2025年9月24日，美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校醫(yī)學(xué)院Luigi Puglielli在Molecular Psychiatry發(fā)表：Increased expression of ATase1/NAT8B or ATase2/NAT8 in the mouse results in an autistic-like phenotype with altered dendritic branching and spine formation，揭示了在小鼠中增加ATase1/NAT8B或ATase2/NAT8的表達(dá)會導(dǎo)致類似自閉癥的表型，并伴有樹突分支和樹突棘形成的改變。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)乙?；ㄟ^ATase1/2調(diào)控糖蛋白質(zhì)量控制，依賴特定轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白輸入乙酰輔酶A，其基因拷貝數(shù)增加與自閉癥等神經(jīng)發(fā)育障礙相關(guān)。在此，作者構(gòu)建了在神經(jīng)元中特異性過表達(dá)人源ATase1或ATase2的小鼠模型。這些小鼠表現(xiàn)出類似自閉癥的行為并伴有突觸可塑性、神經(jīng)元形態(tài)以及突觸結(jié)構(gòu)和功能的改變。機(jī)制研究表明，廣泛的蛋白質(zhì)組變化和分泌途徑動力學(xué)的異常是導(dǎo)致突觸缺陷的根本原因。ATase1和ATase2過表達(dá)小鼠的表型與SLC25A1、SLC13A5和AT-1過表達(dá)模型相似。因此，綜合來看，作者的研究結(jié)果表明，細(xì)胞內(nèi)檸檬酸/乙酰輔酶A通路，其中ATases作為最終的效應(yīng)輸出，與某些罕見類型自閉癥譜系障礙的發(fā)病機(jī)制直接相關(guān)。

圖一 ATase nTg小鼠在神經(jīng)元中過表達(dá)AT酶

為了研究內(nèi)質(zhì)網(wǎng)乙酰轉(zhuǎn)移酶ATase1和ATase2在自閉癥譜系障礙（ASD）發(fā)展中的作用，作者構(gòu)建了在神經(jīng)元中過表達(dá)人源ATase1或ATase2的C57BL/6J小鼠。具體而言，使用了由Camk2啟動子驅(qū)動的Tet-Off系統(tǒng)。

結(jié)果：

這些動物（在此稱為ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠）在腦組織中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的ATase蛋白表達(dá)，通過針對人源ATase的抗體檢測得到證實。重要的是，通過與神經(jīng)元標(biāo)志物NeuN的共定位分析，確認(rèn)這種表達(dá)特異性地發(fā)生在神經(jīng)元中。

圖二 ATase nTg小鼠表現(xiàn)出類似自閉癥的行為和突觸可塑性的改變

為了探究任一乙酰轉(zhuǎn)移酶在神經(jīng)元中的特異性過表達(dá)是否會影響動物的行為，作者進(jìn)行了一系列標(biāo)準(zhǔn)化的行為學(xué)研究，重點(diǎn)考察與海馬、皮層以及社交相關(guān)的行為，這些測試方法此前已在SLC25A1 nTg、SLC13A5 nTg和AT-1 nTg模型中使用過。

結(jié)果：

在曠場實驗中，兩種轉(zhuǎn)基因小鼠總體上在探索場地的時間顯著減少，并明顯回避中心區(qū)域。在社交互動實驗中，野生型和轉(zhuǎn)基因小鼠均表現(xiàn)出對另一只小鼠的偏好，而非空杯子；然而，與野生型小鼠不同，轉(zhuǎn)基因小鼠無法區(qū)分熟悉和陌生的小鼠。此外，ATase1和ATase2 nTg小鼠的埋珠行為均顯著減少。兩種轉(zhuǎn)基因模型之間也觀察到一些細(xì)微差異：ATase2 nTg小鼠表現(xiàn)出更多的理毛行為，而ATase1 nTg小鼠則表現(xiàn)出不同的挖掘行為。最后，約50%的ATase1 nTg小鼠和28%的ATase2 nTg小鼠表現(xiàn)出重復(fù)性的跳躍行為。在曠場實驗中評估垂直活動和移動時間，以及在明暗箱實驗中評估總體探索行為時，ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠與野生型對照組相比均未表現(xiàn)出顯著差異。此外，在新物體識別和恐懼條件反射實驗中也未觀察到差異?？傮w而言，ATase1和ATase2 nTg小鼠表現(xiàn)出多種行為異常，這些異常也在其他自閉癥譜系障礙的嚙齒類動物模型中被觀察到，包括SLC25A1 nTg、SLC13A5 nTg和AT-1 nTg模型。作者對ATase nTg小鼠進(jìn)行組織學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)腦結(jié)構(gòu)異常，但電生理記錄顯示其海馬Schaffer側(cè)支通路的長時程增強(qiáng)（LTP）顯著增強(qiáng)，而長時程抑制（LTD）無變化。高爾基染色揭示CA1錐體神經(jīng)元樹突棘密度增加，該形態(tài)改變與LTP增強(qiáng)一致，提示突觸可塑性異?？赡苁切袨楸硇偷臋C(jī)制基礎(chǔ)。

圖三 來自ATase nTg小鼠的原代海馬神經(jīng)元表現(xiàn)出樹突分支增多、樹突棘密度增加以及自發(fā)活動增強(qiáng)

為了在海馬神經(jīng)元中驗證上述結(jié)果，作者培養(yǎng)了海馬神經(jīng)元并重復(fù)了相同的實驗。

結(jié)果：

再次觀察到樹突分支數(shù)量增加以及樹突棘密度升高。這些形態(tài)學(xué)變化同時伴隨著突觸蛋白Syn-1和Psd-95的熒光斑點(diǎn)數(shù)量增多，以及兩者共定位的斑點(diǎn)數(shù)量增加。ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠的海馬神經(jīng)元在體外培養(yǎng)第21天和第28天時，多電極陣列芯片上活躍電極的比例也更高。然而，與皮層神經(jīng)元相比，其活動性的變化并不那么顯著。這些數(shù)據(jù)表明，ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠的原代神經(jīng)元在體外表現(xiàn)出顯著的形態(tài)和功能改變，具體表現(xiàn)為樹突分支和樹突棘密度增加，同時伴隨神經(jīng)元興奮性升高。重要的是，這些體外實驗結(jié)果與體內(nèi)觀察到的樹突棘密度增加和長時程增強(qiáng)增強(qiáng)的現(xiàn)象高度一致。

圖四 ATase1 nTg和ATase2 nTg小鼠表現(xiàn)出分泌途徑功能的異常參與

總體而言，非靶向蛋白質(zhì)組學(xué)分析揭示了不同組織（海馬體與皮層）和不同模型（ATase1 nTg與ATase2 nTg）之間的差異；但同時也表明，大腦對任一ATase的過表達(dá)存在共同的響應(yīng)，這種響應(yīng)影響了神經(jīng)元發(fā)育、樹突分支生長以及功能性突觸形成等基本神經(jīng)事件。重要的是，所有這些生物學(xué)過程都高度依賴于分泌途徑的參與和效率并與ATase的生物化學(xué)及生物學(xué)功能密切相關(guān)。蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示，跨模型差異蛋白主要富集于蛋白質(zhì)合成、折疊運(yùn)輸及分泌途徑。為驗證分泌途徑的參與，作者使用唾液酸前體ManAz標(biāo)記原代神經(jīng)元表面糖蛋白，發(fā)現(xiàn)ATase1/2 nTg小鼠樹突棘上ManAz信號顯著增加。由于唾液酸修飾發(fā)生在高爾基體晚期，其增多表明新生糖蛋白在過表達(dá)ATase的神經(jīng)元中分泌轉(zhuǎn)運(yùn)增強(qiáng)。該結(jié)果與蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)一致，支持分泌途徑活性上升驅(qū)動了樹突棘密度增加等形態(tài)學(xué)改變。

綜上所述，作者證明了在小鼠前腦神經(jīng)元中過表達(dá)ATase1或ATase2會導(dǎo)致類似自閉癥的表型，表現(xiàn)為突觸可塑性和神經(jīng)元形態(tài)的改變。從機(jī)制上看，該表型與分泌途徑的異常激活密切相關(guān)。

文章來源：https://doi.org/10.1038/s41380-025-03228-1