专家点评非人灵长类模型研究自闭症病理机制

姜永辉（耶鲁大学）、王晓群（北京师范大学）、仇子龙（上海交通大学）#自闭症#，又称孤独症，是一种由脑部发育障碍所导致的疾病，我国儿童自闭症的患病率约为1%，目前尚无有效根治方法，严重影响患者的日常生活与社交能力。其中CHD8基因的突变与自闭症谱系障碍密切相关。CHD8(chromodomainhelicaseDNAbindingprotein8)基因编码一种ATP依赖性染色质重塑因子，其功能为调节基因转录。目前报道的携带CHD8基因突变的病人都是杂合突变，且绝大多数表现出大头畸形表征，而大头畸形也是自闭症的常见表型。小动物模型在研究CHD8缺陷造成大头畸形机制解析方面存在不一致的研究报道，而CHD8基因突变病人也未有病理学研究的报道。因此CHD8基因突变如何导致脑异常发育所致大头畸形的分子机制尚不明确。年3月7日暨南大学李晓江教授团队和中国科学院遗传发育所张永清研究员团队合作在CellDiscovery杂志发表文章，题为CHD8mutationsincreasegliogenesistoenlargebrainsizeinthenon-humanprimate。此文报道了CHD8基因突变导致食蟹猴胚胎期胶质细胞异常增多而导致大头畸形。神经细胞和胶质细胞的发育、成熟及增殖决定了大脑的形成与体积。过去用小鼠模型研究的结果普遍认为大头畸形与异常增加的神经细胞数量有关。但小鼠大脑中胶质细胞与神经细胞的比例远比灵长类大脑少，而胶质细胞对灵长类大脑的形成以及功能非常重要。非人灵长类猴模型与人类在大脑结构和功能上更为接近，因此猴模型对研究自闭症和大头畸形的形成机制具有重要价值。李晓江教授与张永清研究员团队合作通过CRISPR/Cas9基因打靶方法建立了CHD8突变猴，利用分子生物学、组织病理学，基因表达图谱，大脑影像等实验方法发现CHD8突变猴脑中胶质细胞数量显著增加，而神经细胞的数量并未受到明显影响。这一新发现提示胶质细胞过度增殖可造成大脑白质体积增加从而导致大头畸形。由于胶质细胞过度增加还可以影响神经环路功能，进而影响自闭症患者的情感认知功能，CHD8突变猴模型的制备与研究结果为未来自闭症患者大脑早期的干预治疗提供了新的思路和靶点。图.免疫染色和MRI显示CHD8突变猴M2和M3白质增加造成大头畸形。本项研究是李晓江教授与张永清研究员两个团队合作的又一新成果。由于SHANK3基因突变也可以导致自闭症。两个团队早在年就利用CRISPR/Cas9技术建立了世界首例SHANK3基因编辑的自闭症猴模型，并且发现SHANK3可特异性调控灵长类胚胎大脑发育（Zhaoet.al.,,CellRes.）。而本研究中关于CHD8基因突变猴模型的发现再次证实了利用非人灵长类动物模型研究自闭症病理机制的必要性和不可取代性。暨南大学李邦博士、涂著池研究员和杨伟莉研究员，中国科学院遗传发育所赵晖博士同为文章共同第一作者。张永清研究员与李晓江教授为本文的共同通讯作者。医院王璐教授和徐浩教授及中国科学院自动化研究所蒋田仔研究员参与猴脑影像分析。专家点评姜永辉教授（Yong-huiJiang）（美国耶鲁大学医学遗传学主任）自闭症，又称孤独症，是一种早期神经发育障碍性疾病，主要表现为社会交往障碍、交流障碍、兴趣狭窄和刻板重复的行为方式。目前尚无有效治疗方法。中国的自闭症患病率约为0.7%，其中自闭症儿童（14岁以下）超万。虽然自闭症的病因非常复杂，涉及数百个相关基因和后天的各种环境因素，某些单基因新发突变可极大地增加自闭症的患病风险。在自闭症患者中，约0.35%的患者携带CHD8基因新发突变，是最常见高危自闭症基因之一。CHD8基因突变可导致先天发育异常，包括生长迟缓和智力障碍和自闭症症状，另一个典型病理特征是大头畸形。之前的研究成功构建和分析了一系列CHD8基因突变的小动物模型，包括果蝇、斑马鱼和小鼠。小动物模型的实验证明了CHD8蛋白功能削弱或缺失导致神经系统发育障碍而引起自闭症症状。然而，不同小鼠模型中的行为表型差异很大。病人中CHD8突变介导的大头畸形的潜在机制仍存在争议。暨南大学李晓江教授团队和中国科学院遗传发育所张永清研究员团队在CellDiscovery发表的工作与已有的报道不同，他们通过CRISPR/Cas9介导的基因编辑，建立了CHD8突变的非人灵长类模型，并发现大头畸形并非是因为神经细胞的异常增殖，而是由于胶质细胞过度增殖所导致。这一新发现提示胶质细胞过度增殖可造成大脑白质体积增加从而导致大头畸形。正常的大脑内神经元细胞与胶质细胞有一定的比率，胶质细胞维持神经元的生长、发育和生存及正常电生理功能。过度的胶质细胞增加可以影响神经环路功能，也可能影响情感认知功能。因此，值得进一步研究的是CHD8突变猴模型是否表现出明显的自闭症行为，但这需要制备更多的CHD8突变猴个体来进行行为学分析。CHD8突变猴模型的研究结果将会对自闭症患者的早期干预治疗提供新的思路和靶点。专家点评王晓群教授（北师大认知神经科学与学习国家重点实验室教授）自闭症为早期神经发育障碍性疾病。大脑的形成和成熟在很大程度上取决于胚胎和出生后发育过程中的神经细胞和神经胶质增生与分化。啮齿类动物表现出哺乳动物大脑发育和形成的许多关键特征，例如神经元和胶质细胞（星形与少突胶质细胞）均源自常见的多能神经上皮细胞，但神经细胞发生先于胶质细胞生成。然而，大脑体积扩张及细胞增殖的时间和来源在啮齿动物和灵长类动物之间有很大不同。小鼠大脑中胶质细胞与神经细胞的比例远比灵长类大脑少，也不具备灵长类大脑皮层扩张和沟回折叠的特征。因此，利用与人类更接近的非人灵长类动物研究早期神经发育障碍性疾病能够更好地揭示疾病的病理机制。自闭症也可由于单基因突变而导致，例如CHD8基因突变。CRISPR/Cas9基因编辑已被广泛用于建立基因突变动物模型。本项研究利用CRISPR/Cas9基因编辑及三中不同的研究手段在非人灵长类猴模型中造成CHD8基因突变。一是在猴受精卵细胞阶段敲除CHD8来获得CHD8突变的新生猴。二是在胎猴脑中敲除CHD8来分析新生猴脑的变化。三是在来自新生猴的培养脑片中对CHD8基因进行打靶。研究发现CHD8基因突变所导致的功能缺失促进胶质细胞增生，大脑中白质区扩增，在造成大头畸形过程中起到了决定性的作用，这与小动物模型的发现不同，提示了非人灵长类模型研究的必要性和重要性。胶质细胞在神经发育疾病中的作用长期被低估，通常被认为只是辅助神经元发挥作用。本研究指出了一个新的探索方向，对胶质细胞增生及发育异常与早期神经发育障碍性疾病的关系值得研究。接下来的重要问题是CHD8突变猴模型中胶质细胞增生的具体分子机制是什么。期望李晓江教授团队和张永清研究员团队有更多新发现。专家点评仇子龙研究员（上海交大医学院松江研究院）李晓江教授与张永清研究员团队合作的工作运用基因编辑方法建立了首个CHD8基因突变非人灵长类模型。研究发现CHD8基因突变猴的脑内胶质细胞增殖异常增加，并呈现大脑体积增加等自闭症特有的发育异常指征。此发现在之前CHD8基因突变的小鼠中并未报道过，体现了非人灵长类动物模型模拟人类复杂疾病的重要价值。该研究采用了多种方法，包括胚胎期注射病毒对CHD8进行敲除，后期再体外猴脑片进行培养检测等，进一步验证了CHD8对于胶质细胞异常增殖的重要作用，并探究了可能的分子机制。该研究运用包括受精卵基因编辑与胚胎期基因编辑等多种方法，首次建立了模拟人类自闭症的CHD8基因突变食蟹猴模型，发现了CHD8在灵长类大脑中的独特功能，为进一步理解CHD8突变导致自闭症的神经机理提供了重要思路。此工作也是两个团队数十年如一日在非人灵长类脑疾病模型领域做出的又一重要贡献。原文链接：

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