上海交通大学仇子龙/丁朝东团队合作最新Science子刊

ASXL3的致病变异是自闭症谱系障碍（ASD）的基础，但其如何扰动神经回路以及缺陷是否可逆仍不清楚。

近日，上海交通大学仇子龙和丁朝东共同通讯在Science Advances在线发表题为“An ASXL3–thyroid hormone axis in parvalbumin interneurons controls autism-like behaviors”的研究论文。该研究显示小鼠中Asxl3单倍体不足降低皮层厚度和上层投射神经元，同时增加小清蛋白（PV）中间神经元数量并产生ASD样行为异常。

机制上，Asxl3缺失通过改变的组蛋白H2A单泛素化解除甲状腺激素（TH）灭活酶DIO3的抑制，耗竭脑TH。抑制性神经元祖细胞中TH受体Thra的条件性缺失重现了PV中间神经元扩增，将受损的TH信号与PV回路重塑联系起来。新生儿期而非青少年期TH补充恢复了Asxl3⁺/⁻小鼠的PV中间神经元数量并挽救了行为，定义了干预的关键早期窗口。一种基于内含肽的AAV系统，其重建全长ASXL3，使Asxl3⁺/⁻小鼠的皮层结构和行为正常化，并在非人灵长类大脑中驱动高效的ASXL3表达，将ASXL3–TH–PV中间神经元轴确立为ASD中一个可靶向的通路。

自闭症谱系障碍（ASD）是一种高度异质性的神经发育疾病，其特征为社交沟通障碍、限制性兴趣和重复行为，并常伴有智力残疾、癫痫和焦虑。该疾病通常在幼儿期显现，男性比女性更常受影响。遗传学研究表明，新生和遗传变异是ASD风险的主要贡献者，大规模测序工作已鉴定出数百个参与突触功能、染色质调控和神经发育程序的ASD相关基因。然而，对于许多风险基因，将突变与回路功能障碍和行为联系起来的相关神经细胞类型、发育窗口和分子通路仍未被充分定义。

在候选ASD风险基因中，ASXL3已成为儿科队列中一个反复突变的位点。ASXL3编码polycomb去泛素化酶复合物的核心组分，该复合物从组蛋白H2A的赖氨酸119处移除单泛素，从而调节染色质可及性和转录程序。ASXL3在发育中的大脑中高表达，并且是正常胚胎发育和神经发生所必需的，这与携带ASXL3功能丧失变异的个体中观察到的严重神经发育表型一致。这些观察突显ASXL3为一个强效的ASD风险基因，但ASXL3单倍体不足如何重塑神经回路以及由此产生的缺陷是否可逆仍然未知。

汇聚的证据指向表达PV的中间神经元是ASD中的关键细胞基础。这些快速放电的GABA能中间神经元对于维持兴奋-抑制平衡和产生支持社交行为、认知灵活性和记忆的网络振荡至关重要。研究已报道在ASD死后皮层和多种遗传小鼠模型中PV中间神经元的数量、分布或功能发生改变，提示PV中间神经元功能障碍是多种ASD相关扰动的共同下游节点。然而，在ASD风险基因（包括ASXL3等表观遗传调控因子）背景下支配PV中间神经元发育的上游遗传和分子机制仍未被定义。

图1.非人类灵长类动物中蛋白介导的ASXL3全长表达（摘自Science Advances）

TH信号代表了另一个被牵涉于ASD发病机制的轴。流行病学研究将母亲甲状腺功能减退和其他TH代谢异常与后代ASD风险增加相关联，实验工作表明TH直接调控神经祖细胞增殖和神经元分化。出生后早期发育期间TH不足破坏皮层和海马中PV中间神经元的成熟，并且TH主要通过核受体THRA和THRB发挥作用，GABA能神经元（包括PV中间神经元）是主要靶标。这些观察提示遗传破坏和激素失衡可能汇聚于抑制性回路中TH依赖性发育程序。然而，ASXL3中ASD相关突变是否扰动TH信号、这如何影响PV中间神经元发育，以及这些缺陷是否可在定义的发育窗口内被纠正，尚未被系统探索。

在此，作者鉴定了一条ASXL3–TH–PV中间神经元轴，其将表观遗传失调与回路重塑和ASD样行为联系起来。使用Asxl3单倍体不足（Asxl3⁺/⁻）小鼠，作者显示Asxl3表达降低导致皮层变薄、上层投射神经元丢失、压后皮层（RSC）和海马中PV中间神经元群体扩增，以及强效的ASD样行为异常。在分子水平上，Asxl3缺失通过调控其启动子处组蛋白H2A单泛素化解除TH灭活酶基因Dio3的表达抑制，导致血清和脑中TH水平降低。与受损TH信号在抑制性谱系中的因果作用一致，在表达Nkx2.1的抑制性神经元祖细胞中条件性缺失TH受体Thra增加了PV中间神经元数量，表型复制了Asxl3⁺/⁻表型。新生儿期而非青少年期T3补充恢复了TH水平，使PV中间神经元数量正常化，并挽救了Asxl3⁺/⁻小鼠中的ASD样行为，揭示了干预的关键生命早期窗口。最后，使用基于内含肽的AAV策略重建全长ASXL3，作者证明在新生Asxl3⁺/⁻小鼠中恢复ASXL3表达可逆转皮层和海马神经发育缺陷并使行为正常化，并且作者在非人灵长类大脑中建立了高效的全长ASXL3表达。总之，这些发现表征了构成ASD发病机制基础的表观遗传-激素-回路轴，并提示新生儿TH补充和ASXL3靶向基因恢复是ASXL3相关及潜在更广泛形式ASD的有前景治疗策略。

参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeh2640