Science：最大自闭症蛋白互作图谱，发现不同突变汇入共同网络，为精准干预找到新靶点

自闭症谱系障碍

具有高度遗传异质性。

过去15年，外显子组测序

已发现250多个高可信度自闭症风险基因

。

虽然基因名单不断变长，但是根本问题仍悬而未决。例如，

这些功能各异的突变怎样改变发育中的大脑，又为何会造成某些相似的神经发育异常

？

以往的转录组研究找到了基因表达层面的共同特征，却较难说明具体的分子机制，也很少给出突变之外的干预靶点。

今天，由

美国加州大学旧金山分校Nevan J. Krogan、A. Jeremy Willsey、Matthew W. State、Tomasz J. Nowakowski和Kirsten Obernier

领衔的研究团队，在

《科学》

杂志发表一篇重要研究论文。

他们绘制出



迄今为止规模最大的自闭症



蛋白质相互作用



图谱



，并提出了一个自闭症分子汇聚的双层模型：



在野生型状态下，不同自闭症风险基因编码的蛋白质汇聚于共享的相互作用网络；发生致病突变后，不同突变又会反复以相似方式重组这些网络，并产生趋同的功能后果



。

这种“网络重布线”可改变神经祖细胞增殖、皮层神经元分化和神经活动，从而在遗传变异与神经发育异常之间建立机制桥梁。

研究人员首先把100种高可信度风险蛋白逐一作为“诱饵”，在便于高通量分析的

人胚肾细胞系

中利用亲和纯化-质谱寻找与其共同出现的蛋白。得到的蛋白质相互作用（PPI）网络包含1074个互作伙伴和1881组连接，每种风险蛋白的互作伙伴中位数为11，其中

87%的关系此前没有被报道

。

由于这张图谱是在便于大规模实验的人胚肾细胞中建立的，研究人员首先要确认它是否真的与自闭症和脑发育有关。他们发现，

图谱中的互作蛋白在大脑发育过程中的表达变化，与已知自闭症风险基因的整体趋势相似

。此外，新图谱中的不少连接，此前也曾在培养神经元或脑组织中被观察到。这些证据说明，尽管图谱最初来自肾细胞，它仍捕捉到了与自闭症脑发育有关的蛋白质关系。

对图谱的整体分析显示，31%的风险蛋白会与其他风险蛋白发生相互作用，35%的互作伙伴则同时连接两种或更多风险蛋白。这说明

不同风险基因编码的蛋白并非各自组成孤立通路，而是会汇聚到一批共同的互作伙伴和蛋白复合物中。

接下来，团队从网络中筛出7个分别连接至少8种风险蛋白的枢纽。

DCAF7尤其值得关注，因为它的已知互作网络富集了更多自闭症风险蛋白，并与DYRK1A和

KIAA0232

共享大量互作伙伴

。

AlphaFold预测DCAF7能够分别与这两种风险蛋白直接结合，连续亲和纯化实验随后确认三者存在于同一复合物中。功能实验进一步显示，降低DCAF7或KIAA0232会抑制人类神经祖细胞增殖，降低DCAF7还会增加神经分化过程中的细胞死亡；降低三种蛋白中的任何一种，都会下调一组重要的神经发育调控基因。在非洲爪蟾中敲除相应基因还会使前脑缩小，说明

这个复合物确实参与神经发生。

绘制出正常状态下的蛋白质网络后，研究人员开始观察患者突变会怎样改变它。他们选择了54个在自闭症患者中发现的新生错义突变，分别将其写入30种风险蛋白，再比较突变蛋白与正常蛋白的合作伙伴。结果发现，突变共改变了253组蛋白质关系：136组原有关系减弱或消失，另外117组关系增强或新出现。这说明，

突变既可能拆散原有组合，也可能建立异常组合。

这种改变还表现出重复性。FOXP1的多个突变虽然位于蛋白质的不同位置，却都会削弱它与FOXP4的结合；FOXP2突变同样会削弱其与FOXP4的结合。类似结果表明，

同一基因的不同突变以及不同风险基因的突变，都可能通过改变共同的蛋白伙伴，产生趋同的分子后果。

大规模筛查说明，患者突变可以反复以相似方式重组蛋白质网络。不过，这些变化是否真的会推动神经发育异常，还需要在脑发育模型中验证。研究人员因此选择FOXP1进行深入研究：

三种位于不同位置的FOXP1突变，都会削弱它与转录因子FOXP4的结合，使其成为检验网络重布线功能后果的合适案例。

研究人员将其中的R513H突变写入人类诱导多能干细胞，再培养成前脑类器官。与基因背景相同的对照组相比，突变类器官早期的神经祖细胞减少，深层皮层神经元提前增多；到了较晚阶段，部分深层神经元数量又下降，提示祖细胞过早分化并改变了皮层神经发生的正常节奏。突变类器官的基础放电频率也有所升高，说明细胞组成变化已经伴随神经活动改变。

为了追查FOXP1与FOXP4结合减弱怎样产生这些结果，研究人员进一步检测两种蛋白在基因组上的结合位置。在对照类器官中，94.7%的FOXP4结合位点与FOXP1重叠；出现FOXP1突变后，这一比例降至67.4%，同时出现约4700个对照组中没有的FOXP4结合位点。这说明

FOXP4的基因组分布和结合特异性发生了改变，可能由此异常调节神经发育基因。

最后，研究人员在FOXP1突变背景下敲除FOXP4，类器官早期的深层神经元比例恢复到接近对照水平。

这个“挽救实验”把蛋白质关系与发育结果连接起来：FOXP1突变造成的异常可能不只来自FOXP1原有功能受损，还涉及其伙伴FOXP4获得异常作用

。不过，FOXP4敲除通过何种具体机制完成挽救，仍需进一步研究。

总的来说，



这项研究把分散的自闭症风险基因整理成可验证的蛋白质网络，并将部分突变定位到具体结合界面



。未来或可通过稳定被破坏的连接、阻断异常增强的连接进行干预；若多个遗传亚型共享同一枢纽，一个靶点便可能覆盖更多自闭症患者。