科學家揭示自閉癥致病的分子機理

　　2月7日，國際精神疾病研究期刊《分子精神病學》在線發表了題為《孤獨癥相關的Dyrk1a無義突變影響神經元樹突、樹突棘生長及皮層發育》的研究論文。該研究由哈佛大學波士頓兒童醫院、復旦大學教授吳柏林研究組與中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心仇子龍研究組合作完成。該研究首先在自閉癥病人中篩查到DYRK1A基因的9個錯義突變，其次通過構建突變型Dyrk1a并對其在細胞生長、皮層發育等過程中的功能作進一步研究，發現Dyrk1a在神經發育過程中扮演了重要角色，并且與自閉癥相關的兩個無義突變（R205X、E239X）導致了DYRK1A蛋白的功能缺失。此研究首次對DYRK1A這一重要自閉癥候選基因的相關突變進行神經發育相關的功能研究，為深入研究DYRK1A基因功能及探索自閉癥的致病分子細胞機理提供了重要基礎。

　　自閉癥是一種復雜的遺傳性癥候群和神經精神發育類疾病，多發于兒童早期，臨床診斷由三個典型特征所判定，分別是社交障礙、重復刻板行為以及語言溝通障礙。目前沒有有效的藥物治療方法。且近年來自閉癥的患病率逐漸升高，引起社會各界廣泛關注。關于自閉癥的基礎與臨床研究以及相關動物模型的研究已成為當前醫學與神經科學領域的熱點之一。

　　目前已有的研究認為，與該病發生相關的遺傳機制多元復雜，包括染色體異常、基因組上的大片段失衡或小片段拷貝數變異，以及單基因突變等。已報道有數百種基因可能與該病相關，但確認的僅數十種。其中位于第21號染色體上的DYRK1A基因即為近年來被識別的自閉癥候選基因之一。該基因被大家所熟知是由于其在唐氏綜合征中扮演了重要角色。之前的研究也多集中在該基因的三倍型與神經發育遲滯之間的關聯性。但近來的外顯子測序數據顯示，自閉癥病人也檢測到DYRK1A基因的突變，因此，該基因與自閉癥之間的相關程度如何，也成為了一個急需解答的科學問題。

　　為研究DYRK1A蛋白功能及自閉癥相關突變的意義，研究人員構建了該基因的野生型、Dyrk1a_shRNA及九個突變型Dyrk1a的質粒（圖a）。將其與對照組分別表達于小鼠皮層神經元細胞（圖b、圖c）、大鼠海馬神經元（圖d）以及在體的胚胎期皮層細胞（圖e、圖f）中，并觀測各類型細胞對應的生長發育狀態。

　　在培養的小鼠皮層神經元中，與對照組相比較，Dyrk1a野生型過表達的細胞表現出突起生長以及樹突棘發育明顯被抑制，同時，當本底DYRK1A被特異性敲減時也有類似被抑制表型的出現（圖b-d）。三個錯義突變型的表現與野生型相同。而兩個無義突變（R205X、E239X）的過表達并沒有改變神經元樹突生長及樹突棘發育，且與對照組表型類似（圖b-d）。此外，為進一步了解Dyrk1a在皮層發育過程中的作用，研究者將野生型及R205X突變型過表達于胚胎14.5時期的小鼠皮層，至出生時對皮層神經元遷移情況作觀察，發現野生型過表達會極大程度抑制神經元遷移，而R205X突變型則未影響該過程（圖e-f）。說明Dyrk1a在神經元突起生長、樹突棘發育以及皮層發育過程中起著重要作用，并且自閉癥相關的無義突變導致了DYRK1A蛋白的功能缺失。

　　此研究對自閉癥候選基因DYRK1A在神經發育過程中的功能進行研究，揭示該基因的精確劑量對于正常的神經發育極其重要。此外，還對在自閉癥患者中檢測的該基因相關突變進行了功能研究，發現兩個無義突變R205X、E239X影響了蛋白質功能，推測該突變可能與自閉癥的發生相關。此研究首次對Dyrk1a在自閉癥中的特異突變進行相關神經發育功能研究，檢測到兩個無義突變導致了蛋白的功能缺失，為之后深入研究DYRK1A蛋白功能以及其與自閉癥相關的發病機理打下基礎。

　　該項工作由博士研究生黨婷在吳柏林與仇子龍的共同指導下完成。課題組的其他成員積極參與，并得到了哈佛大學波士頓兒童醫院、復旦大學附屬兒科醫院、復旦大學生科院教授張鋒的大力協助，是多個單位及課題組通力合作的成果。該工作得到科技部“973”項目(2013CB945404, 2010CB529601 and 2011CBA00400)、中科院戰略性先導（B類）科技專項(XDB02050400)、基金委重大研究計劃培育項目的資助。