日前，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員在Nature子刊上發(fā)表了一篇研究論文，指出包括自閉癥和精神分裂癥在內(nèi)的幾種神經(jīng)系統(tǒng)疾病與大腦發(fā)育中所需的基因——TCF4（轉(zhuǎn)錄因子4）突變有關(guān)。

研究人員使用人大腦類器官，揭示自閉癥相關(guān)基因突變是如何破壞神經(jīng)發(fā)育的，并通過基因治療恢復(fù)相關(guān)基因功能，有效挽救了被破壞的神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能。他們聚焦在Pitt-Hopkins綜合征上，這是一種由TCF4基因突變引起的自閉癥，患兒存在嚴(yán)重的認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)障礙。但Pitt-Hopkins綜合征小鼠模型無法準(zhǔn)確模擬患者的神經(jīng)特征。

研究團(tuán)隊(duì)決定創(chuàng)建該疾病的人類模型，利用人工誘導(dǎo)干細(xì)胞技術(shù)，他們將來自自閉癥患者的皮膚細(xì)胞人工誘導(dǎo)為干細(xì)胞，然后再培育成3D大腦類器官，并與來自正常細(xì)胞的大腦類器官進(jìn)行對比。

這項(xiàng)研究的通訊作者Alysson Muotri教授表示，TCF4突變的大腦類器官比正常大腦類器官小得多。而其中許多細(xì)胞實(shí)際上不是神經(jīng)元，而是神經(jīng)祖細(xì)胞。這些細(xì)胞本應(yīng)分裂并發(fā)育成熟為神經(jīng)元，但在TCF4基因突變的大腦類器官中，這一過程出現(xiàn)了問題。

研究表明，TCF4基因突變導(dǎo)致下游的SOX基因和Wnt通路失調(diào)，這是指導(dǎo)胚胎細(xì)胞分裂增殖、成熟為神經(jīng)元并遷移到大腦中正確位置的兩個(gè)重要分子信號。由于通路失調(diào)，神經(jīng)祖細(xì)胞不能有效地分裂增殖，因此產(chǎn)生的大腦皮層神經(jīng)元較少，導(dǎo)致大腦類器官的結(jié)構(gòu)受損和神經(jīng)活動(dòng)異常，以及認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能受損。

研究人員嘗試對TCF4基因突變的大腦類器官進(jìn)行基因治療。他們先使用CRISPR介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活，激活TCF4基因表達(dá)，并直接使用腺相關(guān)病毒（AAV）載體或慢病毒（Lentivirus）載體遞送TCF4基因?qū)崿F(xiàn)表達(dá)。這兩種方法都能有效提高TCF4表達(dá)水平，并在分子、細(xì)胞和電生理學(xué)水平上逆轉(zhuǎn)TCF4基因突變大腦類器官的表型。這表明修復(fù)TCF4表達(dá)水平能夠重建神經(jīng)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)治療作用。

Alysson Muotri教授表示，這些研究和治療是在類器官水平上進(jìn)行的，相當(dāng)于產(chǎn)前大腦發(fā)育階段，而在臨床上，自閉癥兒童往往在出生后才被診斷出來并接受治療。對于這些孩子和他們的家人來說，任何能夠改善認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能及生活質(zhì)量的治療方法都值得嘗試，但是還需要進(jìn)一步確認(rèn)這些治療方式對于患兒是否同樣有效，才能進(jìn)行下一步的臨床試驗(yàn)。

目前，團(tuán)隊(duì)正在優(yōu)化自閉癥基因治療工具，為臨床試驗(yàn)做準(zhǔn)備。