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本文聚焦自闭症谱系障碍（ASD）中可变剪接（AS）的研究进展。详细阐述了 ASD 相关的异常剪接事件、关键剪接调节因子，介绍新兴技术对研究的推动作用，探讨基于 RNA 剪接的治疗策略，为 ASD 的研究和治疗提供新思路。
自闭症谱系障碍中的可变剪接：从机制到治疗的最新见解
自闭症谱系障碍（ASD）是一种复杂的神经发育障碍，其遗传病因具有高度异质性。可变剪接（AS）作为一种关键的 RNA 调控机制，在 ASD 的发病机制中起着重要作用。本文将围绕 ASD 中异常剪接的机制、相关的关键剪接调节因子、新兴技术的应用以及基于 RNA 剪接的治疗策略展开探讨。
1. 异常剪接事件与 ASD
ASD 患者中常出现异常的可变剪接调控。转录组分析显示，剪接失调是 ASD 发病机制的一个共同分子机制。异常剪接事件包括经典和非经典的剪接失调，其中非经典剪接事件主要有微外显子错调节和产生环状 RNA（circRNAs）的异常反向剪接。这些异常剪接事件影响了许多与神经功能相关的基因，进而影响了 ASD 的发病。
- 经典剪接事件失调：ASD 与经典剪接事件的失调密切相关，例如神经连接蛋白（NRXNs）、神经配蛋白（NLGNs）和 SH3 和多个锚蛋白重复结构域蛋白（SHANK）等基因的异常剪接。NRXNs 是位于突触前膜的跨膜蛋白，其在六个经典剪接位点可进行广泛的可变剪接，产生多种具有不同结构和功能的异构体，影响突触的形成、特异性和神经回路的调节。NLGN 是突触后蛋白，对突触的形成和稳定至关重要，其基因的异常剪接会影响与 NRXN 的相互作用，进而破坏兴奋性和抑制性神经传递的平衡。SHANK 蛋白是兴奋性突触的关键支架分子，其基因的异常剪接会干扰突触的正常发育和功能。
- 微外显子失调：微外显子剪接是一种非经典的剪接模式，在 ASD 患者中经常失调。微外显子通常长度为 3 - 27 个核苷酸，且多为 3 的倍数，在不破坏阅读框的情况下剪接到成熟 mRNA 中。研究发现，许多神经元特异性微外显子在 ASD 患者中存在异常剪接，例如细胞质多聚腺苷酸化元件结合蛋白 4（CPEB4）和真核翻译起始因子 4γ1（EIF4G1）及 EIF4G3 中的微外显子。这些微外显子的异常剪接会影响蛋白质的相互作用网络，进而影响神经发生和突触功能。
- 反向剪接和环状 RNA：环状 RNA 是通过反向剪接产生的共价闭合单链 RNA，近年来被认为是认知和认知障碍的新调节因子。研究发现，ASD 患者大脑中许多环状 RNA 的表达谱发生改变，并且环状 RNA 的失调与 ASD 的病理生理过程相关。例如，circARID1A 可通过海绵作用调节与 ASD 相关的基因。此外，研究还揭示了环状 RNA 与 ASD 之间的遗传联系，为进一步研究 ASD 的发病机制提供了新的方向。
2. 与 ASD 相关的剪接因子
许多 RNA 结合蛋白与神经发育障碍相关，其中一些与 ASD 相关的剪接因子在 ASD 的发病机制中起着重要作用。
- SRRM4：丝氨酸 / 精氨酸重复基质蛋白 4（SRRM4）是一种神经元特异性剪接因子，主要调节神经元微外显子的精确剪接和包含。其通过识别前体 mRNA 中富含 UGC 基序的内含子序列来促进微外显子的剪接。在 ASD 患者大脑中，SRRM4 的 mRNA 水平显著降低，导致其调节的微外显子剪接频繁受到破坏，进而影响中枢和周围神经系统的发育，并且 SRRM4 缺陷的突变小鼠表现出一系列类似自闭症的行为。
- RBFOX1：RNA 结合蛋白 fox - 1 同源物 1（RBFOX1）也是一种在神经组织中特异性表达的 RNA 结合蛋白。它通过结合（U）GCAUG 基序来调节外显子的包含或排除，对神经元活动的调节至关重要，包括防止神经元过度兴奋和癫痫发作以及调节突触传递。在 ASD 患者大脑中，RBFOX1 表达下调，且其靶 mRNA 在 ASD 风险基因中显著富集，表明其在 ASD 发病机制中起着关键作用。
- FMRP：脆性 X 智力低下蛋白（FMRP）是一种广泛表达的 RNA 结合蛋白，在神经发育中起关键作用，与脆性 X 综合征（FXS）密切相关，而 FXS 是 ASD 的常见遗传病因之一。FMRP 不仅参与 RNA 的翻译和运输，还通过负向自调节机制调节自身转录本的可变剪接。研究发现，FMRP 可以调节与自闭症相关转录本的可变剪接，其缺失会导致相关基因的剪接模式改变。
3. 研究 ASD 异常剪接的新兴技术
为了更深入地了解 ASD 的发病机制，新兴技术为研究 ASD 中的异常剪接提供了有力的工具。
- 长读长测序和单细胞测序技术：短读长测序技术在检测结构基因组变异时存在局限性，而长读长测序技术（如牛津纳米孔技术）能够产生超长读长，有助于解析复杂基因组区域、检测结构变异和重建全长转录本。在 ASD 研究中，长读长测序技术帮助识别了细胞类型特异性的外显子包含模式，并揭示了与 ASD 相关的基因调控网络。此外，将长读长测序与单细胞测序相结合，能够以前所未有的分辨率分析单个细胞，进一步加深了对 ASD 中细胞类型特异性基因表达和剪接的理解。
- 空间转录组学：哺乳动物大脑具有高度的异质性，空间转录组学技术能够在保留空间信息的同时分析组织内基因表达的空间异质性。在 ASD 研究中，通过整合空间转录组学与单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）和单细胞核 RNA 测序（snRNA - seq）等技术，研究人员能够更准确地确定细胞类型在大脑中的空间分布，以及 ASD 风险基因在不同皮质层的富集情况，从而深入了解 ASD 的发病机制。
- CRISPR - Cas 技术：CRISPR - Cas 技术是一种高效的基因组编辑工具，近年来被广泛应用于调节可变剪接。例如，CRISPR 引导的碱基编辑技术可以精确调节 RNA 剪接事件，包括诱导外显子跳跃、增强可变剪接位点的使用等。此外，CRISPR - Cas9 系统还可用于全基因组功能筛选，帮助揭示神经元微外显子调控的基本机制，为研究 ASD 的发病机制提供了新的视角。
4. 基于 RNA 剪接的 ASD 治疗策略
对 ASD 中异常剪接机制的深入了解为开发基于 RNA 剪接的治疗策略奠定了基础。
- 反义寡核苷酸（ASO）疗法：反义寡核苷酸是一种短的化学修饰单链核酸，可与靶 RNA 或 DNA 杂交，在转录或转录后水平调节基因表达。在一些神经系统疾病的治疗中，FDA 批准的剪接修饰剂已显示出一定的疗效，因此 ASO 疗法也有望用于治疗 ASD。例如，对于由 CACNA1C 基因外显子 8a 突变引起的 Timothy 综合征（TS），开发的 ASO 可减少外显子 8a 的包含，促进其向正常外显子 8 的转换，从而改善患者来源的皮质类器官的缺陷。对于 SYNGAP1 基因，使用剪接转换 ASO 可减少 mRNA 的降解，增加功能性 mRNA 的产生，恢复大脑类器官中 SYNGAP1 蛋白的表达。
- 治疗策略面临的挑战与机遇：尽管基于 RNA 剪接的治疗策略前景广阔，但在临床应用中仍面临诸多挑战，如细胞内递送效率低、疗效不理想、成本高以及潜在的脱靶效应等。此外，ASD 的关键病理过程常发生在产前或产后早期，需要在狭窄的发育窗口期内检测和纠正异常剪接事件，而目前临床实践中缺乏高灵敏度、高保真度和可及性的分子诊断工具。然而，人工智能（AI）的发展为解决这些问题提供了新的机遇。AI 可通过分析复杂的转录组数据集，促进早期检测和患者分层，同时有助于设计优化的 ASO，提高治疗效果并减少脱靶效应。
5. 结论
近年来，人们对 AS 在 ASD 病理生理学中的动态调控机制有了更深入的了解。通过深入研究 AS 的机制、功能及其对神经元细胞复杂性和生物学的影响，有望发现更多潜在的治疗靶点。长读长测序和 CRISPR - Cas 技术等新兴技术揭示了细胞类型特异性的剪接动态和调控网络，进一步加深了对 ASD 的理解。基于 RNA 剪接的治疗策略，尤其是 ASO 疗法，为纠正 ASD 中的剪接缺陷提供了有前景的干预措施。未来，随着技术的不断进步和对 ASD 发病机制的深入研究，有望实现基于 RNA 剪接的精准医学，为 ASD 患者提供更有效的个性化治疗。
