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文獻(xiàn)精讀第47期

孤獨(dú)癥譜系障礙，也叫自閉癥譜系障礙（Autism spectrum disorder, ASD)，是一組以社交障礙為特征的神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病，其核心特征為溝通和社交障礙、重復(fù)或者受限的感覺運(yùn)動行為。除此之外，ASD患者還可能出現(xiàn)發(fā)育遲緩、智力障礙、焦慮、抑郁以及胃腸道和免疫疾病。據(jù)估計，ASD影響了1-2%的兒童，對全球構(gòu)成了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。ASD的病因十分復(fù)雜，遺傳、產(chǎn)前、圍產(chǎn)期以及環(huán)境等因素都有可能促進(jìn)了ASD的發(fā)生，其發(fā)病與突觸功能、催產(chǎn)素活性、免疫穩(wěn)態(tài)、染色質(zhì)修飾和線粒體功能等多個生物學(xué)途徑有關(guān)。復(fù)雜的病因?qū)е翧SD呈現(xiàn)出多變的臨床表型，作為一種高度異質(zhì)性的神經(jīng)發(fā)育障礙，ASD的治療發(fā)展極具挑戰(zhàn)性。因此，進(jìn)一步了解ASD的發(fā)病機(jī)制對于開發(fā)新的治療策略至關(guān)重要。

2023年1月2日，四川大學(xué)賈大/張小虎/莫顯明以及首都醫(yī)科大學(xué)李巍團(tuán)隊共同在Signal Transduction and Targeted Therapy期刊上發(fā)表題為“SCGN deficiency is a risk factor for autism spectrum disorder”的文章。在該研究中，作者通過對ASD原發(fā)病例進(jìn)行測序，檢測到SCGN (Secretagogin,促分泌素)可能是ASD的一個風(fēng)險基因。隨后利用斑馬魚和小鼠模型，作者證實了SCGN基因缺陷可通過擾亂炎癥反應(yīng)和大腦中的催產(chǎn)素信號而導(dǎo)致ASD行為。用抗炎藥物和催產(chǎn)素類似物進(jìn)行治療可以糾正SCGN缺失動物的ASD行為。該研究不僅發(fā)現(xiàn)了一個新的ASD風(fēng)險基因，并且提出了干預(yù)措施，在ASD的治療中具有潛在適用性。
 

據(jù)估計，74~93%的ASD風(fēng)險是可遺傳的，目前已發(fā)現(xiàn)的ASD風(fēng)險基因超過1000個，然而這些基因的病理機(jī)制仍未完全闡明。SCGN是一種突觸傳遞的調(diào)節(jié)因子，在體內(nèi)多個內(nèi)分泌器官中表達(dá)，包括胰腺、胃腸道、甲狀腺、腎上腺髓質(zhì)、腎上腺等。在人類大腦中，SCGN在海馬和小腦中高表達(dá)，能夠介導(dǎo)多種蛋白的分泌，如促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素等。SCGN的缺乏與多種疾病的發(fā)病機(jī)制相關(guān)，包括糖尿病、精神分裂癥和神經(jīng)病變等。然而，SCGN在神經(jīng)系統(tǒng)中的分子功能及其與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)系仍不清楚。

為了識別潛在的ASD風(fēng)險基因，作者對ASD原發(fā)病例及其父母進(jìn)行了全外顯子組測序。在168例原發(fā)病例中，有兩名男童被檢測到存在不同的SCGN雜合突變，盡管這兩名男童的母親同樣攜帶SCGN突變，但是并沒有明顯的ASD癥狀。因此，SCGN突變可能是主要影響男性的ASD危險因素。
 

圖1. ASD原發(fā)病例中檢測到的SCGN不同突變

為了確定SCGN在神經(jīng)元發(fā)育和社交行為中的作用，作者利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)分別構(gòu)建了SCGN缺陷的斑馬魚和小鼠模型。SCGN缺陷(包括scgn^+/−和scgn^−/−)能夠?qū)е掳唏R魚出現(xiàn)ASD樣行為，包括社交互動和社交新奇行為的損害。并且作者觀察到，SCGN缺陷損害了斑馬魚的大腦發(fā)育，導(dǎo)致斑馬魚胚胎小頭畸形和嚴(yán)重發(fā)育遲緩的比例升高、眼長和眼間距變小。通過對神經(jīng)元進(jìn)行標(biāo)記，作者還發(fā)現(xiàn)SCGN缺陷會導(dǎo)致斑馬魚胚胎早期大腦神經(jīng)元的比例顯著降低，尤其是在中腦中；進(jìn)一步的細(xì)胞增殖/凋亡實驗顯示，SCGN缺陷導(dǎo)致斑馬魚胚胎大腦細(xì)胞增殖水平顯著降低。
 

圖2. SCGN缺陷損害了斑馬魚的社交互動和社交新奇行為

為了確定SCGN缺陷如何導(dǎo)致ASD，作者對斑馬魚大腦和小鼠下丘腦的基因表達(dá)進(jìn)行了檢測分析，結(jié)果顯示，SCGN缺陷使得大腦中免疫調(diào)節(jié)信號更加富集，包括炎性和先天免疫反應(yīng)信號，并會破壞催產(chǎn)素信號傳導(dǎo)和神經(jīng)活性配體-受體相互作用通路。通過對原發(fā)病例血清進(jìn)行檢測，作者觀察到上述兩例SCGN突變病例血清中催產(chǎn)素的含量明顯低于正常水平，而其他未突變的ASD病例血清中催產(chǎn)素含量則并無明顯變化。這表明SCGN突變可能會對血清催產(chǎn)素水平產(chǎn)生負(fù)面影響，強(qiáng)調(diào)了獨(dú)特的途徑可以導(dǎo)致ASD，以及考慮對ASD進(jìn)行個性化治療的重要性。重要的是，作者在隨后利用催產(chǎn)素和抗炎藥物對斑馬魚和小鼠模型進(jìn)行治療后，動物身上由SCGN缺陷引起的ASD相關(guān)損害得到了明顯的緩解。
 

圖3.催產(chǎn)素治療明顯緩解了SCGN缺陷小鼠的ASD樣行為

綜上，該研究證明SCGN缺陷通過異常的炎癥反應(yīng)和失調(diào)的激素分泌導(dǎo)致了ASD癥狀，抗炎藥物和催產(chǎn)素類似物能夠糾正SCGN缺陷動物的ASD樣行為，提示催產(chǎn)素和抗炎癥藥物在SCGN缺乏個體中的潛在應(yīng)用，該研究將有助于開發(fā)個性化治療，并拓寬目前有限的ASD治療干預(yù)方案。
 

研究方法亮點

這項工作揭示了SCGN缺陷引發(fā)ASD癥狀的作用機(jī)制。研究用到了腦立體定位手術(shù)、行為學(xué)評估、免疫組化以及細(xì)胞分子檢測等實驗技術(shù)。瑞沃德深耕生命科學(xué)研究領(lǐng)域20年，一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務(wù)。在該研究中，研究人員采用了瑞沃德公司生產(chǎn)的腦立體定位注射系統(tǒng)，為實驗的順利開展提供了支持。此外，瑞沃德還可提供的該研究所涉及的行為學(xué)評估、免疫組化以及細(xì)胞分子檢測等實驗的完整解決方案。截至目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務(wù)覆蓋海內(nèi)外100多個國家和地區(qū)，客戶涵蓋全球700+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全球科研人員發(fā)表SCI文章14500+，獲得行業(yè)廣泛認(rèn)可。