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《自然》發表中科院腦智卓越中心關于自閉癥非人靈長類模型的研究成果

發布時間:2016-01-26

  2016年1月26日,《自然》期刊在線發表了題為《MECP2轉基因猴的類自閉癥行為表征與種系傳遞》的研究論文,該研究由中科院上海生命科學研究院神經科學研究所仇子龍研究組與神經所蘇州非人靈長類研究平臺孫強團隊合作完成。該研究通過構建攜帶人類自閉癥基因MECP2的轉基因猴模型及對MECP2轉基因猴進行分子遺傳學與行為學分析,發現MECP2轉基因猴表現出類人類自閉癥的刻板行為與社交障礙等行為。此研究首次建立了攜帶人類自閉癥基因的非人靈長類動物模型,為深入研究自閉癥的病理與探索可能的治療干預方法提供了重要基礎。

  自閉癥—也稱孤獨癥—是一類多發于青少年的發育性神經精神疾病,患者多會表現出社交障礙、重復性刻板動作和焦慮抑郁等行為及情緒的異常,目前沒有有效的藥物治療方法。近年來世界各國均發現自閉癥的患病率逐年升高,引起社會各界廣泛關注。關于自閉癥的基礎與臨床研究以及自閉癥動物模型的研究已成為目前醫學與神經科學領域的熱點之一。

  在與自閉癥相關的眾多基因中,甲基化CpG島結合蛋白2(MECP2)基因因其獨特性引起了研究者們的廣泛關注。已有的研究顯示,MECP2基因功能的缺失會導致瑞特綜合癥,該癥發于女童,患者表現出類自閉癥的行為特征;而當含有MECP2基因的染色體區段發生拷貝數倍增時,則會導致MECP2倍增綜合癥,患者表現出嚴重自閉癥癥狀。之前研究者已構建了MECP2過表達的小鼠,作為研究自閉癥的動物模型。但對于自閉癥這樣復雜的人類神經精神疾病,是否可以在盡可能接近人類的動物中構建疾病模型,以觀察研究類人類自閉癥的行為特征是該研究領域急需解決的問題。

  為了在非人靈長類—食蟹猴—中構建攜帶人類MECP2的轉基因猴模型,仇子龍研究組和蘇州非人靈長類研究平臺孫強團隊通過基于慢病毒侵染的轉基因方法(圖A),得到了在神經系統中特異性過表達人類MECP2的食蟹猴(圖B)。通過序列捕捉、深度測序及分析定位,發現外源的人類MECP2基因有效的插入了食蟹猴的基因組中(圖C),且免疫印跡及免疫組織化學染色的證據顯示人類MECP2轉基因能夠在食蟹猴神經系統中特異性的表達。

  為了進一步研究MECP2轉基因食蟹猴的行為特征,團隊成員對轉基因猴進行了體征記錄以及多項行為學測試。通過與野生型對照組的對比,發現MECP2轉基因食蟹猴展現出體重發育的遲緩以及脂肪酸代謝的異常;在行動路線的追蹤中,轉基因組相較于對照組,會明顯花費更多的時間在重復的行動路線上(圖D);在焦慮應激的實驗中,轉基因組對比對照組也表現出明顯的焦慮與警惕。最重要的是:在社交相關的行為學實驗中,包括社群中(圖E)和配對的社交時間分析,轉基因猴的社交時間均顯著低于對照組(圖F)。而在與學習記憶相關的威斯康星測試中,轉基因組雖然沒有顯示出學習能力的異常,但表現出重復性的刻板行為。這些結果與MECP2倍增綜合癥患者的臨床表型非常相似。

  在蘇州非人靈長類研究平臺孫強團隊的努力下,通過精巢異體移植的方法,成功的得到了攜帶人類MECP2基因的第二代轉基因猴(F1)(圖G)。深度測序結果顯示外源的MECP2基因插入位點通過種系傳遞作用從親代猴遺傳至子代猴的基因組中,并顯示出孟德爾式遺傳分離的現象。對子代轉基因食蟹猴進行的配對社交時間分析結果也顯示轉基因猴相較于對照組社交時間明顯下降(圖H),說明自閉癥作為一種遺傳性疾病,在轉基因猴模型中得到了很好的體現。

  此工作成功的建立了在神經系統中特異性表達人類自閉癥基因MECP2的轉基因食蟹猴模型,該模型在行動方式、焦慮響應及社交行為等方面都表現出了類人類自閉癥的表型。此研究還通過精巢異體移植的方法得到了攜帶人類自閉癥基因的子代轉基因猴,且發現其在社交行為方面表現出了與親代相同的類自閉癥表型。此工作建立的MECP2轉基因食蟹猴作為MECP2倍增綜合癥的非人靈長類模型,為更深入的研究自閉癥的病理及探索治療干預方法奠定了堅實的基礎。

  該項工作由博士研究生劉真與助理研究員李霄在仇子龍研究員與蘇州非人靈長類研究平臺主任孫強博士的指導下完成,課題組的其他成員積極參與,并得到了神經所于翔、熊志奇、龔能研究員,復旦大學附屬兒科醫院周文浩、徐秀教授,復旦大學生科院張鋒教授的大力協助,是眾多課題組通力合作的重要成果。本工作得到中科院戰略性先導科技專項(B類)、科技部973項目、基金委重大研究計劃培育項目的資助。

   

  圖注(A)人類MECP2外源轉基因載體。(B)第一代F0轉基因食蟹猴(懷中幼猴)。(C)F0代轉基因插入位點的全基因組分布。(D)F0轉基因食蟹猴運動模式的異常。(E)組群內社交行為分析的實驗范式。(F)F0代在社交行為分析中的社交時間統計。(G)第二代F1轉基因食蟹猴。(H)F1代在社交行為分析中的社交時間統計結果。

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