Mol Psychiatry：孩子行为异常孤僻？Luigi Puglielli团队揭示神经分泌失控致突触发育异常机制

2025年9月24日，美国威斯康星大学麦迪逊分校医学院Luigi Puglielli在Molecular Psychiatry发表：Increased expression of ATase1/NAT8B or ATase2/NAT8 in the mouse results in an autistic-like phenotype with altered dendritic branching and spine formation，揭示了在小鼠中增加ATase1/NAT8B或ATase2/NAT8的表达会导致类似自闭症的表型，并伴有树突分支和树突棘形成的改变。

内质网乙酰化通过ATase1/2调控糖蛋白质量控制，依赖特定转运蛋白输入乙酰辅酶A，其基因拷贝数增加与自闭症等神经发育障碍相关。在此，作者构建了在神经元中特异性过表达人源ATase1或ATase2的小鼠模型。这些小鼠表现出类似自闭症的行为并伴有突触可塑性、神经元形态以及突触结构和功能的改变。机制研究表明，广泛的蛋白质组变化和分泌途径动力学的异常是导致突触缺陷的根本原因。ATase1和ATase2过表达小鼠的表型与SLC25A1、SLC13A5和AT-1过表达模型相似。因此，综合来看，作者的研究结果表明，细胞内柠檬酸/乙酰辅酶A通路，其中ATases作为最终的效应输出，与某些罕见类型自闭症谱系障碍的发病机制直接相关。

图一 ATase nTg小鼠在神经元中过表达AT酶

为了研究内质网乙酰转移酶ATase1和ATase2在自闭症谱系障碍（ASD）发展中的作用，作者构建了在神经元中过表达人源ATase1或ATase2的C57BL/6J小鼠。具体而言，使用了由Camk2启动子驱动的Tet-Off系统。

结果：

这些动物（在此称为ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠）在脑组织中表现出强烈的ATase蛋白表达，通过针对人源ATase的抗体检测得到证实。重要的是，通过与神经元标志物NeuN的共定位分析，确认这种表达特异性地发生在神经元中。

图二 ATase nTg小鼠表现出类似自闭症的行为和突触可塑性的改变

为了探究任一乙酰转移酶在神经元中的特异性过表达是否会影响动物的行为，作者进行了一系列标准化的行为学研究，重点考察与海马、皮层以及社交相关的行为，这些测试方法此前已在SLC25A1 nTg、SLC13A5 nTg和AT-1 nTg模型中使用过。

结果：

在旷场实验中，两种转基因小鼠总体上在探索场地的时间显著减少，并明显回避中心区域。在社交互动实验中，野生型和转基因小鼠均表现出对另一只小鼠的偏好，而非空杯子；然而，与野生型小鼠不同，转基因小鼠无法区分熟悉和陌生的小鼠。此外，ATase1和ATase2 nTg小鼠的埋珠行为均显著减少。两种转基因模型之间也观察到一些细微差异：ATase2 nTg小鼠表现出更多的理毛行为，而ATase1 nTg小鼠则表现出不同的挖掘行为。最后，约50%的ATase1 nTg小鼠和28%的ATase2 nTg小鼠表现出重复性的跳跃行为。在旷场实验中评估垂直活动和移动时间，以及在明暗箱实验中评估总体探索行为时，ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠与野生型对照组相比均未表现出显著差异。此外，在新物体识别和恐惧条件反射实验中也未观察到差异。总体而言，ATase1和ATase2 nTg小鼠表现出多种行为异常，这些异常也在其他自闭症谱系障碍的啮齿类动物模型中被观察到，包括SLC25A1 nTg、SLC13A5 nTg和AT-1 nTg模型。作者对ATase nTg小鼠进行组织学检查未发现脑结构异常，但电生理记录显示其海马Schaffer侧支通路的长时程增强（LTP）显著增强，而长时程抑制（LTD）无变化。高尔基染色揭示CA1锥体神经元树突棘密度增加，该形态改变与LTP增强一致，提示突触可塑性异常可能是行为表型的机制基础。

图三 来自ATase nTg小鼠的原代海马神经元表现出树突分支增多、树突棘密度增加以及自发活动增强

为了在海马神经元中验证上述结果，作者培养了海马神经元并重复了相同的实验。

结果：

再次观察到树突分支数量增加以及树突棘密度升高。这些形态学变化同时伴随着突触蛋白Syn-1和Psd-95的荧光斑点数量增多，以及两者共定位的斑点数量增加。ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠的海马神经元在体外培养第21天和第28天时，多电极阵列芯片上活跃电极的比例也更高。然而，与皮层神经元相比，其活动性的变化并不那么显著。这些数据表明，ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠的原代神经元在体外表现出显著的形态和功能改变，具体表现为树突分支和树突棘密度增加，同时伴随神经元兴奋性升高。重要的是，这些体外实验结果与体内观察到的树突棘密度增加和长时程增强增强的现象高度一致。

图四 ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠表现出分泌途径功能的异常参与

总体而言，非靶向蛋白质组学分析揭示了不同组织（海马体与皮层）和不同模型（ATase1 nTg与ATase2 nTg）之间的差异；但同时也表明，大脑对任一ATase的过表达存在共同的响应，这种响应影响了神经元发育、树突分支生长以及功能性突触形成等基本神经事件。重要的是，所有这些生物学过程都高度依赖于分泌途径的参与和效率并与ATase的生物化学及生物学功能密切相关。蛋白质组学分析显示，跨模型差异蛋白主要富集于蛋白质合成、折叠运输及分泌途径。为验证分泌途径的参与，作者使用唾液酸前体ManAz标记原代神经元表面糖蛋白，发现ATase1/2 nTg小鼠树突棘上ManAz信号显著增加。由于唾液酸修饰发生在高尔基体晚期，其增多表明新生糖蛋白在过表达ATase的神经元中分泌转运增强。该结果与蛋白质组学数据一致，支持分泌途径活性上升驱动了树突棘密度增加等形态学改变。

综上所述，作者证明了在小鼠前脑神经元中过表达ATase1或ATase2会导致类似自闭症的表型，表现为突触可塑性和神经元形态的改变。从机制上看，该表型与分泌途径的异常激活密切相关。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41380-025-03228-1

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