STTT：中南大学李家大/温州医科大学宋伟宏发现自闭症谱系障碍发病的调控新机制

自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder， ASD）是儿童中最常见的神经发育障碍，其特征是语言发展、社会互动、重复性行为或兴趣不灵活。接触蛋白相关蛋白样2 (Contactin associated protein like 2， CNTNAP2）编码一个具有1331个氨基酸残基的跨膜蛋白（CNTNAP2），是一个被广泛证实的ASD易感基因。Cntnap2 缺陷小鼠也表现出自闭症相关行为，包括社交缺陷和重复行为。然而，CNTNAP2功能障碍和ASD的细胞机制仍不清楚。

2023年6月5日，中南大学李家大及温州医科大学宋伟宏共同通讯在Signal Transduction and Targeted Therapy在线发表题为“CNTNAP2 intracellular domain (CICD) generated by γ-secretase cleavage improves autism-related behaviors”的研究论文，该研究发现CNTNAP2的跨膜结构域内的一个基序与淀粉样蛋白-β前体蛋白(APP)的γ-分泌酶裂解位点高度同源，这表明CNTNAP2可能进行了蛋白水解裂解。进一步的生化分析表明，CNTNAP2被γ-分泌酶裂解，产生CNTNAP2胞内结构域(CICD)。

在Cntnap2 缺陷（Cntnap2）小鼠中，将CICD病毒递送至内侧前额叶皮层（mPFC）使ASD相关行为的缺陷正常化，包括社交缺陷和重复行为。此外，CICD促进钙/钙调素依赖性丝氨酸蛋白激酶(CASK)的核易位，以调节Prader Willi综合征基因Necdin的转录。Necdin缺乏导致小鼠的社会互动减少，而Necdin在mPFC中的病毒表达使Cntnap2小鼠的社会偏好缺陷正常化。因此，该研究结果揭示了CICD的一个关键功能，并强调了CNTNAP2-CASK-Necdin信号通路在ASD中的作用。

自闭症谱系障碍（ASD）是儿童中最常见的神经发育障碍，具有一组异质性临床综合征，其特征是语言发展缺陷、社会互动缺陷、重复行为或缺乏灵活的兴趣。超过70%的ASD患者伴有合并症，如注意缺陷多动障碍（ADHD）、癫痫、焦虑、抑郁、睡眠障碍、胃肠道和免疫问题。根据美国疾病控制与预防中心（CDC）2021年的报告，近几十年来，ASD的发病率稳步上升至1/44。然而，ASD临床和遗传特征的高度异质性极大地阻碍了对其遗传和病理机制的理解。

ASD是一种高度遗传性的疾病，数百个基因与患ASD的风险增加有关。来自遗传学、神经病理学和治疗学学科的研究结果集中在几个潜在的共同分子或细胞途径上，包括PI3K/mTOR信号通路、催产素活性和突触功能缺陷。PI3K/mTOR信号通路参与突触蛋白合成从而改变突触功能，并与N-甲基-D-天冬氨酸型谷氨酸受体(NMDARs)、代谢性谷氨酸受体(mGluRs)和AMPA型谷氨酸受体(AMPARs)等神经元表面受体的激活密切相关。此外，mTOR抑制剂如雷帕霉素和依维莫司可以改善某些自闭症动物模型的行为缺陷。据报道，催产素(OXT)和催产素受体(OXTR)的遗传变异与自闭症有关，OXT或OXTR基因敲除小鼠表现出与自闭症相关的行为异常。

OXT作为一种神经递质，其浓度和受体密度的动态变化可能影响神经回路，从而影响行为表现。一些典型的ASD动物模型也存在催产素系统异常，OXT治疗可以有效地挽救社交缺陷。可能的解释是，来自室旁核(PVN)的OXT增强了腹侧被盖区(VTA)的多巴胺释放，最终激活伏隔核(NAc)多巴胺D1神经元的兴奋性，从而增强社会行为。最近的研究也强调了突触形成和稳定、突触修饰和功能连接建立过程在ASD病因学中的重要意义。参与细胞粘附、支架或信号传导的突触蛋白异常可能是ASD病因的基础。例如，neurexins及neuroligins是突触前和突触后的结合伙伴，介导突触的形成和稳定。在人类中，编码neurexins及neuroligins的基因变异与ASD有关。

文章模式图（图源自Signal Transduction and Targeted Therapy）

接触蛋白相关蛋白样2 (Contactin associated protein like 2， CNTNAP2)是一种被广泛证实的ASD风险基因，其编码的CNTNAP2蛋白含有1331个氨基酸残基。CNTNAP2是Neurexin超家族的一个跨膜蛋白，定位于突触后区域，具有较大的胞外结构域和较短的胞内结构域。Cntnap2 缺陷小鼠表现出自闭症相关行为，包括社交缺陷和重复行为。在功能上，CNTNAP2参与突触棘的生长、神经元迁移和神经网络活动。神经元中Cntnap2的缺失导致中间神经元数量减少，神经元迁移和皮层模式改变。此外，据报道，抑制Cntnap2在前额叶皮层的表达可导致功能性突触数量减少和E/I平衡失衡。然而，潜在的细胞机制仍不清楚。

许多单跨膜蛋白经过两个步骤的蛋白水解作用：在胞外近膜区域的第一次裂解释放一个可溶的胞外片段，而在跨膜区域的γ-分泌酶的第二次裂解产生一个胞内结构域。例如，Notch受体在配体结合时经历两次连续的蛋白水解裂解，并释放Notch胞内结构域(NICD)，该结构域易位到细胞核，并通过与转录因子CBF1/Su(H)/Lag-1或CSL形成复合物激活其靶基因。此外，淀粉样蛋白-β前体蛋白(APP)经过β-和γ-分泌酶的连续裂解，生成β淀粉样蛋白(Aβ)、分泌的APP (sAPP)和APP胞内结构域(AICD)。AICD可以通过与Fe65和Tip60形成复合物，转运到细胞核内调控基因表达。

该研究发现CNTNAP2的跨膜结构域内的一个基序与APP的γ-分泌酶裂解位点高度同源，这表明CNTNAP2可能进行了蛋白水解裂解。生化研究表明CNTNAP2首先在细胞外近膜结构域裂解，释放出可溶性细胞外片段和膜系住的20KDa C端片段(CTF)。CTF经γ-分泌酶进一步加工生成CNTNAP2细胞内C-末端结构域(CICD)。Cntnap2小鼠mPFC中CICD的过表达可改善社交缺陷和重复行为。进一步发现，CICD促进钙/钙调素依赖性丝氨酸蛋白激酶(CASK)进入细胞核，以调节一组靶基因的表达。Prader Willi基因Necdin是这样的靶基因之一，部分负责Cntnap2小鼠自闭症相关行为的缺陷，因为Cntnap2小鼠mPFC中Necdin的过度表达使社交缺陷正常化。因此，该研究结果揭示了CICD的一个关键功能，并强调了CNTNAP2-CASK-Necdin信号通路在ASD中的作用。

原始出处：

Zhang， J.， Cai， F.， Lu， R. et al. CNTNAP2 intracellular domain (CICD) generated by γ-secretase cleavage improves autism-related behaviors. Sig Transduct Target Ther 8， 219 (2023). https：//doi.org/10.1038/s41392-023-01431-6.