自闭症基因治疗如何逆转大脑类器官中相关基因突变

日前，美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员在Nature子刊上发表了一篇研究论文，指出包括自闭症和精神分裂症在内的几种神经系统疾病与大脑发育中所需的基因——TCF4（转录因子4）突变有关。

研究人员使用人大脑类器官，揭示自闭症相关基因突变是如何破坏神经发育的，并通过基因治疗恢复相关基因功能，有效挽救了被破坏的神经结构和功能。他们聚焦在Pitt-Hopkins综合征上，这是一种由TCF4基因突变引起的自闭症，患儿存在严重的认知和运动障碍。但Pitt-Hopkins综合征小鼠模型无法准确模拟患者的神经特征。

研究团队决定创建该疾病的人类模型，利用人工诱导干细胞技术，他们将来自自闭症患者的皮肤细胞人工诱导为干细胞，然后再培育成3D大脑类器官，并与来自正常细胞的大脑类器官进行对比。

这项研究的通讯作者Alysson Muotri教授表示，TCF4突变的大脑类器官比正常大脑类器官小得多。而其中许多细胞实际上不是神经元，而是神经祖细胞。这些细胞本应分裂并发育成熟为神经元，但在TCF4基因突变的大脑类器官中，这一过程出现了问题。

研究表明，TCF4基因突变导致下游的SOX基因和Wnt通路失调，这是指导胚胎细胞分裂增殖、成熟为神经元并迁移到大脑中正确位置的两个重要分子信号。由于通路失调，神经祖细胞不能有效地分裂增殖，因此产生的大脑皮层神经元较少，导致大脑类器官的结构受损和神经活动异常，以及认知和运动功能受损。

研究人员尝试对TCF4基因突变的大脑类器官进行基因治疗。他们先使用CRISPR介导的转录激活，激活TCF4基因表达，并直接使用腺相关病毒（AAV）载体或慢病毒（Lentivirus）载体递送TCF4基因实现表达。这两种方法都能有效提高TCF4表达水平，并在分子、细胞和电生理学水平上逆转TCF4基因突变大脑类器官的表型。这表明修复TCF4表达水平能够重建神经系统，并实现治疗作用。

Alysson Muotri教授表示，这些研究和治疗是在类器官水平上进行的，相当于产前大脑发育阶段，而在临床上，自闭症儿童往往在出生后才被诊断出来并接受治疗。对于这些孩子和他们的家人来说，任何能够改善认知和运动功能及生活质量的治疗方法都值得尝试，但是还需要进一步确认这些治疗方式对于患儿是否同样有效，才能进行下一步的临床试验。

目前，团队正在优化自闭症基因治疗工具，为临床试验做准备。