自闭症是一组具有复杂分子基础的异质性疾病的集合。死后大脑研究的证据表明，自闭症患者的早期产前发育可能会发生改变。从患有大头畸形的自闭症个体中产生的诱导多能干细胞（iPSCs）也表明产前发育是这种疾病的关键时期。但是对于自闭症产前阶段早期细胞活动的改变知之甚少。
自闭症iPSC衍生神经元的神经发育基因表达和神经玫瑰花环的形成
Figure 1. Differentiation of iPSCs into cortical lineage reveals gene expression and neural rosette formation differences between control and autism.
孤独症iPSCs前脑前体谱系的改变
孤独症iPSCs中观察到的异常玫瑰花环结构可能提示孤独症IPSCs中神经元分化的早熟或不典型。为了研究这种可能性，使用基于HCS的方法，在皮质分化的关键阶段-第9天、第21天和第35天-分析了皮质分化的iPSCs的基本发育标志物（AX6和Tuj1）。
结果表明，对照iPSC来源的前体细胞在分化早期表达PAX6和Tuj1，而自闭症iPSCs在同一时期表达较低的PAX6和Tuj1。超过这一阶段，自闭症iPSCs中PAX6和Tuj1的获得率更高，而对照组和自闭症iPSCs之间的差异在第21天大幅缩小。
Figure 2. Atypical cortical differentiation of autism induced pluripotent stem cells.
iPSC研究将GABA(γ-氨基丁酸)-谷氨酸能前体细胞和神经元功能失衡与大头畸形相关的细胞增殖表型联系在一起，Dwaipayan Adhya等人也探讨了在自闭症iPSCs中是否可以观察到类似的GABA-谷氨酸能前体细胞存在的失衡。通过研究表达 EMX1和 GAD67的前体细胞的发育情况，前者表达于前脑背侧(谷氨酸能)神经元和前体细胞，后者是GABA合成途径中的限速酶，已知表达在GABA能细胞。
结果显示，与观察到的PAX6和Tuj1表达细胞相似，自闭症组与对照组的EMX1和GAD67的表达也表现出明显的变异性。第9天，对照组的EMX1表达明显高于自闭症神经前体，第21天，两组EMX1的表达似乎保持稳定，对照前体仅略有减少，而自闭症组则略有增加；在这一阶段，对照神经前体细胞的EMX1表达明显高于自闭症神经前体细胞。在第35天的未成熟神经元中，与第9天和第21天的前体细胞相比，对照和自闭症神经元中EMX1的表达都减少了；然而，自闭症组的减少明显更严重，GAD67在自闭症IPSCs和对照组IPSCs中的表达趋势与之相反。
总之，自闭症iPSCs在皮质前体细胞和前脑背侧和腹侧前体细胞的细胞类型分配率上存在显著差异。这些细胞表型发生在皮质分化过程中细胞增殖没有变化的情况下，这与以前的研究不同。
Figure 3. Atypical differentiation into dorsal and ventral forebrain precursors in autism.
中脑底板前体细胞的生成显示对照组和自闭症iPSCs之间的差异可以忽略不计
接着，Dwaipayan Adhya等人试图确定对照组和自闭症患者的iPSCs是否都能有效地分化为另一种神经元的神经前体细胞，特别是中脑多巴胺神经元（由位于神经管底板腹侧中线的细胞产生的中脑底板前体细胞(mFPPs)产生的）。对照组和自闭症mFPPs中转录因子LMX1A 和FOXA2的表达没有差异，显示对照组和自闭症iPSCs在中脑谱系分化方面的差异可以忽略不计。
在这项研究中，使用了来自独立队列和患有自闭症但没有大头畸形的个体的iPSCs，发现自闭症诱导多能干细胞向大脑皮层分化，而不是向中脑分化，导致非典型神经发生过早成熟和神经前体细胞异常分化。这些细胞/分子表型的鉴定使我们能够在具有异质遗传背景的队列中找到共同的细胞通路。未来，类似设计的研究将有助于确定哪些细胞通路构成这些表型的基础，并可能有助于提高诊断水平，进一步了解自闭症的起源。
作者信息
编译作者：PiKa（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
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