Nat neurosci：孩子为何出现社交障碍？科学家揭示肌营养不良引发自闭症的RNA剪接机制

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小鼠中的自闭症相关特征是由于隔离肌盲样蛋白（MBNL）和自闭症风险基因的RNA错误剪接引起的。基因组范围内特定基因的串联重复扩展已被与自闭症谱系障碍（ASD）相关联。其中一个突变是DMPK基因3′非翻译区中的CTG串联重复扩展，这种突变已知会导致1型肌强直性营养不良（DM1）。尽管自闭症和肌强直性营养不良之间存在明确的临床关联，但这种联系的分子基础尚不清楚。

基于此，2025年4月21日，Ryan K. C. Yuen研究团队在nature neuroscience杂志发表了“Autism-related traits in myotonic dystrophy type 1 model mice are due to MBNL sequestration and RNA mis-splicing of autism-risk genes”揭示了1型肌强直性营养不良模型小鼠中的自闭症相关特征是由于MBNL蛋白的隔离以及自闭症风险基因的RNA错误剪接引起的。

在本研究中发现，含有CUG重复序列的突变型DMPK RNA会隔离MBNL剪接因子从而改变大脑发育过程中自闭症风险基因的RNA剪接模式，特别是与自闭症相关的一类微外显子。作者证明，携带DMPK-CTG的小鼠模型和Mbnl基因敲除小鼠模型均重现了与自闭症相关的错误剪接特征，同时表现出社交行为缺陷和对新奇刺激反应的改变。这些发现表明，肌强直性营养不良相关的自闭症是由自闭症风险基因在发育过程中的错误剪接引起的。

图一 人类DM1前额叶皮层中自闭症风险基因的错误剪接

前额叶皮层协调执行功能，而在自闭症谱系障碍患者的大脑该区域中观察到了转录组范围的变化。为了研究DMPK-CTG扩展突变是否会导致前额叶皮层中ASD风险基因的RNA错误剪接，作者分析了来自人类1型肌强直性营养不良大脑布罗德曼10区的RNA测序数据。对于差异可变剪接分析，作者计算了五种AS事件类型的剪接百分比变化。在DM1中的约184,000个AS事件和约16,000个基因中，有1%的AS事件满足作者在总7%错误剪接基因中的错误剪接标准。为了评估DM1错误剪接与ASD的相关性，作者检索了38个基因集合和可用数据库。发现79%的基因集合中存在显著的错误剪接事件富集，在应用更严格的错误剪接标准后仍有61%的富集，表明这一趋势具有一致性。在两项MSSNG研究中共有的36个高可信度ASD风险基因中，有6个在DM1中发生了错误剪接，包括SCN2A、ANK2和SHANK2。作者还发现了与杜氏肌营养不良相关的DMD基因的错误剪接，这种疾病也与ASD相关。还检测到CTG扩展长度与ASD风险基因错误剪接事件之间的显著正相关。总之，这些结果表明DM1前额叶皮层中的DMPK-CTG扩展扰乱了ASD风险基因的剪接。

图二 DM1 和 Mbnl 条件性双敲除小鼠前额叶皮层中的微小外显子错误剪接

为了进一步研究MBNL在调控ASD风险基因中的作用，对成年Mbnl1−/−;Mbnl2c/c;Nestin-Cre+/−条件性双敲除小鼠（Mbnl cDKO）额叶皮层样本的RNA测序数据进行了差异可变剪接分析。Mbnl cDKO小鼠提供了一个神经系统特异性模型，其中Mbnl1在所有组织中不表达而Mbnl2仅在神经系统中丢失，包括神经元和胶质前体细胞。Mbnl cDKO的特点是RNA错误剪接、皮层神经元和突触结构改变以及大脑广泛解剖学变化。总共检测到5%的可变剪接事件在13%的基因中发生错误剪接。与人类DM1类似，61%的基因集合在Mbnl cDKO中显著富集，包括ASD风险基因集合。作者在人类DM1和小鼠Mbnl cDKO皮层中检测到了SFARI、MSSNG-2017和MSSNG-2022中ASD风险基因错误剪接的显著重叠，这些系统具有不同的特性（如突变类型）。总共鉴定出55个常见错误剪接的ASD风险基因包括SCN2A。所有这些结果表明，MBNL的缺失扰乱了人类DM1皮层中ASD风险基因的剪接。RBFOX1剪接调节因子在DM1皮质类器官中下调，RBFOX旁系同源物在ASD大脑中也下调。差异基因表达分析显示，人类DM1皮层中RBFOX1 RNA水平下降了21%。为了探索RBFOX1下调对DM1中ASD风险基因错误剪接的影响，作者分析了来自RBFOX1敲低分化原代人类神经祖细胞的RNA测序样本。分析揭示了RBFOX1敲低中有235个错误剪接事件。DM1中不到1%的错误剪接事件与RBFOX1敲低细胞中观察到的事件重叠。总之，DM1皮层中ASD风险基因的错误剪接主要归因于MBNL的缺失。

图三 Mbnl2 敲除海马中的错误剪接

Mbnl2是在成年小鼠和人类大脑皮层、海马及小脑中主要表达的基因旁系同源物，这些区域已知与ASD相关。为了测试Mbnl2的缺失是否会在多个脑区中扰乱ASD风险基因的剪接，作者对成年Mbnl2敲除小鼠的额叶皮层、海马和小脑中的Scn2a互斥外显子（MXE）、Nrxn1微外显子和Shank3微外显子进行了RT–PCR剪接分析。在测试的三种可变剪接事件中，有两种显示错误剪接在海马中最为显著。因此，作者对来自Mbnl2敲除小鼠海马体的RNA测序数据进行了差异剪接分析。总共4%的可变剪接事件在8%的检测基因中受到干扰，其中包括Scn2a、Ank2、Nrxn1和Shank3。在Mbnl2敲除小鼠海马中，ASD风险基因列表在错误剪接基因中显著富集。作者发现17–25%的重叠错误剪接事件位于ASD风险基因中。仅Mbnl2的缺失就会影响多个成年ASD相关脑区（包括海马）中ASD风险基因的可变剪接。

图四 两种 DM1 小鼠模型的社交行为缺陷

患有DM1的儿童在社交互动和沟通技能方面存在更高比例的障碍；因此，作者在DM1小鼠模型中研究了社交行为。作者首先选择了杂合和纯合的Dmpk-(CTG)480敲入（KI）小鼠模型，它们再现了DM1特征性的分子病理标志，包括MBNL在Dmpk-(CUG)480 RNA上的隔离、易感细胞类型中的RNA错误剪接以及DMPK蛋白的缺失。这些分子表型在纯合Dmpk-(CTG)480 KI小鼠中比在杂合小鼠中明显加剧。野生型同窝对照组和杂合Dmpk-(CTG)480/WT KI小鼠在三箱社交测试中明显更倾向于选择与新动物（陌生者）交互的房间，而不是新物体。相比之下，纯合Dmpk-(CTG)480/480 KI小鼠对新动物房间没有显著偏好，表明其缺乏社交能力。作者评估了Mbnl1和Mbnl2敲除小鼠模型，Mbnl1敲除小鼠以肌肉（如肌强直）、免疫系统和视觉病理为特征导致探索路径受限，无法进行社交互动评估。相比之下，Mbnl2敲除小鼠表现出中枢神经系统异常，包括神经元形态和突触变化。Mbnl2敲除小鼠在三箱测试中未表现出显著的探索缺陷。与纯合Dmpk-(CTG)480/480 KI小鼠类似， Mbnl2敲除小鼠并未显著更倾向于选择与新动物交互的房间。Mbnl2敲除测试小鼠与新刺激小鼠的互动时间显著少于野生型同窝测试小鼠，尽管总互动次数显著增加。Mbnl2敲除小鼠与刺激小鼠之间的平均互动时长显著减少，同时短暂互动（少于1秒）的发生率增加。野生型小鼠通常会追逐刺激小鼠以维持互动，而Mbnl2敲除测试小鼠在短暂互动后迅速退缩。野生型测试小鼠经常占据主导地位，表现为对刺激小鼠的骑跨和压制，而Mbnl2敲除测试小鼠较少占据主导地位。刺激小鼠也更频繁地向Mbnl2敲除测试小鼠发出威胁信号（如尾部摇动或发声）。与野生型小鼠不同，当面对熟悉的动物（陌生者1）和新动物（陌生者2）时，Mbnl2敲除小鼠在三箱装置中未表现出对社交新颖性的显著偏好。Mbnl2敲除和Dmpk-(CTG)480/480 KI小鼠在巢材撕裂行为上较野生型同窝对照组减少。Mbnl2敲除小鼠还表现出埋珠行为的减少趋势。这些任务中的行为模式揭示了Mbnl2敲除小鼠对新颖性的反应改变。总体而言，这些小鼠行为结果表明，无论是Dmpk-(CTG)480/480的表达还是MBNL2蛋白的缺失，都会导致社交互动缺陷和对新颖性的反应改变。分析中未发现性别的显著影响。

总结

该研究拓展了自闭症的病理机制，表明 RNA 剪接网络异常可能是遗传风险向行为表型转化的关键枢纽。为DM1等神经肌肉疾病伴随的神经精神症状（如认知障碍、情绪异常）提供了分子解释，提示共病机制可能与MBNL依赖的剪接通路重叠。建立了“RNA剪接失调→自闭症样行为” 的新病理链条，为理解自闭症的复杂病因和开发针对性干预策略提供了重要科学依据。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41593-025-01943-0