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有超過100個基因突變具有很高的自閉癥致病風險，但每個單獨的突變僅占總病例的一小部分，這種異質(zhì)性使得自閉癥治療方法的發(fā)展困難重重。這些具有患病風險的突變基因可以被劃分到相關功能的通路中，在涉及突觸蛋白、翻譯調(diào)節(jié)和染色質(zhì)修飾的通路中較為突出。為了盡可能減低基因的復雜性，最近的治療研究方案聚焦在了可以調(diào)節(jié)哺乳動物社交行為的神經(jīng)肽催產(chǎn)素以及血管加壓素上。在小鼠中，編碼催產(chǎn)素或其受體的基因突變會導致社會識別和社會獎勵信號的喪失。

本篇文章報道了一種自閉癥相關的突觸粘附因子Nlgn3的突變，該突變導致小鼠多巴胺神經(jīng)元的催產(chǎn)素信號受損，改變了小鼠社交能力測試的行為反應，并且Nlgn3的缺失還會破壞中腦腹側(cè)被蓋區(qū)域的翻譯穩(wěn)態(tài)。而利用一種新的、特異性、具有腦屏障穿透性的MAP激酶-相關激酶的抑制劑ETC-168治療Nlgn3敲除小鼠可以恢復mRNA的翻譯以及催產(chǎn)素信號反應。

研究確立了自閉癥風險因子Nlgn3、翻譯調(diào)節(jié)和催產(chǎn)素能信號之間存在著的聯(lián)系，通過對核心細胞功能/過程的研究為減少自閉癥異質(zhì)性提供了務實可行的方案。這一研究結(jié)果還可以應用于臨床，依據(jù)病人的患病機制進行分類，提高藥物靶向治療的成功率。

在社交適應/識別任務中，幼年Nlgn3KO小鼠的社交趨新性較野生型小鼠顯著降低（Fig. 1a-c）。以往的研究表示，對陌生同類的識別和反應依賴多條神經(jīng)回路，其中包括腹側(cè)被蓋區(qū)域的多巴胺能細胞（即VTA DA神經(jīng)元）。因此，研究人員利用Cre-loxP系統(tǒng)選擇性地在多巴胺能細胞中重新表達Nlgn3，發(fā)現(xiàn)幼年Nlgn3KO小鼠的社交趨新反應恢復至正常狀態(tài)（Fig. 1d-f）；同時，僅選擇性抑制VTA DA神經(jīng)元中的Nlgn3活性足以影響小鼠的社交趨新性（Fig. 1g-i）。另一實驗表明，利用催產(chǎn)素拮抗劑處理的野生型小鼠認知能力受到損傷（Fig. 1j-l），可以認為該檢測中的社交認知能力依賴于催產(chǎn)素受體。而VTA DA神經(jīng)元在社交趨新反應中的功能部分依賴于催產(chǎn)素引起的神經(jīng)元放電的增加。因此，作者在后續(xù)實驗中進一步研究了Nlgn3失活是否會影響此類神經(jīng)元對催產(chǎn)素的響應。

由于下丘腦核軸突釋放的催產(chǎn)素增加了投射到伏隔核（NAC）的VTA DA神經(jīng)元的放電能力，研究人員標記了投射到NAC的VTA DA神經(jīng)元，并對VTA切片中的神經(jīng)元進行了電生理記錄（Fig. 1m, n）。與野生型小鼠相比，Nlgn3KO小鼠VTA DA神經(jīng)元的基線放電頻率略有降低；值得注意的是，1μM催產(chǎn)素顯著增加了野生型小鼠細胞的放電頻率，但對Nlgn3KO小鼠的切片沒有影響（Fig. 1o-q）。上述實驗揭示了VTA對催產(chǎn)素的響應需要Nlgn3的存在。

Fig.1 | 缺乏Nlgn3的VTA DA神經(jīng)元中催產(chǎn)素的應答改變

在其他自閉癥風險因子（Cntnap2和Shank3b）敲除的小鼠體內(nèi)已報道過催產(chǎn)素能神經(jīng)元的丟失，但Nlgn3KO小鼠中卻沒有觀察到類似的催產(chǎn)素能神經(jīng)元密度的變化（Fig. 2a, b）。然而，熒光原位雜交（FISH）結(jié)果顯示，與野生型小鼠相比，Nlgn3KO小鼠VTA DA神經(jīng)元的Oxtr mRNA略有增加（Fig. 2c, d）。再對Nlgn3KO小鼠VTA進行shotgun蛋白質(zhì)組學檢測，通過GO和蛋白互作網(wǎng)絡功能分析鑒定出分子變化主要集中在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運、細胞粘附和mRNA翻譯過程中（Extended Data Fig. 4b-d）。已有研究證實，mRNA翻譯失調(diào)與神經(jīng)元可塑性缺陷存在聯(lián)系，且Nlgn3KO小鼠的VTA DA神經(jīng)元可塑性可被行為誘導改變。因此，作者利用甲硫氨酸類似物AHA插入實驗比較了naive和behaviourally exposed的野生型小鼠和Nlgn3KO小鼠中VTA DA神經(jīng)元的翻譯能力：與野生型相比，naive Nlgn3KO小鼠中甲硫氨酸類似物AHA的結(jié)合減少了；但是在接受處理的Nlgn3KO小鼠的VTA DA神經(jīng)元中，AHA的結(jié)合增加了（Fig. 2e-g）。實驗結(jié)果表明，突變小鼠中翻譯穩(wěn)態(tài)的紊亂有賴于相關信號的激活。

Fig2 | Nlgn3^KO小鼠VTA中翻譯調(diào)節(jié)的破壞

Extended Data Fig. 4 | Nlgn3小鼠中的核糖體蛋白和翻譯過程被改變

翻譯穩(wěn)態(tài)的紊亂被認為會通過影響眾多神經(jīng)元蛋白表達而損害神經(jīng)元可塑性以及神經(jīng)發(fā)育狀態(tài)。因此，作者試圖使Nlgn3KO小鼠的翻譯恢復正常，并檢測這是否會恢復VTA DA神經(jīng)元的催產(chǎn)素應答反應。

MAP激酶相互作用激酶（MNKs）是mRNA翻譯的關鍵調(diào)節(jié)因子（Fig. 3a）。研究人員重點研究了MNK的有效抑制劑ETC-168：在小鼠皮層神經(jīng)元in vitro實驗中，ETC-168能夠在不影響eIF4E、eIF4G和ERK1/2蛋白水平的情況下，降低eIF4E的磷酸化水平；WT小鼠in vivo實驗結(jié)果與其一致，并且藥物動力學實驗表明口服ETC-168具有顯著的腦穿透性（Fig. 3b-d）。隨后，研究人員又通過Fmr1KO小鼠的行為學實驗證實了ETC-168治療在改變行為表型方面的有效性。上述實驗表明，ETC-168是一種具有高度選擇性和腦穿透性的、可改變小鼠的認知行為的MNK1/2抑制劑。

值得注意的是，在Nlgn3KO小鼠的VTA中，eIF4E或MNK1的磷酸化水平和蛋白質(zhì)水平皆沒有發(fā)生改變。因此，作者下一個想要弄明白的問題是ETC-168治療是否會改變Nlgn3KO小鼠VTA的翻譯機制。

通過TMT蛋白質(zhì)定量檢測和GSEA富集分析顯示Nlgn3KO小鼠VTA中細胞質(zhì)核糖體核心蛋白增加，但線粒體的不增加（Fig. 3e）；用ETC-168抑制MNK可消除Nlgn3KO VTA核心核糖體蛋白的增加（Fig. 3f）。與vehicle處理的Nlgn3KO小鼠相比，用ETC-168處理過的Nlgn3KO小鼠組織切片中，AHA的結(jié)合顯著減少，與vehicle處理的野生型小鼠切片AHA結(jié)合水平相近（Fig. 3g–i）。

Fig3 | MNK抑制劑ETC-168可恢復Nlgn3^KO 小鼠VTA中的翻譯功能

在此之后， 研究人員測試了ETC-168治療是否恢復了Nlgn3KO小鼠的催產(chǎn)素反應和社交趨新反應（Fig. 4a）。，Nlgn3KO小鼠短期口服ETC-168能夠使催產(chǎn)素誘導的放電頻率增強至與野生型相同水平（Fig. 4b, c），恢復社交趨新能力，并且該藥物對野生型小鼠的社交行為無影響（Fig. 4d–f）。值得注意的是，ETC-168的耐受性良好，在長期治療中仍然有效（Extended Data Fig. 10）。因此，MNK抑制劑ETC-168可作為治療藥物用于改善Nlgn3KO小鼠的翻譯穩(wěn)態(tài)，進而恢復其催產(chǎn)素響應及社交趨新反應。

Fig4| MNK抑制使Nlgn3^KO小鼠恢復了社交趨新反應

Extended Data Fig. 10 | 長期ETC-168治療影響

綜上所述，本文作者從Nlgn3^KO小鼠模型入手，探究治療自閉癥的可行方法。通過基因編輯、電生理實驗、行為學實驗和免疫熒光標記等方法驗證了小鼠VTA DA細胞元中Nlgn3響應催產(chǎn)素信號，增加神經(jīng)元放電，從而進行社交趨新行為這一機理；利用蛋白質(zhì)組學的方法找出了Nlgn3缺失通過擾亂翻譯穩(wěn)態(tài)的方式損傷催產(chǎn)素應答和影響社交行為；并且找到了可以使Nlgn3^KO小鼠恢復正常生理反應和社交能力的MNK抑制劑——ETC-168，本研究不僅突出了該藥物的高度特異性以及腦屏障穿透能力，也拓寬了該抑制劑的應用疾病范圍。

作者還認為文章中展示的利用藥物抑制MNKs的治療思路，可能在今后為此類神經(jīng)發(fā)育條件下翻譯穩(wěn)態(tài)失調(diào)的病例提供一種新的治療策略。

此外，在兩種截然不同的基因模型中出現(xiàn)了相似的翻譯機制和表型的紊亂現(xiàn)象，暗示著自閉癥的遺傳異質(zhì)性或許能夠：歸類于數(shù)量較少的細胞核心過程中，那么針對這些核心過程的藥理學干預可能為更多的患者帶來治療的可行性。

作者：許梓妍

原文引用：doi:10.1038/s41586-020-2563-7