發(fā)布時間：2016-01-26
2016年1月26日，《自然》期刊在線發(fā)表了題為《MECP2轉(zhuǎn)基因猴的類自閉癥行為表征與種系傳遞》的研究論文，該研究由中科院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所仇子龍研究組與神經(jīng)所蘇州非人靈長類研究平臺孫強團(tuán)隊合作完成。該研究通過構(gòu)建攜帶人類自閉癥基因MECP2的轉(zhuǎn)基因猴模型及對MECP2轉(zhuǎn)基因猴進(jìn)行分子遺傳學(xué)與行為學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)MECP2轉(zhuǎn)基因猴表現(xiàn)出類人類自閉癥的刻板行為與社交障礙等行為。此研究首次建立了攜帶人類自閉癥基因的非人靈長類動物模型，為深入研究自閉癥的病理與探索可能的治療干預(yù)方法提供了重要基礎(chǔ)。
自閉癥—也稱孤獨癥—是一類多發(fā)于青少年的發(fā)育性神經(jīng)精神疾病，患者多會表現(xiàn)出社交障礙、重復(fù)性刻板動作和焦慮抑郁等行為及情緒的異常，目前沒有有效的藥物治療方法。近年來世界各國均發(fā)現(xiàn)自閉癥的患病率逐年升高，引起社會各界廣泛關(guān)注。關(guān)于自閉癥的基礎(chǔ)與臨床研究以及自閉癥動物模型的研究已成為目前醫(yī)學(xué)與神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱點之一。
在與自閉癥相關(guān)的眾多基因中，甲基化CpG島結(jié)合蛋白2（MECP2）基因因其獨特性引起了研究者們的廣泛關(guān)注。已有的研究顯示，MECP2基因功能的缺失會導(dǎo)致瑞特綜合癥，該癥發(fā)于女童，患者表現(xiàn)出類自閉癥的行為特征；而當(dāng)含有MECP2基因的染色體區(qū)段發(fā)生拷貝數(shù)倍增時，則會導(dǎo)致MECP2倍增綜合癥，患者表現(xiàn)出嚴(yán)重自閉癥癥狀。之前研究者已構(gòu)建了MECP2過表達(dá)的小鼠，作為研究自閉癥的動物模型。但對于自閉癥這樣復(fù)雜的人類神經(jīng)精神疾病，是否可以在盡可能接近人類的動物中構(gòu)建疾病模型，以觀察研究類人類自閉癥的行為特征是該研究領(lǐng)域急需解決的問題。
為了在非人靈長類—食蟹猴—中構(gòu)建攜帶人類MECP2的轉(zhuǎn)基因猴模型，仇子龍研究組和蘇州非人靈長類研究平臺孫強團(tuán)隊通過基于慢病毒侵染的轉(zhuǎn)基因方法（圖A），得到了在神經(jīng)系統(tǒng)中特異性過表達(dá)人類MECP2的食蟹猴（圖B）。通過序列捕捉、深度測序及分析定位，發(fā)現(xiàn)外源的人類MECP2基因有效的插入了食蟹猴的基因組中（圖C），且免疫印跡及免疫組織化學(xué)染色的證據(jù)顯示人類MECP2轉(zhuǎn)基因能夠在食蟹猴神經(jīng)系統(tǒng)中特異性的表達(dá)。
為了進(jìn)一步研究MECP2轉(zhuǎn)基因食蟹猴的行為特征，團(tuán)隊成員對轉(zhuǎn)基因猴進(jìn)行了體征記錄以及多項行為學(xué)測試。通過與野生型對照組的對比，發(fā)現(xiàn)MECP2轉(zhuǎn)基因食蟹猴展現(xiàn)出體重發(fā)育的遲緩以及脂肪酸代謝的異常；在行動路線的追蹤中，轉(zhuǎn)基因組相較于對照組，會明顯花費更多的時間在重復(fù)的行動路線上（圖D）；在焦慮應(yīng)激的實驗中，轉(zhuǎn)基因組對比對照組也表現(xiàn)出明顯的焦慮與警惕。最重要的是：在社交相關(guān)的行為學(xué)實驗中，包括社群中（圖E）和配對的社交時間分析，轉(zhuǎn)基因猴的社交時間均顯著低于對照組（圖F）。而在與學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的威斯康星測試中，轉(zhuǎn)基因組雖然沒有顯示出學(xué)習(xí)能力的異常，但表現(xiàn)出重復(fù)性的刻板行為。這些結(jié)果與MECP2倍增綜合癥患者的臨床表型非常相似。
在蘇州非人靈長類研究平臺孫強團(tuán)隊的努力下，通過精巢異體移植的方法，成功的得到了攜帶人類MECP2基因的第二代轉(zhuǎn)基因猴（F1）（圖G）。深度測序結(jié)果顯示外源的MECP2基因插入位點通過種系傳遞作用從親代猴遺傳至子代猴的基因組中，并顯示出孟德爾式遺傳分離的現(xiàn)象。對子代轉(zhuǎn)基因食蟹猴進(jìn)行的配對社交時間分析結(jié)果也顯示轉(zhuǎn)基因猴相較于對照組社交時間明顯下降（圖H），說明自閉癥作為一種遺傳性疾病，在轉(zhuǎn)基因猴模型中得到了很好的體現(xiàn)。
此工作成功的建立了在神經(jīng)系統(tǒng)中特異性表達(dá)人類自閉癥基因MECP2的轉(zhuǎn)基因食蟹猴模型，該模型在行動方式、焦慮響應(yīng)及社交行為等方面都表現(xiàn)出了類人類自閉癥的表型。此研究還通過精巢異體移植的方法得到了攜帶人類自閉癥基因的子代轉(zhuǎn)基因猴，且發(fā)現(xiàn)其在社交行為方面表現(xiàn)出了與親代相同的類自閉癥表型。此工作建立的MECP2轉(zhuǎn)基因食蟹猴作為MECP2倍增綜合癥的非人靈長類模型，為更深入的研究自閉癥的病理及探索治療干預(yù)方法奠定了堅實的基礎(chǔ)。
該項工作由博士研究生劉真與助理研究員李霄在仇子龍研究員與蘇州非人靈長類研究平臺主任孫強博士的指導(dǎo)下完成，課題組的其他成員積極參與，并得到了神經(jīng)所于翔、熊志奇、龔能研究員，復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院周文浩、徐秀教授，復(fù)旦大學(xué)生科院張鋒教授的大力協(xié)助，是眾多課題組通力合作的重要成果。本工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、科技部973項目、基金委重大研究計劃培育項目的資助。
圖注（A）人類MECP2外源轉(zhuǎn)基因載體。（B）第一代F0轉(zhuǎn)基因食蟹猴（懷中幼猴）。（C）F0代轉(zhuǎn)基因插入位點的全基因組分布。（D）F0轉(zhuǎn)基因食蟹猴運動模式的異常。（E）組群內(nèi)社交行為分析的實驗范式。（F）F0代在社交行為分析中的社交時間統(tǒng)計。（G）第二代F1轉(zhuǎn)基因食蟹猴。（H）F1代在社交行為分析中的社交時間統(tǒng)計結(jié)果。
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