與內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒相關(guān)的小鼠模型中的自閉癥易感性

自閉癥(自閉癥譜系障礙;ASD)發(fā)病的復(fù)雜機(jī)制尚不完全清楚，研究神經(jīng)發(fā)育障礙的研究人員通常使用動(dòng)物模型，尤其是小鼠模型。一種稱為BTBR/J的小鼠品系代表了最常用的特發(fā)性自閉癥小鼠模型。由神戶大學(xué)TakumiToru博士和研究員Chia-wenLin博士領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)國際研究合作現(xiàn)已取得新發(fā)現(xiàn)，有助于描述小鼠模型中自閉癥的發(fā)病情況。

使用BTBR/J小鼠模型和姐妹小鼠品系BTBR/R進(jìn)行的詳細(xì)成像和行為實(shí)驗(yàn)的綜合結(jié)果表明，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(ERV)激活會(huì)增加胎兒對(duì)自閉癥的易感性。研究人員還發(fā)現(xiàn)，BTBR/R小鼠表現(xiàn)出類似自閉癥的行為，但學(xué)習(xí)能力并未降低，他們認(rèn)為這使得該品系成為比廣泛使用的BTBR/J模型更準(zhǔn)確的自閉癥模型。

希望進(jìn)一步的研究將有助于更好地對(duì)自閉癥類型進(jìn)行分類，并為神經(jīng)發(fā)育障礙提供新的治療策略?？茖W(xué)家們?cè)凇斗肿泳癫W(xué)》上報(bào)告了他們的工作(“具有新見解的舊模型：內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒推動(dòng)了自閉癥譜系障礙易感性的進(jìn)化，并在發(fā)育過程中劫持了轉(zhuǎn)錄機(jī)制”)，科學(xué)家們表示，他們的研究“通過暗示，揭示了BTBR菌株的特發(fā)性病因”作為多種遺傳機(jī)制和病毒感染的疊加模型。”他們進(jìn)一步表明，針對(duì)BTBR小鼠中增強(qiáng)的ERV活性或其感染過程將是開發(fā)免疫失調(diào)亞型ASD可能治療策略的下一步。

研究小組指出：“自閉癥譜系障礙是一種具有復(fù)雜遺傳結(jié)構(gòu)和異質(zhì)性的神經(jīng)發(fā)育障礙，這阻礙了該疾病治療策略的制定，2018年患病率為2.3%。”被診斷患有自閉癥的人數(shù)持續(xù)增加的原因包括診斷標(biāo)準(zhǔn)的變化以及高齡父親變得越來越普遍。

自閉癥與遺傳因素密切相關(guān)，可能是由DNA結(jié)構(gòu)異常引起的，例如拷貝數(shù)變異(CNV)。“……越來越多的證據(jù)表明，CNV(染色體中的大規(guī)模結(jié)構(gòu)變異)發(fā)揮著重要作用，直接導(dǎo)致ASD病理學(xué)或ASD易感性，”研究人員補(bǔ)充道。

動(dòng)物模型，尤其是小鼠，經(jīng)常用于研究來闡明自閉癥的病理學(xué)。在這些模型中，BTBR/J是自閉癥自然發(fā)病的常用小鼠模型。研究報(bào)告了BTBR/J小鼠的各種異常情況，包括胼胝體(連接大腦左右半球)受損和過度的免疫系統(tǒng)信號(hào)傳導(dǎo)。然而，目前尚不完全清楚為什么這個(gè)特定的譜系表現(xiàn)出類似自閉癥的行為異常。

新報(bào)告的研究目的是闡明自閉癥樣行為異常的發(fā)病機(jī)制。為此，研究人員使用BTBR/J和BTBR/R動(dòng)物進(jìn)行了比較分析。

研究人員首先對(duì)BTBR/J和BTBR/R小鼠進(jìn)行了MRI掃描，以研究大腦每個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)差異。結(jié)果揭示了BTBR/J和BTBR/R小鼠在33個(gè)區(qū)域(包括杏仁核)之間的差異。一個(gè)特別顯著的差異是，雖然BTBR/J動(dòng)物的大腦胼胝體受損，但BTBR/R動(dòng)物的這部分大腦卻是正常的。胼胝體是連接左右半球的大腦區(qū)域。

研究小組接下來使用基于陣列的比較基因組雜交來比較BTBR/R和正常B6小鼠模型中的CNV。結(jié)果顯示，與B6小鼠相比，BTBR/R動(dòng)物的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒(ERV)水平顯著升高。研究小組解釋說：“ERV是種系中古代逆轉(zhuǎn)錄病毒感染的殘余物。他們表示：“有趣的是，通過分析已識(shí)別的CNV中的重復(fù)序列，我們發(fā)現(xiàn)ERV可能參與加速兩種BTBR菌株中CNV的形成。”

隨后的qRT-PCR分析表明，這些逆轉(zhuǎn)錄病毒在BTBR/R小鼠中被激活，在B6動(dòng)物中進(jìn)行的比較測(cè)試表明，這種逆轉(zhuǎn)錄病毒激活是BTBR特有的。BTBR/R小鼠的單細(xì)胞RNA分析揭示了各種基因(包括應(yīng)激反應(yīng)基因)表達(dá)的變化，這些變化表明內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒激活。

對(duì)胚胎BTBR小鼠組織的單細(xì)胞RNA分析提供了這些動(dòng)物中ERV激活的進(jìn)一步證據(jù)，因?yàn)樵贓RV下游的一組基因中觀察到表達(dá)變化。“……通過單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNAseq)，確定了胚胎發(fā)育過程中ERV激活的證據(jù)，”他們進(jìn)一步指出。

雖然BTBR/J和BTBR/R小鼠具有相同的血統(tǒng)，但實(shí)驗(yàn)揭示了兩種模型小鼠在空間學(xué)習(xí)能力和其他行為方面的差異。研究人員進(jìn)行了一組實(shí)驗(yàn)，全面研究BTBR/J和BTBR/R在行為層面的差異。他們表示：“使用B6作為對(duì)照，進(jìn)行了行為測(cè)試電池來比較BTBR/R和BTBR/J。”

這些測(cè)試的結(jié)果表明，BTBR/R小鼠比BTBR/J小鼠焦慮程度較低，并且在超聲發(fā)聲方面表現(xiàn)出質(zhì)的變化，這是評(píng)估小鼠溝通能力的一種方法。BTBR/R小鼠還表現(xiàn)出更多的自我梳理行為，并在彈珠埋藏測(cè)試中埋藏了更多的彈珠。“BTBR/R花在自我梳理上的時(shí)間比BTBR/J小鼠多約30%。在彈珠埋藏測(cè)試中，BTBR/R顯示出更強(qiáng)的重復(fù)行為表型，超過75%的彈珠完全或半埋藏。”這兩項(xiàng)測(cè)試旨在檢測(cè)自閉癥患者的重復(fù)行為異常。從結(jié)果來看，很明顯，BTBR/R小鼠比BTBR/J小鼠表現(xiàn)出更多的重復(fù)行為(即，它們有更多的癥狀)。

三室社交互動(dòng)測(cè)試測(cè)量一只小鼠與另一只小鼠的接近程度，結(jié)果也顯示BTBR/R小鼠比BTBR/J小鼠有更明顯的社交缺陷。此外，巴恩斯迷宮中的空間學(xué)習(xí)測(cè)試結(jié)果表明，雖然BTBR/J小鼠與B6(正常小鼠)相比表現(xiàn)出學(xué)習(xí)能力下降，但BTBR/R小鼠表現(xiàn)出與正常B6動(dòng)物相似的能力。“......當(dāng)通過Barnes迷宮分析海馬依賴性記憶時(shí)，BTBR/R往往比B6更快地學(xué)習(xí)任務(wù)，并且在訓(xùn)練結(jié)束時(shí)與目標(biāo)的延遲時(shí)間相似，而BTBR/J在整個(gè)訓(xùn)練中表現(xiàn)不佳時(shí)期。”

總體而言，研究表明逆轉(zhuǎn)錄病毒激活會(huì)導(dǎo)致BTBR小鼠的拷貝數(shù)變異增加，從而導(dǎo)致BTBR/J和BTBR/R小鼠的行為和大腦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)差異。他們表示：“有趣的是，表觀遺傳沉默機(jī)制受到干擾會(huì)導(dǎo)致ERV過度活躍，ERV是古代逆轉(zhuǎn)錄病毒感染的一種移動(dòng)遺傳元件，會(huì)增加兩種BTBR菌株中CNV的從頭形成。”“這一特征使得BTBR菌株成為一個(gè)仍在進(jìn)化的多基因座模型，具有更高的ASD易感性……古老的病毒感染和重新激活會(huì)長期影響宿主基因組的不穩(wěn)定性，并對(duì)胚胎發(fā)育產(chǎn)生持續(xù)影響。”

BTBR/J小鼠被研究人員廣泛用作自閉癥小鼠模型。新報(bào)告的研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了其他譜系的BTBR/R小鼠的有用性，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出類似自閉癥的行為，而不會(huì)損害空間學(xué)習(xí)能力。研究小組指出：“隨著這一舊模型的新進(jìn)展，我們的研究提供了對(duì)ASD易感性在基因組中如何演變的見解，并建議BTBR/R作為研究自閉癥核心病因的精確模型。”結(jié)果還表明，有可能開發(fā)出抑制ERV激活的自閉癥新療法。然而，有必要根據(jù)自閉癥的發(fā)病機(jī)制對(duì)自閉癥亞型進(jìn)行分類，這是開辟自閉癥新治療途徑的重要第一步。

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