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加州大学圣地亚哥分校新闻

新的研究表明,胚胎大脑过度生长决定了自闭症的严重程度

brain cortical organoids

一些患有严重自闭症的儿童在社交、语言和认知技能方面终生困难,甚至缺乏说话能力。其他人则会经历更轻微的症状,这些症状会随着时间的推移而改善。

直到现在,结果的差异对科学家来说一直是个谜。加州大学圣地亚哥分校的研究人员发表在《分子自闭症》上的一项新研究首次阐明了这个问题。其研究结果包括:自闭症谱系障碍的这两种亚型的生物学基础在胚胎发育的最初几周和几个月内发展。

研究人员使用了来自10名自闭症幼儿和6名同龄神经典型“对照”的血液样本的诱导型多能干细胞(iPSC)。他们能够被重新编程到任何类型的人类细胞中,他们使用iPSCs来创建大脑皮层类器官(BCO)——胚胎发育最初几周的大脑皮层模型。从自闭症幼儿的干细胞中生长出来的名副其实的“迷你大脑”比神经典型对照组的干细胞长得大得多——大约40%,这表明每个孩子的胚胎发育过程中都发生了明显的生长。

“我们发现胚胎BCO尺寸越大,孩子后来的自闭症社会症状就越严重,”加州大学圣地亚哥分校的Eric Courchesne说,他是该研究的首席研究员,也是神经科学系自闭症卓越中心的联合主任。“患有严重自闭症的幼儿,这是最严重的自闭症类型,在胚胎发育过程中BCO过度生长。那些有轻度自闭症社会症状的人只有轻微的过度生长。

与此同时,BCO表现出的过度生长越多,在深度自闭症儿童大脑的社会区域中发现的过度生长就越多,并且儿童对社会刺激的关注度就越低。与加州大学圣地亚哥分校自闭症卓越中心研究的成百上千名幼儿的规范相比,这些差异是显而易见的。更重要的是,患有严重自闭症的幼儿的BCO生长得太快,也太大。

“大脑越大越好并不一定是真的,”桑福德干细胞研究所综合空间干细胞轨道研究中心主任Alysson Muotri博士表示同意。Muotri 和 Courchesne 合作开展了这项研究,Muotri 贡献了他专有的 BCO 开发协议,他最近通过发表在 Nature Protocols 上分享了该协议,以及他在 BCO 测量方面的专业知识。

因为深度自闭症和轻度自闭症最重要的症状是在社会情感和沟通领域经历的,但严重程度不同,“迫切需要了解这两种自闭症亚型的胚胎起源的差异,”Courchesne说。“这种理解只能来自像我们这样的研究,这些研究揭示了他们社会挑战的潜在神经生物学原因以及它们何时开始。

巴西圣保罗联邦大学药理学教授Mirian A.F. Hayashi博士和她的博士生João Nani确定了BCO过度生长的一个潜在原因。他们发现,调节胚胎大脑生长的蛋白质/酶NDEL1在自闭症患者的BCO中减少。表达越低,BCO越大。

“确定NDEL1不能正常工作是一个关键的发现,”Muotri说。

Courchesne,Muotri和Hayashi现在希望查明自闭症大脑过度生长的其他分子原因 – 这些发现可能导致开发缓解自闭症患者社交和智力功能的疗法。

该研究的合著者包括 Vani Taluja、Sanaz Nazari、Caitlin M. Aamodt、Karen Pierce、Kuaikuai Duan、Sunny Stophaeros、Linda Lopez、Cynthia Carter Barnes、Jaden Troxel、Kathleen Campbell、Tianyun Wang、Kendra Hoekzema、Evan E. Eichler、Wirla Pontes、Sandra Sanchez Sanchez、Michael V. Lombardo 和 Janaina S. de Souza。

资金:这项工作得到了美国国家耳聋和沟通障碍研究所、美国国立卫生研究院、加州再生医学研究所和哈特韦尔基金会的资助。我们感谢圣地亚哥蹒跚学步的孩子的父母,他们的干细胞被重新编程为BCO。

披露:Muotri是TISMOO的联合创始人并拥有股权,TISMOO是一家致力于基因分析和人脑器官发生的公司,专注于为自闭症谱系障碍和其他神经系统疾病起源遗传学定制的治疗应用。该安排的条款已由加州大学圣地亚哥分校根据其利益冲突政策进行审查和批准。Eichler 是 Variant Bio, Inc. 的科学顾问委员会成员。其他作者没有利益冲突需要声明。

关于加州大学圣地亚哥分校自闭症卓越中心

加州大学圣地亚哥分校自闭症卓越中心是自闭症研究的世界领导者。它取得了开创性的发现,通过创新的行为和眼动追踪测试,能够早期发现和治疗婴幼儿的自闭症。该中心在自闭症发育神经生物学方面的突破性发现导致了对自闭症分子、细胞和大脑生长和功能原因的基础知识。

关于桑福德干细胞研究所

桑福德干细胞研究所(SSCI)是再生医学领域的全球领导者,也是太空干细胞科学和创新的中心。SSCI旨在促进关键的基础研究发现、转化进展和临床进展——在地面和太空——为患者开发和提供新的治疗方法。SSCI由Catriona Jamieson博士指导,她是癌症干细胞生物学领域的领先医师科学家,其研究探索了空间如何改变癌症进展的基本问题。

brain cortical organoid illustration
利用大脑皮层类器官(BOCs)和全面的社会脑成像,社会眼动追踪和社会行为测试,Courchesne及其同事发现,严重的自闭症始于胚胎发生。胚胎BCO的过度生长越大,幼儿时期的自闭症社会症状就越严重。 患有深度自闭症的幼儿是最严重的自闭症类型,在胚胎发育过程中具有最极端的 BCO 过度生长。

新闻旨在传播有益信息,英文版原文来自https://today.ucsd.edu/story/embryonic-brain-overgrowth-dictates-autism-severity-new-research-suggests