活动水平的信息。高频脑电图活动(> 12 Hz)通常与清醒有关，而低频活动(< 5 Hz)通常在睡眠期间出现。另一方面，肌电图测量肌肉的电活动，其中低肌电图信号可能表明睡眠，而高振幅肌电图信号可能表明活跃运动(Naylor et al. 2011)。脑电图和肌电图记录也可以用来区分非快速眼动(NREM)和快速眼动(REM)睡眠。非快速眼动睡眠的特点是体温、心率、呼吸、脑电图和肌电图活动下降。相比之下，快速眼动睡眠的特点是体温、心率、呼吸、脑电图和肌电图活动增加(Mondino et al. 2021)。在人类中，除了电生理数据外，自我报告也可以使用。例如，睡眠日记可用于建立基线睡眠模式(Dutcher et al. 2021)，问卷调查可用于解释包括睡眠持续时间、潜伏期、效率和睡眠障碍在内的细节，以及使用睡眠药物和日间功能障碍来评估整体睡眠质量(Buysse et al. 1989)。

　　d-丝氨酸与转基因模型的睡眠调节有关，其中发现SRR基因敲除果蝇的夜间睡眠时间显着减少，睡眠潜伏期增加，唤醒率升高，这些可以通过外源性d-丝氨酸管理来挽救(Dai等人，2019)(表3)。导致睡眠时间缩短，这可以通过补充l-丝氨酸或d-丝氨酸来逆转(Dai et al. 2019)。相反，daao亚形态突变果蝇的睡眠时间增加，这减少了d-丝氨酸的分解代谢，支持d-丝氨酸在促进睡眠中的作用(Nakagawa et al. 2022)。通过喂食给药d-丝氨酸以剂量依赖的方式增加了WT蝇的睡眠时间(Nakagawa et al. 2022)。有趣的是，星形胶质细胞样胶质细胞而非神经元显示睡眠-觉醒次数增加，但睡眠持续时间没有变化(Nakagawa et al. 2022)。然而，d-丝氨酸未能恢复nmdr1超态突变体(Nakagawa et al. 2022)和nmdr1敲除果蝇(Dai et al. 2019)减少的睡眠时间，这表明d-丝氨酸通过NDMAR信号调节和促进果蝇的睡眠。

　　有趣的是，最近的一项研究表明，通过将srr特异性重新引入肠上皮细胞，可以挽救srr突变体夜间睡眠时间的变化(Dai et al. 2019)。这一结果表明肠道d-丝氨酸信号在睡眠的稳态调节中很重要，这表明肠道在睡眠调节中发挥了新的作用(Dai et al. 2019)。

　　与果蝇类似，d-丝氨酸减少了酒精在啮齿动物中引起的镇静反应(Lockridge等人，2012)，一项研究表明，d-丝氨酸水平在清醒和睡眠期间振荡(Papouin等人，2017)。在白天不同时间死亡的小鼠海马中nmdar介导的场兴奋性突触后电位的细胞外记录显示，nmdar在暗期(活动)结束时饱和d-丝氨酸，在光期(睡眠)阶段迅速下降到不饱和水平，并在整个暗期逐渐增加(Papouin等人，2017)(表3)。然而，在另一项使用SRR敲除小鼠的研究中，与WT小鼠相比，SRR基因敲除的每次睡眠/清醒清醒状态的时间百分比、平均回合长度或平均回合频率没有显著变化(Aguilar et al. 2021)(表3)。此外，SRR基因敲除小鼠的睡眠纺锤波特征(即纺锤波密度、振幅、中位数和平均持续时间、中位数频率)，即非快速眼动睡眠的脑电图表现，也没有变化(Aguilar et al. 2021)(表3)。这可能是由于研究是在单独饲养的老鼠身上进行的，同时拴着脑电图记录，这可能会影响老鼠的自然睡眠模式。为了解决这种可能性，使用无线遥测发射器对d-丝氨酸的影响进行更多的研究将是很重要的，无线遥测发射器可以连续测量自由移动的啮齿动物的脑电图、肌电图、运动活动和皮下温度(Missig et al. 2018)。此外，使用条件SRR敲除小鼠的未来研究将是至关重要的，因为种系敲除小鼠在发育过程中可能具有补偿机制，掩盖了d-丝氨酸在成年睡眠模式中的作用。

　　在一项对51名健康参与者的研究中，175毫克剂量的d-环丝氨酸增加了睡眠对记忆保持的影响。具体来说，研究发现，睡眠后学习新单词的效果比清醒时更好(Alizadeh Asfestani等人，2018)，这表明d-环丝氨酸可以提高睡眠能力，帮助记忆新信息(表3)。在患有社交焦虑症(SAD)的个体中，d-环丝氨酸(50毫克)确实增强了暴露疗法对睡眠质量的影响。值得注意的是，该研究没有检查d-环丝氨酸对睡眠的直接影响，睡眠(质量和时间)数据是自我报告的。(Dutcher et al. 2021)(表3)。

　　模型系统是开发针对社交和认知的新药物治疗的重要工具，尽管在翻译高阶认知过程中存在挑战。虽然没有疾病模型可以完全反映人类的行为，但它可以有效地再现潜在的分子和细胞病理。这篇综述总结了d-丝氨酸对不同物种的认知、社会互动和睡眠的影响(图1)。在果蝇和啮齿动物中，d-丝氨酸在挽救SRR基因敲除和环境因素引起的学习和记忆障碍方面显示出了令人鼓舞的结果。在人类中，在精神分裂症的抗精神病治疗中补充d-丝氨酸可以增强认知灵活性。此外，d-丝氨酸或d-环丝氨酸增强了创伤后应激障碍小鼠和人类的恐惧消退。在小鼠中，d-丝氨酸在学习和记忆中具有时间依赖性作用，如在即时、延迟或检索后消失中的不同效果所示(Inoue et al. 2018);因此，在未来的临床试验中考虑d-丝氨酸给药的时机是很重要的。

　　总结显示d-丝氨酸和d-环丝氨酸对认知、睡眠和社会行为的影响。图像是在Biorender中创建的

　　尽管对社交能力缺陷的检测(Labrie et al. 2009a, b)与对社交新颖性的偏好(Aguilar et al. 2021;Matveeva et al. 2019)， d-丝氨酸对社会行为的影响在啮齿类动物研究中基本一致。值得注意的是，系统给药d-丝氨酸足以挽救各种模型中的社交障碍，包括SRR ENU突变(Labrie等人，2009a, b)、CSDS (Wang等人，2017)、Balb/c小鼠(Jacome等人，2011)和PolyI: c注射(Nagai等人，2012)，这意味着d-丝氨酸可能是社交退缩和回避的治疗方法。在人类中，几乎没有临床试验直接评估d-丝氨酸对社会行为的影响。然而，初步研究表明，d-环丝氨酸能够改善社交焦虑的症状，这表明d-丝氨酸在社交行为中的作用有待进一步探索。虽然d-丝氨酸被发现可以调节果蝇的睡眠，但还需要对啮齿动物进行进一步的研究，使用无线遥测发射器，可以连续测量脑电图、肌电图、运动活动和皮下温度，以与人类数据进行比较(Missig et al. 2018)。此外，更多测量睡眠和清醒期间d-丝氨酸绝对水平的体内研究将是至关重要的。在人类中，研究表明d-环丝氨酸对睡眠诱导的记忆保持有有益作用，这表明它可能直接在睡眠中起作用，因为快速眼动睡眠对记忆巩固至关重要。

　　许多研究的一个共同局限性是，没有评估NMDAR功能，以确定d-丝氨酸对行为的影响是否与NMDAR信号传导直接相关。然而，各种研究表明，SRR基因敲除小鼠海马和齿状回中NMDAR电流和NMDAR诱导的兴奋性突触后电位(epsp)减少(Balu et al. 2013, 2016;Basu et al. 2009;Benneyworth et al. 2012;Dallerac et al. 2021;Perez et al. 2017)。此外，突触后SRR的缺失调节nmdar依赖的突触可塑性(Wong et al. 2020)，神经元特异性SRR敲除可减少na?ve海马中的LTP，而星形胶质细胞SRR敲除可防止tbi诱导的海马LTP缺陷(Perez et al. 2017)。这些发现证明了d-丝氨酸在NMDAR功能中的关键作用，表明d-丝氨酸对行为的影响可能是通过下游信号传导。这种可能性得到了以下事实的支持:d-丝氨酸对PolyI:C处理小鼠的社会互动的改善作用被NMDAR拮抗剂MK-801预处理所拮抗(Nagai et al. 2012)。此外，DaaoG181R和Grin1D481N双突变体中d-丝氨酸分解代谢的减少相对于Grin1D481N突变体挽救了社会行为。采用各种ASD模型的研究表明，d-环丝氨酸给药对社会行为的影响与NMDAR信号传导之间存在直接联系，表明d-丝氨酸的机制类似(Cao et al. 2022;Won et al. 2012;Wu et al. 2018)。此外，在睡眠研究中，d-丝氨酸增加了WT果蝇的睡眠时间，但并没有挽救nmdar1基因敲除果蝇(Dai et al. 2019)和NR1半形态突变果蝇(Nakagawa et al. 2022)的睡眠减少。总之，这些发现证明了d-丝氨酸、行为和NMDAR活性之间的关系，值得进一步研究以排除NMDAR独立机制的作用。