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小鼠中的自閉癥相關特征是由于隔離肌盲樣蛋白（MBNL）和自閉癥風險基因的RNA錯誤剪接引起的。基因組范圍內特定基因的串聯重復擴展已被與自閉癥譜系障礙（ASD）相關聯。其中一個突變是DMPK基因3′非翻譯區中的CTG串聯重復擴展，這種突變已知會導致1型肌強直性營養不良（DM1）。盡管自閉癥和肌強直性營養不良之間存在明確的臨床關聯，但這種聯系的分子基礎尚不清楚。

基于此，2025年4月21日，Ryan K. C. Yuen研究團隊在nature neuroscience雜志發表了“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型肌強直性營養不良模型小鼠中的自閉癥相關特征是由于MBNL蛋白的隔離以及自閉癥風險基因的RNA錯誤剪接引起的。

在本研究中發現，含有CUG重復序列的突變型DMPK RNA會隔離MBNL剪接因子從而改變大腦發育過程中自閉癥風險基因的RNA剪接模式，特別是與自閉癥相關的一類微外顯子。作者證明，攜帶DMPK-CTG的小鼠模型和Mbnl基因敲除小鼠模型均重現了與自閉癥相關的錯誤剪接特征，同時表現出社交行為缺陷和對新奇刺激反應的改變。這些發現表明，肌強直性營養不良相關的自閉癥是由自閉癥風險基因在發育過程中的錯誤剪接引起的。

圖一 人類DM1前額葉皮層中自閉癥風險基因的錯誤剪接

前額葉皮層協調執行功能，而在自閉癥譜系障礙患者的大腦該區域中觀察到了轉錄組范圍的變化。為了研究DMPK-CTG擴展突變是否會導致前額葉皮層中ASD風險基因的RNA錯誤剪接，作者分析了來自人類1型肌強直性營養不良大腦布羅德曼10區的RNA測序數據。對于差異可變剪接分析，作者計算了五種AS事件類型的剪接百分比變化。在DM1中的約184,000個AS事件和約16,000個基因中，有1%的AS事件滿足作者在總7%錯誤剪接基因中的錯誤剪接標準。為了評估DM1錯誤剪接與ASD的相關性，作者檢索了38個基因集合和可用數據庫。發現79%的基因集合中存在顯著的錯誤剪接事件富集，在應用更嚴格的錯誤剪接標準后仍有61%的富集，表明這一趨勢具有一致性。在兩項MSSNG研究中共有的36個高可信度ASD風險基因中，有6個在DM1中發生了錯誤剪接，包括SCN2A、ANK2和SHANK2。作者還發現了與杜氏肌營養不良相關的DMD基因的錯誤剪接，這種疾病也與ASD相關。還檢測到CTG擴展長度與ASD風險基因錯誤剪接事件之間的顯著正相關。總之，這些結果表明DM1前額葉皮層中的DMPK-CTG擴展擾亂了ASD風險基因的剪接。

圖二 DM1 和 Mbnl 條件性雙敲除小鼠前額葉皮層中的微小外顯子錯誤剪接

為了進一步研究MBNL在調控ASD風險基因中的作用，對成年Mbnl1?/?;Mbnl2c/c;Nestin-Cre+/?條件性雙敲除小鼠（Mbnl cDKO）額葉皮層樣本的RNA測序數據進行了差異可變剪接分析。Mbnl cDKO小鼠提供了一個神經系統特異性模型，其中Mbnl1在所有組織中不表達而Mbnl2僅在神經系統中丟失，包括神經元和膠質前體細胞。Mbnl cDKO的特點是RNA錯誤剪接、皮層神經元和突觸結構改變以及大腦廣泛解剖學變化。總共檢測到5%的可變剪接事件在13%的基因中發生錯誤剪接。與人類DM1類似，61%的基因集合在Mbnl cDKO中顯著富集，包括ASD風險基因集合。作者在人類DM1和小鼠Mbnl cDKO皮層中檢測到了SFARI、MSSNG-2017和MSSNG-2022中ASD風險基因錯誤剪接的顯著重疊，這些系統具有不同的特性（如突變類型）。總共鑒定出55個常見錯誤剪接的ASD風險基因包括SCN2A。所有這些結果表明，MBNL的缺失擾亂了人類DM1皮層中ASD風險基因的剪接。RBFOX1剪接調節因子在DM1皮質類器官中下調，RBFOX旁系同源物在ASD大腦中也下調。差異基因表達分析顯示，人類DM1皮層中RBFOX1 RNA水平下降了21%。為了探索RBFOX1下調對DM1中ASD風險基因錯誤剪接的影響，作者分析了來自RBFOX1敲低分化原代人類神經祖細胞的RNA測序樣本。分析揭示了RBFOX1敲低中有235個錯誤剪接事件。DM1中不到1%的錯誤剪接事件與RBFOX1敲低細胞中觀察到的事件重疊。總之，DM1皮層中ASD風險基因的錯誤剪接主要歸因于MBNL的缺失。

圖三 Mbnl2 敲除海馬中的錯誤剪接

Mbnl2是在成年小鼠和人類大腦皮層、海馬及小腦中主要表達的基因旁系同源物，這些區域已知與ASD相關。為了測試Mbnl2的缺失是否會在多個腦區中擾亂ASD風險基因的剪接，作者對成年Mbnl2敲除小鼠的額葉皮層、海馬和小腦中的Scn2a互斥外顯子（MXE）、Nrxn1微外顯子和Shank3微外顯子進行了RT–PCR剪接分析。在測試的三種可變剪接事件中，有兩種顯示錯誤剪接在海馬中最為顯著。因此，作者對來自Mbnl2敲除小鼠海馬體的RNA測序數據進行了差異剪接分析。總共4%的可變剪接事件在8%的檢測基因中受到干擾，其中包括Scn2a、Ank2、Nrxn1和Shank3。在Mbnl2敲除小鼠海馬中，ASD風險基因列表在錯誤剪接基因中顯著富集。作者發現17–25%的重疊錯誤剪接事件位于ASD風險基因中。僅Mbnl2的缺失就會影響多個成年ASD相關腦區（包括海馬）中ASD風險基因的可變剪接。

圖四 兩種 DM1 小鼠模型的社交行為缺陷

患有DM1的兒童在社交互動和溝通技能方面存在更高比例的障礙；因此，作者在DM1小鼠模型中研究了社交行為。作者首先選擇了雜合和純合的Dmpk-(CTG)480敲入（KI）小鼠模型，它們再現了DM1特征性的分子病理標志，包括MBNL在Dmpk-(CUG)480 RNA上的隔離、易感細胞類型中的RNA錯誤剪接以及DMPK蛋白的缺失。這些分子表型在純合Dmpk-(CTG)480 KI小鼠中比在雜合小鼠中明顯加劇。野生型同窩對照組和雜合Dmpk-(CTG)480/WT KI小鼠在三箱社交測試中明顯更傾向于選擇與新動物（陌生者）交互的房間，而不是新物體。相比之下，純合Dmpk-(CTG)480/480 KI小鼠對新動物房間沒有顯著偏好，表明其缺乏社交能力。作者評估了Mbnl1和Mbnl2敲除小鼠模型，Mbnl1敲除小鼠以肌肉（如肌強直）、免疫系統和視覺病理為特征導致探索路徑受限，無法進行社交互動評估。相比之下，Mbnl2敲除小鼠表現出中樞神經系統異常，包括神經元形態和突觸變化。Mbnl2敲除小鼠在三箱測試中未表現出顯著的探索缺陷。與純合Dmpk-(CTG)480/480 KI小鼠類似， Mbnl2敲除小鼠并未顯著更傾向于選擇與新動物交互的房間。Mbnl2敲除測試小鼠與新刺激小鼠的互動時間顯著少于野生型同窩測試小鼠，盡管總互動次數顯著增加。Mbnl2敲除小鼠與刺激小鼠之間的平均互動時長顯著減少，同時短暫互動（少于1秒）的發生率增加。野生型小鼠通常會追逐刺激小鼠以維持互動，而Mbnl2敲除測試小鼠在短暫互動后迅速退縮。野生型測試小鼠經常占據主導地位，表現為對刺激小鼠的騎跨和壓制，而Mbnl2敲除測試小鼠較少占據主導地位。刺激小鼠也更頻繁地向Mbnl2敲除測試小鼠發出威脅信號（如尾部搖動或發聲）。與野生型小鼠不同，當面對熟悉的動物（陌生者1）和新動物（陌生者2）時，Mbnl2敲除小鼠在三箱裝置中未表現出對社交新穎性的顯著偏好。Mbnl2敲除和Dmpk-(CTG)480/480 KI小鼠在巢材撕裂行為上較野生型同窩對照組減少。Mbnl2敲除小鼠還表現出埋珠行為的減少趨勢。這些任務中的行為模式揭示了Mbnl2敲除小鼠對新穎性的反應改變。總體而言，這些小鼠行為結果表明，無論是Dmpk-(CTG)480/480的表達還是MBNL2蛋白的缺失，都會導致社交互動缺陷和對新穎性的反應改變。分析中未發現性別的顯著影響。

總結

該研究拓展了自閉癥的病理機制，表明 RNA 剪接網絡異常可能是遺傳風險向行為表型轉化的關鍵樞紐。為DM1等神經肌肉疾病伴隨的神經精神癥狀（如認知障礙、情緒異常）提供了分子解釋，提示共病機制可能與MBNL依賴的剪接通路重疊。建立了“RNA剪接失調→自閉癥樣行為” 的新病理鏈條，為理解自閉癥的復雜病因和開發針對性干預策略提供了重要科學依據。

文章來源

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