自闭症谱系障碍的病理生理学与突触后支架蛋白有因果关系，可以通过大量大规模的基因组研究和动物模型突变的体内外研究得到证明。然而，由于在ASD患者中观察到不同的表型和遗传异质性，个体突变基因只占病例的一小部分。一项人类遗传学研究揭示了FERM结构域包含5(FRMD5)的从头变异与神经发育异常之间的相关性。
基于此，2024年1月16日北京大学基础医学院神经生物学系张宏权研究团队在Molecular Psychiatry杂志发表了“Deficiency of FRMD5 results in neurodevelopmental dysfunction and autistic-like behavior in mice”揭示了FRMD5的缺失会导致小鼠的神经发育功能障碍和自闭症样行为。
在这项研究中，作者证明了支架蛋白FRMD5的缺失会导致小鼠的神经发育功能障碍和ASD样行为。FRMD5缺失导致小鼠神经元形态学异常和突触功能障碍。FRMD5缺陷小鼠表现出学习和记忆障碍、社会功能受损和重复刻板行为增加。定量蛋白质组学显示，FRMD5的缺失影响了参与ASD病理过程的突触蛋白的分布。综上所述，作者的研究结果表明FRMD5在神经发育和ASD病理生理学中的关键作用，提示其对ASD的治疗具有潜在的治疗意义。
图一 敲除FRMD5会导致小鼠的ASD样行为异常
对来自小鼠不同器官的RTqPCR分析验证了FRMD5的表达模式，表明与在人类中观察到的模式相似。对大脑发育阶段皮质和海马的免疫印迹分析也显示FRMD5在小鼠大脑发育早期高表达。为了进一步表明FRMD5的功能，运用了FRMD5-KO小鼠，接下来进行了三箱社交测试和强迫行为测试揭示FRMD5在ASD中的功能，敲除FRMD5会导致较低的相互社交互动和嗅探。在家笼中进行的社会互动实验表明，敲除FRMD5并不影响家笼中的社交互动时间，敲除FRMD5也并不影响小鼠的嗅觉感觉。在FRMD5-KO小鼠中观察到更多的强迫性行为，包括梳理、攀爬和跳跃。敲除FRMD5并不影响动物运动功能。作者发现FRMD5- KO小鼠在新物体和位置识别测试中表现出新物体和位置识别的缺陷。在空间记忆方面，小鼠的FRMD5 KO对Y迷宫中的空间记忆有影响，而对Morris水迷宫和Y迷宫中的空间工作记忆没有影响。此外，FRMD5-KO小鼠在矿场试验、埋珠试验、高架O迷宫、热板试验或von Frey疼痛测试中无明显变化。总的来说，敲除FRMD5会导致小鼠复杂的ASD样行为异常，包括社交缺陷、强迫性行为增加和记忆异常。
图二 敲除FRMD5会导致海马体的树突状分支形态异常
为了进一步研究FRMD5在神经系统中的功能，作者探究了其在大脑各区域的分布。Western blot结果显示，FRMD5在海马中高表达，特别是在CA1和DG中。神经元树突突触发生发育异常是ASD的病理因素，敲除FRMD5导致CA1锥体神经元基底树突的长度和复杂性降低，但不影响CA1锥体神经元顶端树突的长度和复杂性。通过DG中的稀疏神经元标记， FRMD5-KO并不影响树突的长度和复杂性。在FRMD5-KO小鼠不影响小鼠体内皮质神经元的迁移或原代培养的海马神经元的极性。FRMD5缺失导致树突分支和脊柱形态异常进而导致神经发育障碍。
图三 FRMD5与ASD风险基因编码蛋白高度相关
为了探讨FRMD5缺失导致小鼠神经元功能和行为异常的分子机制，作者采用活细胞成像检测了FRMD5蛋白在神经元中的亚细胞定位。通过对原代海马神经元的活细胞成像，发现FRMD5位于细胞膜和细胞基质粘附区，特别是在树突棘的树突轴和基底膜区。蛋白印迹结果表明，FRMD5主要分布在细胞质和内膜结构中，特别是在突触后密度成分中。最后，作者运用定量蛋白质组学了解FRMD5缺乏影响细胞蛋白质组和潜在的分子机制，发现FRMD5与ASD风险基因编码蛋白高度相关，包括SHANK3，CEP290，CAMK2A和CAMK2B。FRMD5缺失与突触和神经递质受体高度相关，特别是突触AMPA和NMDA受体的激活及其神经传递。此外，FRMD5缺失导致SHANK3和CAMK家族支架蛋白的表达减少，这表明在ASD中，SHANK3和FRMD5之间的潜在相关性。
作者的研究结果表明FRMD5在神经发育和ASD病理生理学中的关键作用，表明对ASD治疗的潜在治疗意义。为ASD患者的个性化和精确治疗提供了新的方向。
https://doi.org/10.1038/s41380-024-02407-w
特别鸣谢
联系客服
