【原】Auts2通过影响葡萄糖代谢和氧化应激调控小鼠的自闭症样行为

自闭症易感性候选基因2（AUTS2）是ASD患者中最常见的突变基因之一。越来越多的证据表明，AUTS2与包括阅读障碍、癫痫以及颅面畸形和大脑畸形在内的许多神经疾病相关。先前的研究报道，AUTS2的缺失导致前脑兴奋性锥体神经元和树突棘数量减少，导致个体认知和社交能力受损。2013年，一项对ASD患者DNA甲基化的全基因组分析提示AUTS2可能参与了ASD的发病过程。然而，AUTS2缺失可能参与ASD发展的潜在机制尚不清楚。

葡萄糖代谢在ASD患者的社会行为中起着核心作用，有研究报道了这些个体大脑中的葡萄糖代谢降低。此外，基础研究通过c-2-脱氧葡萄糖成像证实了ASD样行为与糖代谢异常相关。非氧依赖性糖酵解和氧依赖性线粒体三羧酸（TCA）循环途径都有助于ATP的产生，这些理论支持了ASD患者大脑中的细胞能量学规律。然而，AUTS2在葡萄糖代谢中的作用，以及这些作用是否可能促进ASD的发展，尚未被研究。

在此背景下，2022年12月13日，首都医科大学同仁医院王古岩课题组与中国人民解放军总医院第一医疗中心麻醉科马玉龙课题组在Experimental Neurology发文揭示了Auts2通过影响葡萄糖代谢和氧化应激调控小鼠的自闭症样行为。

首先，课题组用Auts2-Flox雄性小鼠与 Emx1Cre雌性小鼠杂交产生Emx1阳性神经元（锥体神经元）特异性敲除Auts2的Auts2-cKO小鼠。行为学结果显示：Auts2-cKO小鼠的自我修饰时间显著增加，即具有重复样板样表型；其在旷场中央的进入次数和停留时间减少，表现出焦虑样表型；其在社交测试和三箱社交第一阶段中的社交偏好下降；在三箱社交第二阶段中对陌生鼠和熟悉鼠的探索时间没有差异，表现出社交新颖性缺陷。这些结果证明Auts2-cKO小鼠具有明显的ASD表型。

图1|三箱社交结果

为了评估大脑中的葡萄糖代谢，课题组进行了18F-FDG-PET和生物分布实验。结果显示：Auts2-cKO小鼠的大脑皮层中18F-FDG的标准化摄取值（SUV）和18F-FDG摄取（% ID/g）显著降低；Auts2-cKO小鼠大脑皮层中的葡萄糖水平也显著降低。这些结果表明：Auts2基因的下调降低了大脑对葡萄糖摄取。

图2|18F-FDG-PET和生物分布实验结果

进一步的免疫染色结果显示：与Auts2-Flox小鼠相比，Auts2-cKO小鼠的ROS和脂质过氧化副产物丙二醛含量显著增加；且Auts2-cKO小鼠体内的抗氧化酶（GSH和SOD）显著降低。这些结果表明Auts2基因下调加剧了氧化应激水平。

图3|免疫染色结果

葡萄糖6-磷酸（G6P）是葡萄糖进入糖酵解后形成的第一个中间体。Elisa结果显示：与Auts2- Flox小鼠相比，Auts2-cKO小鼠大脑皮层中的G6P、代谢G6P的葡萄糖6-磷酸脱氢酶（G6PDH）和下游磷酸戊糖途径（PPP）代谢物烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）的含量显著降低；且Auts2-cKO小鼠的乳酸水平也显著低于Auts2-Flox小鼠。这些结果表明：Auts2基因的下调扰乱了大脑的葡萄糖代谢过程。

图4|Elisa结果分析

考虑到ASD患者的糖代谢受损可能与线粒体功能有关。课题组比较了Auts2cKO和Auts2-Flox小鼠的线粒体代谢相关参数。WB结果显示：与Auts2-Flox小鼠相比，Auts2-cKO小鼠大脑皮层内参与线粒体融合的PGC1-α表达下调，而促进线粒体分裂的重组人线粒体分裂蛋白1（FIS-1）的表达上调；SIRT1和SIRT3已被证明可以调节线粒体功能。课题组发现，与对照组相比， Auts2-cKO小鼠中的SIRT1和SIRT3的蛋白水平降低。这些结果表明：Auts2表达下调诱导了线粒体功能障碍和SIRT1-SIRT3通路的下调。

图5|WB结果分析

总的来说，本文探讨了Auts2在ASD小鼠模型葡萄糖代谢中的作用，并发现Auts2的表达下调导致个体葡萄糖摄取不足和葡萄糖代谢不足，并引发氧化应激障碍和SIRT1-SIRT3通路的活性降低，从而诱发个体ASD样行为缺陷。该研究结果提供了Auts2与ASD发病机制有关的代谢途径之间的直接机制联系，并为Auts2缺陷障碍患者的靶向治疗提供了理论基础。

文章来源

 https:///10.1016/j.expneurol.2022.114298