2024年12月4日，顶尖学术杂志《自然》上发表的一项研究 —— 来自巴塞罗那生物医学研究所的科研团队，成功揭示了CPEB4凝聚物导致特发性孤独症的分子机制，为我们叩响了理解孤独症的一扇新大门。这一成果究竟藏着怎样的奥秘？让我们一同深入探索。
nature最新研究成果
时间回到2018年，同样是这支来自巴塞罗那生物医学研究所的科研劲旅，在《自然》期刊上发表了一项开创性研究，首次将CPEB4蛋白与孤独症紧密相连，为后续探索点亮了第一盏灯。
当时，研究者聚焦特发性孤独症患者体内CPEB4蛋白，发现由24个核苷酸组成的神经元特异性微外显子me4，它虽小却掌控神经元蛋白功能，是神经元正常工作的关键。
然而，孤独症患者体内me4插入量显著下降，至于这如何扰乱基因表达调控，那时科研人员尚不清楚，仍是未解之谜。不过，这一发现极具价值，为后续研究铺就希望之路，引得全球科学界聚焦CPEB4与孤独症的复杂关联。
巴塞罗那生物医学研究所为我们揭示了自闭症研究领域的新奥秘。在我们的神经元中，有一种名为CPEB4的蛋白质（见图1a，展示了CPEB4相关基因敲入小鼠模型构建策略），它在神经元的正常功能中扮演着 “基因表达调控大师” 的角色。
而这个CPEB4蛋白中，有一个特殊的部分叫做微外显子（me4），其长度仅为24个核苷酸。此前研究发现，在自闭症患者中，这个微外显子的包含程度发生了变化，但其背后的具体机制一直未被明晰。
PART01实验探索之旅
科学家们为了揭开这个谜团，开展了一系列精心设计的实验。他们构建了一种特殊的小鼠模型 ——mEGFP-CPEB4敲入小鼠，并从中获取了原代纹状体神经元（见图1b，呈现了从敲入小鼠获取原代纹状体神经元的过程）。
这就如同为他们打造了一个微观世界的 “放大镜”，使他们能够细致入微地观察CPEB4在神经元内的活动轨迹。
PART02神奇的凝聚物发现
研究人员发现，在神经元内部，CPEB4会形成一种类似小颗粒的凝聚物（如图1c、d，通过荧光显微镜图像和蛋白质印迹分析展示了原代纹状体神经元中CPEB4凝聚物的情况）。
令人惊奇的是，当神经元受到刺激（即去极化）时，这些凝聚物会如同冰雪遇暖阳般迅速溶解（参考图1g-j，展示了原代纹状体神经元和N2a细胞去极化前后凝聚物的变化）。这一过程恰似一个神奇的开关，使基因表达状态从抑制瞬间转变为激活。
PART03微外显子的关键使命
深入研究后发现，微外显子me4如同一个 “和事佬”，在正常生理状态下，它与一组组氨酸残基相互作用，阻止CPEB4蛋白过度聚集。一旦me4出现异常，CPEB4蛋白就会像失去指挥的队伍，混乱地聚集在一起，形成异常聚集体。
科学家们通过构建缺失me4或相关区域的nCPEB4突变体进行研究（见图3a，展示了突变体构建情况），发现me4和HClust区域参与分子间相互作用，me4缺失降低了多聚化和凝聚倾向（见图3b，通过测量云点温度和多聚体溶解所需尿素浓度说明）。
在自闭症中，正是微外显子me4的包含减少，导致CPEB4蛋白凝聚物稳定性失衡，易于形成不溶解的聚集体并在大脑中堆积。如此一来，CPEB4无法正常行使其功能，其所调控的与自闭症相关的基因表达也随之紊乱，进而可能引发自闭症的一系列症状。
研究通过实验发现，在ASD相关小鼠模型（TgCPEB4Δ4小鼠）中，大脑中CPEB4形成抗蛋白酶K的聚集体（见图4g，蛋白质印迹分析展示），用TgCPEB4Δ4小鼠大脑中的CPEB4聚集体与野生型小鼠大脑中的可溶性CPEB4孵育，可诱导后者聚集（见图4h）。
治疗的新希望之光
令人振奋的是，基于这一发现，科学家们设计出了一种合成肽（见图5a，展示了合成肽的序列）。这个合成肽宛如一位 “小卫士”，能够与异常的分子相互作用，有效阻止 CPEB4 的异常聚集。
实验表明，该肽可进入凝聚物，增加其热力学稳定性，降低nCPEB4Δ4（NTD）的聚集程度（见图5b、c，通过荧光显微镜图像和聚集定量分析说明）。
尽管目前该合成肽仍处于实验阶段，但它无疑为自闭症的治疗开辟了一条充满希望的新道路。这项研究宛如在黑暗中点亮的一盏明灯，使我们对自闭症的发病机制有了全新的认识。虽然前方的道路依旧漫长，但每一项新的发现都让我们朝着解开自闭症之谜的目标更近一步。
【参考文献】
Carla Garcia-Cabau, Anna Bartomeu, Giulio Tesei，et al. Mis-splicing of a neuronal microexon promotes CPEB4 aggregation in ASD. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08289-w
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