研究揭示了自闭症患者与年龄相关的大脑差异

加州大学戴维斯分校MIND研究所研究人员领导的一项新研究证实，自闭症患者的大脑发育与典型的神经发育不同。根据发表在PNAS上的研究，这些差异与参与炎症，免疫反应和神经传递的基因有关。它们从童年开始，并在整个生命周期中不断发展。

在美国，大约每44名儿童中就有一名患有自闭症。自闭症患者的行为、交流和学习方式可能与神经典型人群不同。随着年龄的增长，他们经常在社交沟通和互动方面遇到挑战。

研究人员旨在了解大脑中的神经元如何交流以及年龄与自闭症之间的相互作用。他们研究了不同年龄自闭症患者大脑神经元的遗传差异，并将其与神经典型发育的人进行了比较。

早期的研究表明，某些大脑区域标志着早期过量，随后随着自闭症患者成年期的年龄增长，神经元的体积、连接性和细胞密度减少。

“神经元的初始过度和过度连接可能使大脑更容易受到早期衰老和炎症的影响，这可能导致大脑结构和功能的进一步变化，”共同资深作者Cynthia Schumann说。舒曼是精神病学和行为科学系的神经科学教授。她隶属于加州大学戴维斯分校MIND研究所。“了解自闭症患者的大脑在整个生命中如何变化将为早期干预提供机会。

方法

研究人员分析了27名已故自闭症患者和32名无自闭症患者的脑组织。这些人的年龄在2至73岁之间。

这些组织取自颞上回(STG)区域 - 大脑中负责声音和语言处理以及社会感知的区域。

“STG在整合信息方面发挥着关键作用。它有助于提供关于我们周围环境的意义。尽管它很重要，但它仍然相对未被探索，“舒曼评论道。“我们想了解自闭症中大脑这一关键部分的分子变化是如何发生的。

该团队使用激光捕获显微切割技术分析了脑组织以及分离的神经元。他们在STG组织和分离的神经元中研究了分子水平上的mRNA表达。mRNA将DNA代码翻译成细胞机器可以识别并用于制造不同身体功能的蛋白质的指令。

主要发现

该研究在自闭症患者的大脑中发现了194个明显不同的基因。在这些基因中，143个基因在自闭症大脑中产生的mRNA(上调)和51个在自闭症大脑中产生的mRNA(下调)比典型基因少。

下调的基因主要与大脑连接有关。这可能表明神经元可能无法有效地进行交流。神经元中过多的活动可能会导致自闭症患者的大脑衰老得更快。

该研究还发现自闭症大脑中热休克蛋白的mRNA更多。这些蛋白质对压力有反应，并激活免疫反应和炎症。

神经典型和自闭症人群与年龄相关的大脑差异

该研究在散装STG组织中确定了14个基因，这些基因显示了自闭症和神经典型个体之间的年龄依赖性差异，以及孤立神经元中的三个基因。这些基因与突触以及免疫和炎症途径有关。

例如，在典型的大脑中，HTRA2基因的表达在30岁之前要高得多，并且随着年龄的增长而降低。在自闭症患者的STG神经元中，该基因的表达水平开始降低并随着年龄的增长而增加。

“HTRA2的变化与神经元细胞损失和细胞功能有关 - 例如适当的蛋白质折叠，以及重复使用和回收细胞成分，”共同资深作者，神经病学系副教授Boryana Stamova解释说。她还隶属于MIND研究所。“HTRA2的作用对于正常的大脑功能至关重要。

研究人员还发现了自闭症脑组织中不同的炎症模式。一些免疫和炎症相关基因强烈上调，表明免疫功能障碍可能会随着年龄的增长而恶化。

该研究指出，参与γ-氨基丁酸(GABA)合成的基因表达与年龄相关。GABA是一种化学信使，有助于减缓大脑的速度。它作为一种抑制性神经递质。

“GABA以在控制焦虑和压力中的神经元多动方面产生抑制作用而闻名。我们的研究表明，自闭症患者大脑中参与GABA信号传导的基因存在年龄依赖性改变，“斯塔莫瓦说。

该研究发现了直接的分子水平证据表明，自闭症患者的神经元中的胰岛素信号传导发生了改变。它还注意到自闭症患者和阿尔茨海默病患者之间STG区域mRNA表达的显着相似性。这些表达可能与神经退行性和认知能力下降的可能性增加有关。

“我们研究结果对于了解自闭症患者大脑中发生的事情非常重要。随着时间的推移，确定这些变化使我们有机会考虑一些在某些时期可能更有用的干预措施，“舒曼说。