Translational Psychiatry：丙戊酸对胎儿大脑转录组的快速影响：对大脑发育和自闭症的启示

研究表明，丙戊酸（VPA）作为一种抗癫痫药物和情绪稳定剂，在孕期使用会导致自闭症发生率的增加。VPA在子宫内的暴露会在啮齿类动物和非人类灵长类动物中引发类自闭症症状。此外，先前的研究发现VPA会迅速显著改变胎儿大脑中的基因表达。然而，目前对VPA如何改变胎儿大脑的基因表达及其对自闭症等神经发育障碍的影响机制仍不完全明了。因此，本研究的目标是探索VPA对胎儿大脑转录组的影响，特别是其如何调节与自闭症相关的基因，以及这些变化对胚胎大脑发育的潜在影响。

本研究的主要目标是识别VPA处理后显著上调或下调的基因，特别是那些与自闭症风险相关或在胚胎大脑发育中起重要作用的基因。这些基因可能通过改变大脑的连接性，进而影响成年后的行为，进而为未来研究提供潜在的靶点，以揭示导致神经发育障碍（如自闭症）的大脑连接性错误的潜在原因。

本研究使用了C57BL6小鼠作为实验动物，采用了标准的VPA暴露实验设计。首先，怀孕的小鼠在胚胎发育第12.5天（E12.5）通过腹腔注射（i.p.）VPA（400 mg/kg）或生理盐水对照。VPA处理后3小时，研究人员将小鼠安乐死，并取出胎儿大脑进行RNA提取。通过使用RNA-seq技术对来自不同怀孕的小鼠的大脑样本进行转录组分析，共获得105个独立样本。在所有样本中，性别通过PCR技术（分析Sry和Gapdh基因）确认。RNA库由25 ng RNA构建，使用NEB Ultra II Directional RNA Kit，之后通过Illumina NovaSeq 6000进行150 bp对端读数的高通量测序。使用FastQC评估数据质量，并使用HiSat2软件进行基因组比对。基因的表达量通过HTSeq统计，使用DESeq2软件进行差异表达分析，采用Benjamini-Hochberg方法校正P值。

图1：VPA暴露引起的基因表达变化的性别对比图

本研究通过RNA-seq分析了19,721个基因的表达情况，筛选出VPA显著调控的7,300个基因。通过差异表达分析，发现VPA处理后，398个自闭症风险基因的表达发生显著变化。此外，VPA还显著改变了258个与胎儿大脑发育相关的基因的表达，尽管这些基因并未在自闭症的基因组关联研究（GWAS）中被明确关联。这些基因涉及细胞内信号传导、神经发生、兴奋-抑制平衡、突触发生、神经炎症、昼夜节律和基因表达的表观遗传调控等多个重要的神经发育过程。

特别值得注意的是，VPA显著改变了40多个已知调控胚胎神经发生的基因。这些基因的异常表达可能会扰乱大脑发育的正常过程，进而影响大脑的连接性，最终导致类似自闭症的行为表现。

此外，研究发现VPA对男性和女性胎儿大脑的基因表达变化没有显著的性别差异，这表明VPA的作用可能在不同性别之间是相似的，未能证实VPA暴露引发的性别差异在自闭症风险中可能起到的作用。

图2：受体酪氨酸激酶（RTKs）介导的信号传导通路示意图

本研究表明，VPA通过调控大量与神经发育相关的基因，迅速且显著地影响胎儿大脑的转录组。这些基因中许多在胚胎期发挥着重要的作用，扰动这些基因的表达可能会影响大脑的结构和连接性，从而为成年后自闭症等神经发育障碍提供潜在的生物学基础。未来的研究可以针对这些基因开展深入的假设驱动研究，以揭示神经发育障碍的致病机制，并为可能的干预策略提供靶点。

文献出处：
Dorsey, S.G., Mocci, E., Lane, M.V. et al. Rapid effects of valproic acid on the fetal brain transcriptome: implications for brain development and autism. Transl Psychiatry 14, 482 (2024). https://doi.org/10.1038/s41398-024-03179-1