編者按
自閉癥，又稱為孤獨(dú)癥譜系障礙（autism spectrum disorder, ASD），是一種以社交溝通缺陷、重復(fù)刻板行為等為特征的神經(jīng)發(fā)育障礙疾病。你是否知道，超過半數(shù)的自閉癥患者飽受胃腸道問題困擾？便秘、腹瀉、腹痛等癥狀為何會(huì)如此頻繁地與自閉癥同時(shí)出現(xiàn)？數(shù)十年來，這個(gè)問題的答案一直隱藏在迷霧中。
3月6日，加州大學(xué)舊金山分校研究團(tuán)隊(duì)在Nature Communications發(fā)表最新研究，基于基因編輯技術(shù)，通過斑馬魚與爪蟾模型相互印證，首次系統(tǒng)性將ASD基因、腸神經(jīng)系統(tǒng)(ENS)發(fā)育、胃腸道(GI)功能障礙聯(lián)系起來，揭示了自閉癥基因變異如何導(dǎo)致腸道神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常，證實(shí)了腸神經(jīng)元遷移障礙是潛在的機(jī)制，為理解ASD相關(guān)胃腸道問題提供了新的分子和細(xì)胞層面的見解，并指明了潛在的治療靶點(diǎn)。
本研究中，研究人員基于基因編輯技術(shù)，在斑馬魚研究（斑馬魚基因編輯技術(shù)“解碼”自閉癥，助力神經(jīng)科學(xué)研究?。┑幕A(chǔ)上，又使用爪蟾模型進(jìn)一步驗(yàn)證了多種自閉癥基因共同導(dǎo)致腸道神經(jīng)元遷移障礙，證明了不同模式生物在揭示疾病機(jī)制方面的互補(bǔ)性和一致性，揭示了自閉癥與胃腸道問題共病的分子機(jī)制，并提出了潛在的治療策略。
01、研究亮點(diǎn)
• 已有研究表明，在斑馬魚中敲除CHD8基因，會(huì)導(dǎo)致腸神經(jīng)元向腸道的定植減少和腸道運(yùn)動(dòng)功能障礙，且自閉癥基因在人類腸神經(jīng)元中表達(dá)富集。本研究基于基因編輯技術(shù)，利用爪蟾模型進(jìn)一步驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)ASD基因變異會(huì)導(dǎo)致腸道神經(jīng)元前體細(xì)胞（ENCCs）遷移缺陷；
• 首次系統(tǒng)地揭示了自閉癥基因變異通過影響腸道神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育而導(dǎo)致胃腸道問題的機(jī)制，證實(shí)了hcASD基因變異與胃腸道運(yùn)動(dòng)功能障礙的關(guān)聯(lián)；
• 篩選了8種FDA批準(zhǔn)的血清素相關(guān)藥物，發(fā)現(xiàn)SSRI類藥escitalopram和 5-HT6受體激動(dòng)劑WAY-181187可顯著改善DYRK1抑制引起的腸道動(dòng)力障礙，揭示了增強(qiáng)血清素信號(hào)可能是治療ASD相關(guān)GI問題的有效策略。
02、主要研究成果
1. 攜帶hcASD基因變異的患者普遍存在胃腸道運(yùn)動(dòng)功能障礙
研究人員分析了人類胚胎期腸道單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)252個(gè)高置信度自閉癥風(fēng)險(xiǎn)基因（hcASD基因）均顯著富集表達(dá)。結(jié)果顯示，相比于其他細(xì)胞類型，腸道神經(jīng)元前體細(xì)胞（ENCCs）和腸神經(jīng)元中的hcASD基因，其表達(dá)富集程度顯著更高(p<0.0001)，表明這些基因可能參與ENS的發(fā)育和功能調(diào)控。
隨后，又利用數(shù)據(jù)庫對(duì)攜帶16種hcASD基因致病變異的患者進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了GI癥狀與ASD基因變異相關(guān)，確認(rèn)了ASD基因變異與GI功能障礙的強(qiáng)烈關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，攜帶hcASD基因變異的16種基因變異患者中，51.7%有GI癥狀，而未受影響的對(duì)照組中，此類癥狀極少，平均患病率僅0.4%。超過80%的有GI癥狀診斷，且超過60%的患者存在GI運(yùn)動(dòng)功能障礙，尤其是便秘。
2. 體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)揭示hcASD基因變異導(dǎo)致腸神經(jīng)來源細(xì)胞遷移缺陷
早期研究證據(jù)已表明，在斑馬魚中敲除CHD8基因（斑馬魚基因編輯技術(shù)“解碼”自閉癥，助力神經(jīng)科學(xué)研究），會(huì)導(dǎo)致腸神經(jīng)元向腸道的定植減少和腸道運(yùn)動(dòng)功能障礙；自閉癥基因在成人人類腸神經(jīng)元中表達(dá)富集。本研究中，利用熱帶爪蟾模型，基于基因編輯技術(shù)靶向了5個(gè)功能各異的hcASD基因——SYNGAP1、CHD8、SCN2A、CHD2、DYRK1A等，來比較突變組與對(duì)照組的腸神經(jīng)來源細(xì)胞（ENCCs）遷移面積，做了進(jìn)一步驗(yàn)證。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管5個(gè)突變基因參與不同的細(xì)胞過程，如神經(jīng)傳遞、染色質(zhì)調(diào)節(jié)和激酶活性等，但它們均導(dǎo)致腸道神經(jīng)元前體細(xì)胞（ENCCs）遷移面積顯著減少，表明這些基因在ENS發(fā)育中具有收斂性功能，hcASD基因變異在體內(nèi)破壞了腸神經(jīng)來源細(xì)胞(ENCCs)的遷移，也進(jìn)一步證明了不同模式生物在揭示疾病機(jī)制方面的互補(bǔ)性和一致性。
3. DYRK1A基因影響ENCCs遷移及早期神經(jīng)嵴發(fā)育，并會(huì)導(dǎo)致腸道動(dòng)力障礙
接著，研究人員利用基因編輯技術(shù)和Morpholino寡核苷酸(MO)分別敲低DYRK1A，均觀察到ENCCs遷移減少，表明DYRK1A的功能缺失導(dǎo)致ENCCs遷移缺陷。進(jìn)一步觀察早期神經(jīng)嵴標(biāo)記物sox10的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)Dyrk1a敲低導(dǎo)致早期神經(jīng)嵴標(biāo)記物sox10表達(dá)缺陷，CHD8、CHD2等其他hcASD基因也影響sox10，而SYNGAP1和SCN2A影響較小，因此，DYRK1A基因不僅影響早期神經(jīng)嵴發(fā)育，也可能對(duì)后續(xù)的ENCC遷移有獨(dú)立作用。使用條件性藥物抑制策略，揭示了DYRK1A基因在ENCCs遷移過程中，具有獨(dú)立于早期神經(jīng)嵴發(fā)育的功能。
為了進(jìn)一步評(píng)估發(fā)育過程中抑制DYRK1a是否會(huì)影響體內(nèi)腸道運(yùn)動(dòng)，研究人員建立了體內(nèi)腸道動(dòng)力檢測方法——熒光珠排泄實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與DMSO對(duì)照組相比，TG003處理組排出的熒光微珠數(shù)量顯著減少(p=0.009)，這表明，發(fā)育過程中抑制DYRK1a會(huì)出現(xiàn)腸阻樣表現(xiàn)，腸道排泄顯著減少，導(dǎo)致腸道動(dòng)力障礙。
4. 血清素信號(hào)通路可緩解DYRK1A抑制引起的腸道運(yùn)動(dòng)障礙
已有研究表明，血清素(5-羥色胺，5-HT)是一種重要的小分子單胺，在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮多種生理功能，包括心臟收縮、腸蠕動(dòng)、血管收縮等。本研究中，研究人員篩選了8種FDA批準(zhǔn)的、影響血清素通路的藥物，發(fā)現(xiàn)選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑（SSRI）類抗抑郁藥物escitalopram（依他普侖）和5-HT6受體激動(dòng)劑WAY-181187，可顯著改善DYRK1抑制引起的腸道動(dòng)力障礙。
這表明，DYRK1A相關(guān)的腸道功能障礙，可以通過急性治療激活血清素信號(hào)通路來改善。
利用基因編輯技術(shù)，通過構(gòu)建CHD8基因敲除嵌合體的斑馬魚自閉癥模型，可以模擬人類CHD8突變相關(guān)自閉癥的多種核心特征，如顯著的行為抑制、社交障礙、胃腸道問題等。為了更好地助力自閉癥等疾病研究，環(huán)特生物依托國際領(lǐng)先的斑馬魚、類器官、哺乳動(dòng)物、人體臨床等多維生物技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，構(gòu)建了自閉癥、抑郁癥、焦慮癥等200多種疾病模型，助您揭開神經(jīng)科學(xué)研究的新篇章！歡迎新老客戶咨詢！
03、編者點(diǎn)評(píng)
本研究證實(shí)了hcASD基因變異與GI運(yùn)動(dòng)功能障礙之間的關(guān)聯(lián)，并揭示了腸神經(jīng)元遷移障礙是潛在的機(jī)制。五種功能不同的hcASD基因在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，均表現(xiàn)出對(duì)腸神經(jīng)嵴來源細(xì)胞 (ENCC)遷移的破壞作用。DYRK1A研究表明，血清素信號(hào)通路的激活可能是一種有前景的治療策略，用于改善 ASD 患者的 GI運(yùn)動(dòng)功能障礙，為理解 ASD 相關(guān) G|問題提供了新的分子和細(xì)胞層面的見解，并指明了潛在的治療靶點(diǎn)。
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參考文獻(xiàn)：
McCluskey, K.E., Stovell, K.M., Law, K. et al. Autism gene variants disrupt enteric neuron migration and cause gastrointestinal dysmotility. Nat Commun 16, 2238 (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-57342-3