一氧化氮抑制剂处理Shank3突变原代皮质神经元突触素表达的共聚焦显微镜图像，为一氧化氮在调节突触蛋白表达中的潜在作用提供了有价值的见解。
发表在Advanced Science杂志上的一项新研究表明，小鼠模型、人类干细胞、临床血液样本及人类细胞培养等大量实验数据证实：一氧化氮可改变神经元的功能与结构，导致类似自闭症的行为。
自闭症谱系障碍（ASDs）包括大量的神经发育疾病，其症状包括社交能力降低、沟通障碍、重复行为及局限的兴趣爱好等。一些突变导致了与ASD相关特征的多样性，但其背后的机制却鲜为人知，从而使得治疗方法较为缺乏。
研究表明，一氧化氮（NO）在各种神经系统疾病中发挥着重要作用，如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿氏病，但其在ASD中的作用仍不清楚。最近，以色列耶路撒冷希伯来大学（The Hebrew University of Jerusalem）的首席研究员兼副教授Haitham Amal及其同事报告称，他们发现ASD小鼠模型的一氧化氮水平明显升高。
Amal说：“值得注意的是，我们依然不清楚一氧化氮是否是导致自闭症的首要因素。我们现在只知道一氧化氮是自闭症的一个主要病理因素，同时，降低一氧化氮水平可以缓解自闭症的表型。”
一氧化氮的作用
在研究中，Amal及其团队利用ASD细胞和小鼠模型以及患者样本进行了一系列实验，以进一步证实一氧化氮在自闭症发展中的潜在作用。
在大脑中，正常水平的一氧化氮可以调控血液流动、神经元生长和新陈代谢，以及其他神经元的功能。但当其浓度增加时，就会表现出毒害作用，并破坏细胞功能。
当研究人员给正常小鼠注射一氧化氮供体（一种释放一氧化氮的物质）时，小鼠表现出ASD相关的行为变化且体内相关的分子标志物含量明显升高。Amal 说：“我们的结果表明，一氧化氮会影响一些对大脑发育至关重要的神经元相关蛋白的表达，导致这些蛋白质的降解。”在高水平一氧化氮的作用下，一些神经元蛋白过量产生，而有的则被抑制。
小鼠ASD模型神经元上的树突棘密度较低。树突棘是树枝状突起上的小突起，而后者即为树突，可帮助神经元接收来自其他神经元的信号。研究人员同样发现，神经元在暴露于过量的一氧化氮后，它们的树突棘更少了。此外，小鼠表现出与ASD相关的各种行为，包括对新事物不感兴趣，社交记忆障碍且更焦虑。
鉴于一氧化氮的含量异常可导致神经元蛋白水平和神经元结构的异常变化，研究人员想知道是否可以通过调节小鼠体内的一氧化氮水平从而改善自闭症相关的分子水平及行为特征。
这种影响能被逆转吗？
为了验证这一理论，研究小组使用了两种不同的小鼠自闭症模型——一种是SHANK3基因突变，另一种是CNTNAP2基因突变，以往文献证实这两种基因与自闭症的发生关系密切，且基于此的小鼠模型较为成熟。和预期一样，两种小鼠模型都表现出自闭症表型，如与正常小鼠相比，树突棘的密度明显下降。
研究人员给老鼠注射了一种可以抑制一氧化氮产生的化学物质。随着一氧化氮水平的下降，自闭症表型逐渐消失。神经相关的蛋白恢复到正常水平，树突棘密度也得到了恢复。Amal解释说：“在ASD状态下，树突棘的数量减少了，而经过治疗，我们发现其几乎完全恢复了。”
此外，一氧化氮抑制剂还消除了这些小鼠模型中出现的自闭症样行为。Amal补充说：“高一氧化氮水平的ASD小鼠模型表现出社交缺陷、对新事物的兴趣降低、重复行为及焦虑。当一氧化氮水平降低时，我们发现大多数行为都发生了逆转。”
在小鼠模型上验证了他们的假设后，研究人员将注意力转向了细胞培养。首先，他们培养了正常和突变小鼠模型的神经元细胞。细胞中一氧化氮水平的升高与降低产生了与小鼠实验相似的生化改变。
在研究了一氧化氮对小鼠的影响后，Amal及其团队计划在人体证实他们的发现。首先，他们对ASD患者SHANK3基因突变的人干细胞发育而来的神经元进行了检测。这些神经元内含有相当高水平可用来检测一氧化氮应激的蛋白质。当研究人员用一氧化氮抑制剂处理这些神经元时，这些蛋白质的水平下降了。
接着，Amal实验室在自闭症儿童的血浆样本中检测了该蛋白质的含量。他们想在这个人群中验证他们的结果。与正常儿童相比，ASD患儿体内与一氧化氮应激相关的生物标志物含量更高。进一步分析表明，许多与神经元发育相关的蛋白表达发生了变化。此外，通过计算分析，研究人员发现与ASD发展相关的机制中涉及的几个基因其作用有所夸大。这些基因是切断神经元之间联系并驱动炎症和氧化应激的关键。
Amal说：“本研究是自闭症研究的一个重大突破，首次将大脑中一氧化氮浓度的增加与自闭症行为直接联系起来。我希望随着对NO机制的进一步理解，我们可以开发治疗ASD的新药物，从而帮助世界各地数百万患有自闭症的儿童和成人。”
Amal及其团队仍在探索一氧化氮对其他自闭症模型的影响。他补充说：“好消息是，我们得到了非常相似的数据。”
WILEY
参考文献：Haitham Amal, et al., The NO Answer for Autism Spectrum Disorder, Advanced Science (2023). DOI: 10.1002/advs.202205783
