《Nature》：Developmental convergence and divergence in human stem cell models of autism
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本研究针对自闭症谱系障碍（ASD）遗传异质性高但临床表现趋同的科学问题，利用70株人诱导多能干细胞（hiPS）构建皮质类器官（hCOs），通过多时间点转录组分析发现：不同ASD风险基因突变在早期神经分化阶段呈现特异性变化，但随着发育进程逐渐趋同于共同的下调网络模块M5。该模块富集染色质重塑相关基因，调控神经发育关键通路，为理解ASD发病机制提供了新的分子收敛框架。
在神经发育障碍研究领域，自闭症谱系障碍（ASD）一直是个令人困惑的谜题。虽然全基因组关联研究已发现数百个ASD风险基因，但这些基因功能各异，从突触蛋白到转录因子各不相同，呈现出巨大的遗传异质性。更令人费解的是，尽管遗传背景千差万别，ASD患者却表现出相似的临床特征，这引出了一个核心科学问题：不同的遗传突变如何导致趋同的临床表现？
为解开这个谜团，研究人员开展了一项开创性研究。他们收集了来自55名个体的70株人诱导多能干细胞（hiPS）系，涵盖8种不同的ASD相关突变（包括22q11.2缺失、16p11.2缺失/重复、Timothy综合征等）、11例特发性ASD和25名对照个体。通过将这些细胞分化为人类皮质类器官（hCOs），并在分化第25、50、75和100天进行RNA测序分析，团队构建了迄今为止最全面的ASD干细胞模型转录组图谱。
研究采用了多项关键技术方法：通过hiPS细胞定向分化为三维皮质类器官模拟人脑发育；进行大规模RNA测序（n=464样本）和加权基因共表达网络分析（WGCNA）识别基因模块；利用CRISPR干扰（CRISPRi）技术在人类神经前体细胞中验证调控关系；结合免疫沉淀-质谱联用（IP-MS）分析蛋白质相互作用网络；采用单细胞RNA测序（scRNA-seq）进行细胞类型解卷积。
研究结果揭示了多个重要发现：
发育趋同性的时间动态
研究发现不同ASD遗传形式在早期分化阶段（第25天）呈现突变特异性转录变化，但随着分化进程（至第100天），这些变化逐渐趋同。特别值得注意的是，虽然早期时间点显示了最大的突变特异性变化，但随着发育进展，不同突变逐渐汇聚于共享的转录变化。
核心调控模块M5的鉴定
通过WGCNA分析，研究鉴定出一个关键共表达模块M5，该模块在多个ASD形式中均显示下调。M5模块富含染色质重塑和转录调控相关基因，包括SWI-SNF复合物成员（如SMARCB1、SMARCA4）和转录辅激活因子EP300等。这一模块与已知的ASD风险基因显著重叠，并且在人胎儿脑发育数据中富集于孕中期表达的基因模块。
M5模块的调控网络
进一步分析表明，M5模块基因编码的蛋白质形成显著的相互作用网络，且该网络与神经发育障碍（NDD）风险基因显著相关。CRISPRi实验验证了M5调控因子对其预测靶基因的调控作用，特别是RBBP5（WRAD复合物成员）的敲低引起了最广泛的基因表达变化，影响包括突触基因DLGAP1、NRXN3和CACNA1C在内的多个神经发育关键基因。
细胞类型特异性变化
通过单细胞转录组数据的反卷积分析，研究发现不同ASD形式在细胞组成上呈现细微但一致的变化。例如，16p11.2缺失和22q13.3缺失样本中，最不成熟的前体细胞（CycPro）和更成熟的神经元细胞（ExNeu-2）显示减少，表明神经元成熟时序可能受到影响。
跨疾病形式的通路收敛
尽管不同ASD遗传形式在早期发育阶段呈现特异性，但它们共同影响了一些核心神经发育通路，包括WNT信号通路、神经元分化和突触形成相关通路。这种转录水平的收敛为解释临床表型的相似性提供了分子基础。
研究结论表明，ASD虽然具有高度遗传异质性，但在发育过程中存在显著的分子水平收敛。不同风险基因通过影响一个核心的转录调控网络（M5模块），最终导致共同的神经发育异常。这一发现不仅解释了ASD临床表现的趋同性，也为开发针对共享通路的新型治疗策略提供了理论依据。
该研究的创新之处在于首次在人类干细胞模型中系统揭示了ASD的发育趋同机制，将多种遗传形式的ASD联系在一个统一的分子框架下。通过整合多组学数据和功能性验证，研究为理解ASD发病机制提供了新的视角，强调了早期神经发育阶段在疾病发生中的关键作用。这些发现发表于《Nature》杂志，为未来针对ASD共享通路的新型治疗策略开发奠定了重要基础。
