發(fā)布時(shí)間：2019-07-03
在普羅大眾的印象中，自閉癥像是一種性格標(biāo)簽，可以不吝惜地貼在了那些不善社交、少與別人交流、性情內(nèi)向的人的身上。然而對(duì)于醫(yī)學(xué)和神經(jīng)科學(xué)相關(guān)的專業(yè)人士而言，自閉癥卻并不是一張“意如其名”的標(biāo)簽，能夠輕易貼出來(lái)。
自閉癥的首次臨床定義是在20世紀(jì)30-40年代由奧地利醫(yī)生H.Asperger 與美國(guó)醫(yī)生Kanner共同提出的，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域認(rèn)為自閉癥（autism）是一類廣泛性的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育性疾病，包括：瑞特綜合癥（Rett syndrome）、阿斯伯格綜合癥（Asperger syndrome）、童年瓦解性障礙等病癥。由于是發(fā)育性疾病，患者從嬰幼年便開始發(fā)病，主要的病因是會(huì)影響到大腦發(fā)育過(guò)程的一些基因發(fā)生了突變?；颊叩呐R床表現(xiàn)主要在：1如對(duì)父母不產(chǎn)生依戀，不能與同齡兒童建立伙伴關(guān)系等此類社會(huì)交往行為的障礙；2如無(wú)法用動(dòng)作表達(dá)自己意愿，語(yǔ)言運(yùn)用和理解能力缺失等此類交流性障礙；3如無(wú)法對(duì)玩具感興趣，重復(fù)蹦跳，重復(fù)機(jī)械性動(dòng)作等此類興趣缺失及重復(fù)刻板性行為，另有少量病患出現(xiàn)癲癇、智力低下、個(gè)體發(fā)育遲緩等較嚴(yán)重病癥。
近幾十年來(lái)，隨著生命科學(xué)的日新月異，對(duì)于自閉癥的研究和理解也越來(lái)越深入，從早期的臨床病理層面，逐步深入到細(xì)胞以及分子的病理層面，使得人們對(duì)于自閉癥的發(fā)生、病程進(jìn)展以及治療有了更全面和精細(xì)的了解。目前的研究結(jié)果顯示：自閉癥并不是神經(jīng)系統(tǒng)的嚴(yán)重的、明顯的損傷，而是與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過(guò)程以及功能具有相關(guān)性，其中最重要的則是與神經(jīng)突觸功能與調(diào)節(jié)息息相關(guān)。對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)而言，神經(jīng)元是此系統(tǒng)的核心，也是最基本的功能單位。神經(jīng)元彼此之間相互連接才能順暢地傳遞神經(jīng)信號(hào)，完成最基本的神經(jīng)功能。而神經(jīng)元彼此之間的連接樞紐則構(gòu)成了大腦行使高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)的基礎(chǔ)。神經(jīng)元間相互連接的界面被稱為神經(jīng)突觸，由此可以理解突觸對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)的重要性。有趣的是，神經(jīng)元間的連接并不是靜態(tài)的，而是一直處于動(dòng)態(tài)的變化當(dāng)中，舊的不需要的突觸消失，新的突觸又形成，在這個(gè)此消彼長(zhǎng)的過(guò)程中，消失與形成卻不是隨機(jī)而是處于精密的調(diào)控機(jī)制操縱之下的。那些與突觸這個(gè)微小卻又重要的結(jié)構(gòu)以及調(diào)控這個(gè)結(jié)構(gòu)消亡產(chǎn)生相關(guān)的生命源代碼——基因，毫無(wú)疑問(wèn)，也與自閉癥有著密切而重要的聯(lián)系。
在這些相關(guān)的基因中，一個(gè)名叫甲基化CpG島結(jié)合蛋白2（MeCP2）的基因，以其有趣的特征吸引了研究者們的注意。MeCP2基因編碼一種甲基化DNA結(jié)合蛋白，它本身雖然不直接參與到神經(jīng)突觸的結(jié)構(gòu)和功能中，但卻可以通過(guò)結(jié)合DNA的甲基化CpG島或是“招募”轉(zhuǎn)錄因子來(lái)操縱與神經(jīng)突觸功能及調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)，從而間接的對(duì)神經(jīng)功能造成影響。當(dāng)MeCP2基因因突變或者缺失喪失功能時(shí)，可導(dǎo)致Rett syndrome；而當(dāng)MeCP2的基因拷貝數(shù)異常增多時(shí)，卻又會(huì)導(dǎo)致患者具有嚴(yán)重自閉癥癥狀的疾病，被命名為MeCP2倍增綜合癥（MECP2 duplication syndrome）。由此可見，體內(nèi)MeCP2這個(gè)基因的表達(dá)量如同一座天平，必須保持著精妙的平衡，無(wú)論過(guò)多或者過(guò)少，都會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)突觸及神經(jīng)系統(tǒng)功能的異常，從而導(dǎo)致自閉癥。
然而，僅僅知道了遺傳背景和分子機(jī)制，對(duì)于治療自閉癥還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如何為發(fā)病過(guò)程提供一個(gè)觀察窗口以及為治療方案提供一個(gè)可供測(cè)試的動(dòng)物模型也是非常重要的，近年來(lái)基因編輯技術(shù)及模式動(dòng)物的發(fā)展對(duì)此提供了非常有利的條件?，F(xiàn)有的研究結(jié)果已經(jīng)報(bào)道了MeCP2基因敲除的小鼠模型，該模型的確展現(xiàn)出與Rett syndrome非常相似的表型，為Rett syndrome的觀察和治療提供了便利；同時(shí)，MeCP2轉(zhuǎn)基因的小鼠模型也同樣已得到建立，該模型也展現(xiàn)出明顯的社交功能障礙。但自閉癥畢竟涉及多種復(fù)雜的高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)，如果要為臨床研究與治療提供更為有力的支持，小鼠已顯得捉襟見肘，更高級(jí)的動(dòng)物模型和更復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)是非常必要的。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院上海神經(jīng)科學(xué)研究所的科學(xué)家們通過(guò)使用慢病毒載體侵染帶入外源基因的方法（圖4A），成功建立了在神經(jīng)系統(tǒng)中特異性過(guò)表達(dá)MeCP2基因的轉(zhuǎn)基因食蟹猴模型（圖4B）。通過(guò)分子生物學(xué)和生物化學(xué)方法的鑒定，外源的MeCP2基因有效地插入了食蟹猴的基因組之中（圖4C），并且能夠只在神經(jīng)系統(tǒng)中進(jìn)行表達(dá)。
圖4 （A）病毒載體中外源轉(zhuǎn)基因片段的設(shè)計(jì)方案。（B）在母親照看下的新生F0代轉(zhuǎn)基因食蟹猴。（C）深度測(cè)序得到的轉(zhuǎn)基因插入位點(diǎn)的全基因組Mapping。（D）行動(dòng)路線追蹤結(jié)果示意及重復(fù)路徑時(shí)間結(jié)果統(tǒng)計(jì)。（E）社群內(nèi)社交行為檢測(cè)的行為學(xué)范式。（F）F0代配對(duì)社交行為測(cè)試的結(jié)果。（G）新生的F1代轉(zhuǎn)基因食蟹猴。（H）F1代配對(duì)社交行為測(cè)試結(jié)果。
遺傳學(xué)層面的操作已經(jīng)成功，種子既已種下，會(huì)在食蟹猴這一非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的土壤中結(jié)出怎樣的果實(shí)呢？轉(zhuǎn)基因食蟹猴相對(duì)于野生型的對(duì)照食蟹猴又會(huì)展現(xiàn)出怎樣的不同呢？帶著這樣的疑問(wèn)，研究人員們對(duì)此模型進(jìn)行了長(zhǎng)期的體征觀察和大量的行為學(xué)測(cè)試。在體征觀察與記錄中，MeCP2轉(zhuǎn)基因食蟹猴表現(xiàn)出明顯的體重發(fā)育遲緩以及血漿中脂肪酸代謝的異常，這兩種表型也見于一些自閉癥患者的臨床表現(xiàn)的報(bào)道中。而在行為方面，對(duì)食蟹猴進(jìn)行行動(dòng)路線追蹤的結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因食蟹猴會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間在一種刻板的重復(fù)性路徑行進(jìn)上（圖4D）。而當(dāng)人為的給予轉(zhuǎn)基因食蟹猴威脅性刺激時(shí)，相對(duì)于野生型食蟹猴，該型食蟹猴會(huì)表現(xiàn)出更強(qiáng)烈的焦慮情緒與敵意。在最為重要的社交行為及能力方面，研究人員發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在社群內(nèi)的社交行為（圖4E）還是與另一只配對(duì)的社交行為，轉(zhuǎn)基因食蟹猴的社交頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果均顯著低于野生型對(duì)照（圖4F），該結(jié)果對(duì)于評(píng)估MeCP2轉(zhuǎn)基因食蟹猴的類自閉癥表型具有重要的意義。在此之后，研究人員又通過(guò)威斯康星認(rèn)知行為測(cè)試對(duì)轉(zhuǎn)基因食蟹猴的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行了評(píng)估，在該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，轉(zhuǎn)基因食蟹猴并沒有表現(xiàn)出明顯的學(xué)習(xí)障礙，但卻出現(xiàn)了被認(rèn)為是自閉癥表征的重復(fù)刻板行為。
在自閉癥中，遺傳是一項(xiàng)重要因素，為了深入研究此問(wèn)題，在研究人員的努力下，通過(guò)將轉(zhuǎn)基因食蟹猴的精巢組織移植至裸鼠皮下發(fā)育成熟，成功地在短期內(nèi)得到了原代轉(zhuǎn)基因食蟹猴（F0）的子代猴（F1）（圖4G），經(jīng)過(guò)遺傳學(xué)檢測(cè)，研究人員們發(fā)現(xiàn)，F0代轉(zhuǎn)基因食蟹猴基因組中的外源插入片段的位點(diǎn)，通過(guò)種系傳遞，遺傳至F1代子猴的基因組中，并且F1代子猴中位點(diǎn)的分布與F0代比較，呈現(xiàn)出典型的孟德爾分離現(xiàn)象。此結(jié)果顯示，F1子代猴從親代F0身上遺傳到了神經(jīng)系統(tǒng)中特異性過(guò)表達(dá)MeCP2的特性，并且針對(duì)于F1的配對(duì)社交行為檢測(cè)結(jié)果也顯示，轉(zhuǎn)基因食蟹猴相較于野生型對(duì)照也展現(xiàn)出社交行為頻率的顯著下降（圖4H），該表型與F0親代猴以及自閉癥患者的臨床表型是相似的。
在此項(xiàng)研究中，科學(xué)家成功建立了神經(jīng)系統(tǒng)特異性表達(dá)MeCP2的轉(zhuǎn)基因食蟹猴模型，且該轉(zhuǎn)基因可以通過(guò)種系傳遞向子代進(jìn)行遺傳。并且，在第一代與第二代轉(zhuǎn)基因猴中，MeCP2的異常表達(dá)都導(dǎo)致了轉(zhuǎn)基因食蟹猴出現(xiàn)明顯的類自閉癥行為，簡(jiǎn)而言之，使猴子患上了自閉癥。該項(xiàng)工作為觀察自閉癥的神經(jīng)科學(xué)機(jī)理研究提供了一扇重要的窗口，并為之后進(jìn)一步的研究自閉癥的干預(yù)方法提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，最終為自閉癥的臨床治療提供了良好的動(dòng)物模型和試驗(yàn)平臺(tái)。在接下來(lái)的工作中，研究者已經(jīng)開展了對(duì)患有自閉癥的MECP2轉(zhuǎn)基因猴進(jìn)行詳細(xì)的腦成像研究，以期待用基因編輯的工具對(duì)這些攜帶自閉癥基因的轉(zhuǎn)基因猴進(jìn)行基因治療，探索最終治愈自閉癥之路。
參考文獻(xiàn)
Liu, Z., Li, X., Zhang, J., Cai, Y., Cheng, T., Cheng, C., Wang, Y., Zhang, C., Nie, Y., Chen, Z., Bian, W., Zhang, L., Xiao, J., Lu, B., Zhang, Y., Zhang, X., Sang, X., Wu, J., Xu, X., Xiong, Z., Zhang, F., Yu, X., Gong, N., Zhou, W., Sun, Q.* & Qiu, Z.*（2016）Autism-like behaviours and germline transmission in transgenic monkeys overexpressing MeCP2. Nature 530:98-102
附件下載： 
