研究揭示自闭症风险潜在原因的重要因素

科学家们德克萨斯农工大学医学院在大脑发育方面有了突破性的发现。这些新信息有助于我们理解大脑中使人类比其他哺乳动物更聪明的部分是如何发育的，并为导致智力障碍的原因提供了见解，包括自闭症谱系障碍．多年来，专家们已经知道，新皮层(大脑中控制认知、感知和语言等高级功能的部分)中的一层薄薄的细胞与哺乳动物的智力直接相关。新皮层的表面积越大，该生物的心智能力就越发达。例如，人类大脑皮层的厚度仅是老鼠的三倍。然而，人类大脑皮层的表面积是老鼠的1000倍。大脑这部分的畸形会发展为发育缺陷，包括自闭症谱系障碍和智力障碍。

目前尚不清楚的是，大脑这部分的进化扩张是如何以增加厚度为代价，优先扩大新皮层的表面积的。最早的人口是怎样的神经干细胞大脑的组成部分在这个过程中是一个关键因素。

“有很多，我们称之为，在新皮层中水平排列的单个处理单元。你拥有的表面积越大，你可以容纳的处理单元就越多，”医学院杰出教授、E.L. Wehner-Welch化学基金会主席Vytas A. Bankaitis说本研究，发表于细胞的报道．“问题是，在哺乳动物进化树上，为什么新皮层表面积相对于厚度要大得多?”为什么神经干细胞在增殖时是横向扩散的，而不是堆积在一起?”

这个问题很关键，因为当细胞没有扩散，而是堆积起来时，它会产生一个表面积更小、更厚的新皮层——这是在智力残疾甚至自闭症病例中观察到的特征。

该研究的合著者、医学院助理教授谢志刚说:“被研究最多的智力残疾遗传原因之一是一种最初被称为LIS1的基因突变。”“这种基因突变会导致大脑光滑，这与智力障碍有关。一个典型的观察结果是病人的大脑皮层比正常人要厚。最近也有研究确定了自闭症患者大脑的共同差异，包括这些人大脑皮层的异常增厚区域。”

科学家们早就知道，当神经干细胞分裂时，它们的细胞核在其解剖空间内上下移动，这是细胞周期的一个功能，这个过程被称为互动核迁移。他们通过使用细胞骨架网络来做到这一点，这种网络就像火车轨道一样，带有引擎，可以以严格控制的方式上下移动细胞核。虽然已经提出了几种观点，但为什么细胞核以这种方式移动，这种火车轨道网络是如何控制的，以及相互动力的核迁移在新皮层的发育中发挥什么作用，仍然是一个谜。

在他们的研究中，谢和班凯蒂斯为这些问题提供了答案。

至于原因，班凯蒂斯解释说，在新皮层发育的胚胎阶段，当如此多的细胞如此紧密地聚集在一起时，它们的细胞核上下移动会产生相反的向上和向下的力量，从而将分裂的神经干细胞扩散出去。

班凯蒂斯说:“想想牙膏。“如果你拿起牙膏管，放在你的双手之间，从底部往上推，从顶部往下推，会发生什么?”它会变平并展开。这就是它的工作原理。有一个向上的力和一个向下的力，这是由将这些细胞扩散开来的细胞核运动引起的。”

Xie和Bankaitis还演示了细胞是如何将几个不同的通路连接在一起，共同“告诉”新生神经干细胞该往哪里走。

班凯蒂斯说:“我认为，这是第一次真正将分子和信号通路结合在一起，表明这一过程是如何控制的，以及为什么它与神经发育缺陷有关。”“我们已经采取了一个生化途径，将其与细胞生物途径联系起来，并将其与一个与细胞核对话的信号途径联系起来，以促进核行为，产生一种力量，发展出复杂的大脑。它现在是一个完整的电路。”

这项研究的结果揭示了自闭症风险、智力残疾和神经管出生缺陷潜在原因的一个重要因素。关于调节新皮层形状的基本原理的新知识也将有助于设计更准确地反映感兴趣的发育过程的体外大脑培养系统，并改善神经药物开发的前景。

谢教授说:“虽然可能有很多原因可以解释为什么大脑皮层会变厚而不是变宽，但我们的工作为自闭症和智力障碍患者通常表现出更厚的皮层提供了一个新的视角。”“LIS1基因产物是核迁移的核心调节因子，包括我们在这项工作中研究的相互动力核迁移，这一事实支持了我们在本文中得出的结论。”

参考:磷脂酰肌醇转移蛋白/平面细胞极性轴通过支持互动核迁移调节新皮层形态发生。细胞的报道．2022; 39(9)。doi:10.1016 / j.celrep.2022.110869

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