科學家解密導致大腦信號傳導中斷的分子機制

馬普研究所的科學家已經發現了一種遺傳缺陷分子機制的細節，這種缺陷將使得大腦信號傳導中斷并導致自閉癥。

利用動物模型，來自德國哥廷根的腦科學研究者探討了一些基因突變的影響，該類基因的突變將導致人類自閉癥，它們攜帶了neuroligin家族蛋白的構建指令。這項研究發表在今年9月21日出版的《神經科學雜志》上。研究顯示neuroligin能夠確保神經細胞間的信號傳遞使其發揮功能。在遺傳改造后的小鼠大腦中沒有neroligin，神經細胞的接觸點——突觸發育則不成熟。研究者猜測自閉癥患者也存在這樣類似的功能障礙。

自閉癥是最常見的精神疾病。大約0.5%的幼童會患有自閉癥譜中的一種綜合征。這種發育失調疾病的主要癥狀是語言能力發育遲緩甚至完全喪失語言能力，此外包括紊亂的社會行為以及會經常會重復某一行為舉止。在許多患者中常伴有智力殘疾。有些自閉癥個體在某一特定領域會表現出極高的智力或突出的技巧，可以稱之為天才，比如在電影《雨人》的主角所表現的那樣，但這種情況非常罕見。

直到上個世紀中葉，在一部分母親身上發現她們感情表現特別冷淡，這正是由于自閉癥的緣故。然而“冰箱母親”理論已經被駁倒。在1990年代被廣泛接受的一種看法是麻疹，腮腺炎和風疹疫苗可能會導致幼童患上自閉癥，但這一點也沒有科學根據。如今現在已經明了遺傳因素是導致這種疾病的癥結所在。關于雙胞胎的研究尤其令人信服的展示了這一事實——如果雙胞胎中的一個是自閉癥患者，那另一個患上同樣疾病的可能性介于80%-95%。

2003年，法國遺傳學家Thomas Bourgeron展示了一個家族調查的結果，這個家族有數名患有自閉癥的兒童，他們體內NLGN3和NLGN4X這兩個基因發生了突變，這導致了整個基因功能的喪失，這些基因功能的喪失還觸發了攜帶有同樣突變基因的父母患上了自閉癥。Bourgeron的工作在世界各國的神經科學研究機構中引發了軒然大波，因為NLGN基因并不是一個未知基因，它們編碼兩個蛋白名為neuroligin-3和neuroligin-4，這兩個蛋白被認為在神經細胞節點的結構中發揮了重要作用。

神經細胞在特異的節點（突觸）處互相通信。當刺激發生時，一個負責傳遞信號的神經細胞發送神經遞質。這些信號分子到達接受信號的細胞處，影響它的活動狀態——為信號接受細胞的突觸處“安裝天線”（與化學信號分子相結合的受體）?？茖W家推測如果神經細胞沒有neuroligin蛋白，這一過程可能就會被中斷。

Bourgeron公布他發現時，德國哥廷根馬普研究所的腦科學研究者Nils Brose和Frederique Varoqueaux與附近一所大學附屬醫院的同事Weiqi Zhang以及美國遺傳學家Thomas Südhof共同合作研究neuroligin已經十年時間了，然而他們只是在小鼠中進行研究，而不是在人身上?！拔覀円呀洏嫿送蛔冃∈?，就功能而言，這種小鼠攜帶著和自閉癥患者同樣的基因突變。我們這種小鼠也缺失neuroligin-3或neuroligin-4，”Brose說道。研究者們現在擁有第一只針對自閉癥的遺傳改造小鼠。

在《Neuron》雜志的一期特刊上Brose, Varoqueaux和Zhang發表了他們的研究，研究表明這個動物模型表現出了神經細胞間信號傳導障礙。Brose和他的同事Varoqueaux一起，構建了一株小鼠系，這株小鼠不僅缺失neuroligin-1或neuroligin-2（這兩種基因都與自閉癥相關），而且還同時缺失了這種蛋白已知的四種變體。因此缺失的后果相應的比自閉癥病人更為劇烈，這些病人通常只有一個neuroligin基因突變。由于不含任何一種neuroligin，神經系統的功能完全崩潰了，突變小鼠在出生后不久就迅速死亡。然而它們的神經細胞仍可從細節上進行研究。根據Brose的說法，“它們傳遞了重要的發現，不僅對于通常意義上腦科學來說是這樣，而且對于自閉癥的可能原因研究也是這樣。我們的研究展現了neuroligin負責調控突觸的成熟。它們確保了在信號接收細胞的突觸膜上有足夠的受體分子?！?/P>

是什么使得起初一個純粹的基礎研究項目轉而和醫學直接發生了聯系?！拔覀冊趎euroligin突變體中觀察到的功能失調現象比自閉癥患者大腦中發生得更加劇烈，”Brose說道，“我相信自閉癥是一種突觸相關的疾病——突觸病”。哥廷根馬普研究所的研究者們現在想要進行一項突變小鼠行為生物學的分析。這些突變小鼠并不是缺失所有的neuroligin，而是僅缺失neuroligin-3或neuroligin-4，這一點與neuroligin突變的自閉癥患者身上發生的一樣。相關的突變小鼠在實驗室構建完成已經很長時間了，“但是我們僅在數月之前才開始和專家一起分析它們的行為，”Brose說。第一批結果看起來就很有前景——neuroligin-4突變小鼠明顯存在紊亂的社會及焦慮行為?！叭绻谕蛔冃∈笾形覀兡軠y量出翔實的自閉癥相關的行為改變，那么最終跨往動物模型中的實驗性診斷和治療這一步將是可能的?！?/P>

從遺傳學家的視角來看，哥廷根的科學家已經有了針對自閉癥最好的動物模型。然而，目前還存在一個局限性：幾乎沒有例外，僅有少量的自閉癥病理是由neuroligin突變引起的，現在還沒人知道其他大多數的自閉癥患者是由哪一種遺傳缺陷引起的。