Nature：对自闭症大脑最全面的分子研究

神经精神性疾病通常缺乏明确的脑部病理学；而自闭症尤为如此——相比于例如阿尔茨海默病、帕金森等神经系统疾病，自闭症一直缺乏明确的病理学解释，进而加大了开发有效治疗方法的难度。最近有研究表明，神经精神性疾病涉及分子水平的调节障碍，表现为转录组学和表观遗传的改变；对于孤独症谱系障（ASD）而言，这种分子病理学涉及小胶质细胞、星形胶质细胞和神经免疫相关的基因上调，突触基因的下调以及皮层中基因表达梯度的衰减。然而，这些变化是否仅仅发生在皮层关联区域，或是发生在更为广泛的区域？目前仍未可知。

11月2日，加州大学洛杉矶分校的研究团队在《自然》（Nature）杂志发表了题为“Broad transcriptomic dysregulation occurs across the cerebral cortex in ASD”的研究论文；该研究从分子水平全面地表征了孤独症谱系障（ASD），展示了迄今为止在分子水平上对自闭症如何影响大脑的最全面认知。

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05377-7

加州大学洛杉矶分校的人类遗传学、神经病学和精神病学教授Daniel Geschwind博士领导了这项研究。“这项工作代表了我们许多实验室成员十多年工作的标志性成果。对于自闭症大脑进行如此全面的分析是十分必要的。现在，我们终于能从分子水平上逐渐开始了解自闭症患者大脑的状态——类似于帕金森氏症、阿尔茨海默氏症和中风等其他脑部疾病，这为我们了解自闭症提供了分子病理学途径，也将加速相关治疗方法的开发。”

先前的研究表明，在分子水平上，自闭症患者不同的大脑区域往往比非自闭症患者更均匀。换句话说，在非自闭症人群中，后部和前部区域之间的基因表达差异比较明显；而自闭症患者的差异却相对温和。其他研究发现了自闭症特有的另一种“分子特征”——与神经元和突触相关的基因表达减少；与星形胶质细胞、小胶质细胞和免疫过程相关的基因表达增加。但这些特征是基于仅限于颞叶和额叶关联区域的小样本（这些区域控制着认知、语言和社会行为等高阶功能）。

这项新研究证实并扩展了这些先前的结果。它对所有四个叶（额叶，顶叶，颞叶和枕叶）中11个不同皮质区域的数据分析显示，自闭症的基因表达差异在位于大脑后部的两个感觉区域最为明显：处理视觉信息的Brodmann区域17（BA17）和整合视觉和运动信息的Brodmann区域7。

自闭症的基因表达差异在大脑后部的Brodmann区域17和7最为明显

“令人惊讶的是，这些自闭症相关的基因在整个皮质表面都有表达，特别是在初级视觉皮层和主要感觉区域富集，而不是关联区域，”加州大学旧金山分校神经病学教授Arnold Kriegstein表示， “我认为大多数人不会怀疑这些地区有最大的脆弱性。

此研究分析了来自49名自闭症患者和54名非自闭症对照组的725个死后大脑样本。他们发现，自闭症患者的大脑在4,223个基因和9,474个基因亚型中显示出失调——来自基因组同一部分的mRNA，通常具有不同的蛋白质编码序列。

失调的基因也不会随机分布在不同的细胞过程中。Geschwind 博士表示：“它们属于非常特定的细胞类型（特别是神经元、少突胶质细胞和小胶质细胞）；影响着非常特定的生物过程，因此它们代表了协调的程序。

在整个皮层中，13个基因模块（表现出相似表达模式的基因组）具有区域差异；所有这些模块都遵循从前到后的梯度，这意味着它们在大脑后部最失调。在BA17中，失调的基因包括SOX4和SOX11，两种促进神经元分化的转录因子，以及SCN9A，其编码对细胞信号传导很重要的钠通道。

仅在该区域，与非自闭症脑组织相比，就有超过3,200个基因的差异表达。一种名为ETV4的基因编码一种转录因子，帮助树突发育并与神经元连接。在自闭症脑样本中，受ETV4调控的基因在BA17区域也减少了。

RNA测序的要点很简单：从脑组织切片中提取RNA，将它们转化为DNA，然后对其进行测序。但它有一个很大的警告：研究人员不能总是确定“失调基因”是由细胞内部的实际分子变化引起的，而不是反映细胞类型数量的差异。

当Geschwind提交这篇论文时，其中一位审稿人说这项工作并不引人注目，因为基因表达差异“显然都是由于细胞组成造成的”。

为了揭穿这一想法，Geschwind的团队对来自六名自闭症患者和六名非自闭症患者的超过250,000个单个细胞的RNA进行了测序。该分析表明，自闭症患者的星形胶质细胞和兴奋性神经元略多，但细胞类型数量的差异不足以解释这些发现。

“这项研究在单细胞水平上提出的问题是，我们看到的变化是否只是由于细胞组成的变化，或者细胞内发生的分子途径和信号传导实际上是否发生了变化，”Geschwind说，“是后者，我们可以非常肯定地说。”