Mol Neurobiol︱向伟/肖乐团队揭示孤独症易感基因Auts2受到神经元活动调控的新机制

撰文︱庞文彬，王美娟

责编︱王思珍，方以一

编辑︱王思珍

孤独症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder，ASD）是一种神经发育障碍性疾病，发病率约为1%，目前尚无有效的治疗药物[1]。ASD的发病机制至今仍不完全清楚，而最重要的假说之一为多种因素导致神经元的兴奋和抑制失衡，从而使神经电活动异常[2]。研究表明，很多ASD致病基因如MeCP2和Shank3的变异均会在模型动物中引起神经电活动的改变[3,4]。相反地，神经电活动的改变是否可以改变孤独症致病基因的表达，从而以一个交互作用的方式参与孤独症的神经病理改变？这一问题仍有待回答。

2023年2月9日，海南医学院儿科学院向伟/肖乐教授团队在Molecular Neurobiology上发表了题为“Activity-Dependent Differential Regulation of Auts2 Isoforms In Vitro and In Vivo”的研究文章。该研究以孤独症易感基因Auts2为切入点，通过离体细胞实验和在体动物实验证明神经电活动可以同时在转录和翻译水平对Auts2的同源异构体进行特异性调控。

皮层表达的Auts2同源异构体在出生后的最初几周内急剧下降，而这段时期正是大量感觉输入下突触修剪和消除的关键时期[5]。因此，研究者希望探索神经元电活动是否可以调节Auts2同源异构体的表达。他们首先用KCl分别刺激原代培养的皮层神经元2、6、12小时，发现全长auts2转录本（FL-auts2）在KCl刺激2小时后未发生变化（图1A），但总auts2转录本（Total auts2）显著降低（图1D），其蛋白表达不变（图1G-I）。在KCl刺激皮层神经元6小时Auts2的转录本和蛋白表达均不变（图1B、1E、1J-L）。值得注意的是，FL-auts2以及Total auts2在KCl刺激12小时后显著降低（图1C、1F），同时FL-Auts2和S-Auts2 var.1蛋白表达也显著下降（图1M-O）。这些发现表明：体外培养的皮层神经元受持续刺激而兴奋后，Auts2的mRNA和蛋白表达均显著降低。

图1 体外神经元活动兴奋Auts2亚型的表达

（图源：WB. Pang, et al., Mol Neurobiol 2023）

那么，原代培养的皮层神经元电活动受抑制时，Auts2同源异构体是否也会发生变化？接着，研究者用TTX抑制神经元电活动观察Auts2同源异构体的表达情况。皮层神经元受TTX抑制2小时后，FL-auts2和Total auts2转录本均显著增加（图2A-B）。然而，皮层神经元受TTX抑制12小时后，auts2转录本无明显差异表达（图2D-E）。此外，皮层神经元电活动受TTX抑制2小时和12小时均未能使FL-Auts2或S-Auts2 var.1的蛋白表达发生改变（图2G-I、2K-M）。这些结果表明，皮层神经元电活动受抑制后以不同的方式调控Auts2的mRNA和蛋白表达。而在翻译水平，神经元电活动抑制可能存在其他调控Auts2表达的机制。

图2 体外神经元活动抑制Auts2亚型的表达

（图源：WB. Pang, et al., Mol Neurobiol 2023）

接下来，研究者探索了神经电活动对Auts2同源异构体特异性调控是否能够在动物模型上得到验证。因此，该研究团队使实验小鼠生活在丰富环境（enriched environment, EE）中，接受充足的感觉和社交刺激（图3A），对照组为生活在标准笼且单独饲养的同龄小鼠（single-housed, SH）（图3B）。与SH小鼠相比，EE小鼠海马中的c-fos表达显著增加，表明在丰富环境中生活的小鼠神经元受刺激而显著兴奋（图3C-D）。值得注意的是，EE小鼠海马中FL-Auts2和S-Auts2 var.1的蛋白水平显著降低（3C, 3E-F），验证了在体外观察到的Auts2同源异构体的显著变化。因此，动物实验的结论与细胞实验结论一致，共同提示神经电活动对Auts2的特异性调控作用。

图3 在体神经元活动兴奋后海马的Auts2表达下降

（图源：WB. Pang, et al., Mol Neurobiol 2023）

图4：神经电活动对Auts2的同源异构体进行特异性调控

（图源：WB. Pang, et al., Mol Neurobiol 2023）

文章结论与讨论，启发与展望

向伟教授与肖乐教授团队这一研究表明持续的神经元电活动刺激抑制了Auts2在体外和在体动物的表达。抑制神经元活动使auts2的mRNA表达增加，却未能改变Auts2的蛋白表达。Auts2的活性依赖性调控取决于转录和翻译过程（图4）。值得注意的是，很多与ASD相关的神经变化出现在生命的最初几年，这与婴幼儿接受日常生活中大量刺激的时期相吻合[1]。这为研究ASD患者大脑神经元兴奋/抑制如何影响疾病的发生发展奠定了基础。未来，需要进一步研究Auts2突变的神经元如何在整个大脑发育的关键时期对刺激做出反应，及其相应的病理结果。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s12035-023-03241-x

博士研究生庞文彬和硕士研究生王美娟为论文的共同第一作者，向伟教授和肖乐教授为共同通讯作者，其余参与作者均为海南医学院在读研究生。该研究工作受到国家自然科学基金，海南省重点研发科技合作项目和海南省重大科技项目的资助。此外，海南省临床医学中心项目和海南省优秀人才团队项目也给予该研究团队支持。

通讯作者：向伟（左一），肖乐（右一）

（照片提供自：海南医学院儿科学院向伟/肖乐教授课题组）

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[1] Lord C, Elsabbagh M, Baird G, Veenstra-Vanderweele J. Autism spectrum disorder[J]. Lancet. 2018,392(10146):508-20.[2]. Nelson SB, Valakh V. Excitatory/Inhibitory Balance and Circuit Homeostasis in Autism Spectrum Disorders[J]. Neuron. 2015,87(4):684-98.[3]. Chao HT, Chen H, Samaco RC, Xue M, Chahrour M, Yoo J, et al. Dysfunction in GABA signalling mediates autism-like stereotypies and Rett syndrome phenotypes[J]. Nature. 2010,468(7321):263-9.[4]. Peixoto RT, Wang W, Croney DM, Kozorovitskiy Y, Sabatini BL. Early hyperactivity and precocious maturation of corticostriatal circuits in Shank3B(-/-) mice[J]. Nat Neurosci. 2016,19(5):716-24.[5] West AE, Greenberg ME. Neuronal activity-regulated gene transcription in synapse development and cognitive function[J]. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2011,3(6).

本文完