脆性X綜合征（FXS）是智力障礙最常見的遺傳性原因，也是自閉癥譜系障礙（ASD）的最大單一遺傳因素，具有特征性的執(zhí)行功能障礙、學(xué)習(xí)缺陷和社交焦慮。

由威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的趙新宇教授于2023年6月26日在Nature Communicatios（IF=16.6）上發(fā)表的研究“Elevated levels of FMRP-target MAP1B impair human and mouse neuronal development and mouse social behaviors via autophagy pathway”。該研究表明，升高的MAP1B導(dǎo)致神經(jīng)元自噬缺陷，與人類ASD發(fā)生密切相關(guān)。通過雷帕霉素治療，可能是FXS和ASD的一種有希望的潛在治療方法。

主要研究結(jié)果

1.FMRP缺乏導(dǎo)致MAP1B水平升高，從而損害樹突發(fā)育和人類神經(jīng)元的興奮性

研究觀察到與對照LV-shNC感染的皮質(zhì)神經(jīng)元相比，LV-shFMR1感染的皮質(zhì)神經(jīng)元中的MAP1B表達(dá)水平顯著增加（圖1a–c）。與對照組相比，具有MAP1B的人類神經(jīng)元也顯示出樹突復(fù)雜性和樹突總長度的顯著降低（圖1e–g)，同時也表現(xiàn)出過度興奮性（圖1H–J）。

我們進(jìn)行了全細(xì)胞膜片鉗記錄以評估神經(jīng)元的內(nèi)在興奮性。MAP1B神經(jīng)元需要更少的注入電流來激發(fā)動作電位（較低的流變基電流），并且與沒有升高的MAP1B的神經(jīng)元（Ctrl）相比，響應(yīng)電流注入顯示出更高的尖峰頻率（圖1k, l），這與MEA測量的興奮性增加一致。

我們通過記錄微型興奮性突觸后電流（mEPSC）進(jìn)一步評估了這些神經(jīng)元中的突觸傳遞，與對照神經(jīng)元相比，研究發(fā)現(xiàn)MAP1B神經(jīng)元的頻率和振幅降低，這可能是由于樹突狀成熟受損引起的（圖1m-o）。因此，MAP1B 升高會導(dǎo)致人類神經(jīng)元過度興奮和突觸傳遞受損。綜上所述，FMRP缺乏導(dǎo)致MAP1B升高且MAP1B會損害人類神經(jīng)元的形態(tài)和電生理成熟。

圖1. MAP1B水平升高導(dǎo)致樹突發(fā)育受損，人類神經(jīng)元電生理學(xué)改變

2.PFC中MAP1B水平升高導(dǎo)致成年雄性小鼠出現(xiàn)ASD樣社會行為

研究發(fā)現(xiàn)，與正常人群相比，ASD人群中MAP1B轉(zhuǎn)錄物的水平顯著更高，但在BPD或SCZ人群中則不然（圖2a），表明MAP1B可能是FXS和ASD的收斂分子特征。因此評估了PFC中MAP1B表達(dá)的增加是否可能對小鼠的ASD和FXS相關(guān)行為產(chǎn)生直接影響。結(jié)果表明PFC興奮性神經(jīng)元中的MAP1B有助于FXS和ASD中發(fā)現(xiàn)的社會行為缺陷（圖2）。

圖2. MAP1B水平升高會導(dǎo)致類似自閉癥的行為

3.MAP1B 升高導(dǎo)致神經(jīng)元自噬缺陷

為了研究MAP1B對神經(jīng)元樹突發(fā)育和行為影響的分子機(jī)制，使用BioGRID數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)MAP1B與多種自噬相關(guān)蛋白相互作用。首先檢查到MAP1B過表達(dá)，導(dǎo)致LC3減少，蛋白質(zhì)印跡分析顯示，與對照細(xì)胞相比，MAP1B過表達(dá)神經(jīng)元中的LC3-II水平較低，但LC3-I水平不變（圖4d,e)，表明MAP1B影響自噬體形成而不是自噬體-溶酶體融合，通過給予巴菲霉素A1 (BafA1)抑制自噬體與溶酶體融合得到相同結(jié)果（圖3f-g）。

在具有MAP1B過表達(dá)的小鼠原代神經(jīng)元中觀察到的自噬缺陷是由于自噬體形成減少而不是自噬體-溶酶體融合。即自噬體形成減少是細(xì)胞自噬受損的常見原因。自噬體將蛋白質(zhì)和細(xì)胞器遞送到溶酶體，以便通過貨物適配器蛋白（如p62）進(jìn)行降解。當(dāng)自噬體形成減少時，最終的降解步驟也會減少，導(dǎo)致p62積累。我們發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，MAP1B-過表達(dá)神經(jīng)元中p62表達(dá)增加（圖4h- p)。

圖3. MAP1B水平升高導(dǎo)致小鼠神經(jīng)元自噬缺陷

4.MAP1B水平升高會隔離細(xì)胞LC3蛋白并防止其在神經(jīng)元中的脂化

研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，來自MAP1B過表達(dá)細(xì)胞的GFP-LC3融合蛋白拉動了更多的MAP1B和更少的ATG7（圖4b–d），提示MAP1B-LC3相互作用增加，但MAP1B過表達(dá)細(xì)胞中ATG7-LC3相互作用減少。這些結(jié)果表明，MAP1B過表達(dá)隔離細(xì)胞LC3-I，從而減少LC3與脂質(zhì)化機(jī)制的相互作用。

與對照神經(jīng)元相比，MAP1B過表達(dá)神經(jīng)元具有更多的MAP1B-LC3-PLA（圖4e,f)相反，與對照神經(jīng)元相比，MAP1B-EE神經(jīng)元中ATG7-LC3-PLA減少（圖4g)。因此，MAP1B過表達(dá)隔離細(xì)胞LC3-I并阻止其脂化，導(dǎo)致自噬體形成減少和神經(jīng)元自噬受損（圖4a)。

圖4. 升高的MAP1B螯合LC3并阻止其在神經(jīng)元中的脂化

5.自噬的激活拯救了神經(jīng)元缺陷

雷帕霉素治療拯救了MAP1B過表達(dá)誘導(dǎo)的神經(jīng)元缺陷，但值得注意的是，雷帕霉素治療部分挽救了FMRP缺陷神經(jīng)元受損的樹突狀形態(tài)。這些數(shù)據(jù)表明，敲低MAP1B和激活自噬都可以挽救FMRP缺陷誘導(dǎo)的神經(jīng)元缺陷。

6.結(jié)論

總之，該研究明確MAP1B升高與ASD表型之間的因果關(guān)系，揭示了針對自噬途徑的機(jī)制和潛在的治療方法。無論MAP1B水平升高是原因還是結(jié)果，輕度升高的MAP1B確實(shí)與人類ASD發(fā)生相關(guān)。靶向自噬途徑，例如使用雷帕霉素治療，可能是FXS和ASD的一種有希望的潛在治療方法。

參考文獻(xiàn)：

Guo Y, Shen M, Dong Q, Méndez-Albelo NM, Huang SX, Sirois CL, Le J, Li M, Jarzembowski ED, Schoeller KA, Stockton ME, Horner VL, Sousa AMM, Gao Y; Birth Defects Research Laboratory; Levine JE, Wang D, Chang Q, Zhao X. Elevated levels of FMRP-target MAP1B impair human and mouse neuronal development and mouse social behaviors via autophagy pathway. Nat Commun. 2023 Jun 26;14(1):3801.

文獻(xiàn)鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-39337-0

編譯作者：brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊

標(biāo)簽：腦科學(xué)