KMT2D基因缺陷通过破坏突触兴奋-抑制平衡引发自闭症样行为的机制研究

本研究针对Kabuki综合征1型(KS1)患者中常见的KMT2D基因突变与自闭症谱系障碍(ASD)的关联机制，通过构建小鼠敲低和斑马鱼敲除模型，结合电生理和RNA-seq技术，首次证实KMT2D缺陷通过调控谷氨酸能(glutamatergic)和GABA能(GABAergic)突触相关基因表达，破坏海马区兴奋-抑制(E-I)平衡，导致社交缺陷和重复行为。该发现为ASD的病理机制提供了新见解。

　　

在神经发育疾病研究领域，自闭症谱系障碍(ASD)因其复杂的遗传机制和临床表现备受关注。Kabuki综合征1型(KS1)作为一种由KMT2D基因突变引发的先天性疾病，临床上约75%患者携带该基因致病突变，且部分病例表现出ASD共病现象。然而，KMT2D缺陷如何导致自闭症样行为，特别是其神经生物学机制尚未阐明。现有研究虽建立了Kmt2d敲除动物模型，但缺乏对社交行为缺陷的系统验证，更未揭示其与突触功能异常的分子关联。这一科学空白使得研究者们难以开发针对性干预策略。

为破解这一难题，福建医科大学陶武成团队联合多个研究机构在《Communications Biology》发表重要成果。研究采用CRISPR/Cas9技术构建斑马鱼kmt2d敲除模型，通过腺相关病毒(AAV)介导的海马区特异性敲减小鼠模型，结合电生理记录、RNA测序(RNA-seq)和多种行为学分析，系统探究了KMT2D在神经发育和行为调控中的作用。

关键技术方法包括：1) 斑马鱼胚胎CRISPR/Cas9基因编辑构建kmt2d^-/-模型；2) AAV9载体介导的小鼠海马区Kmt2d-shRNA靶向敲减；3) 三箱社交实验、大理石埋藏测试等行为学评估；4) 脑片双电极膜片钳记录兴奋性(AMPA/NMDA受体介导EPSCs)和抑制性(IPSCs)突触电流；5) 全转录组测序分析差异表达基因(DEGs)；6) 免疫荧光和Western blot验证蛋白表达。

研究结果：

Disruption of KMT2D is associated with autism and other neurodevelopmental delay phenotypes

通过分析9个携带KMT2D致病突变的家系数据，发现100%患者存在ASD诊断，57%伴畸形特征，50%出现言语延迟和肌张力低下，证实KMT2D突变与神经发育异常显著相关。

Knockout of zebrafish kmt2d leads to developmental delay and autism-like behaviors

斑马鱼模型显示kmt2d^+/-个体出现心包水肿、体长减少等KS典型表型。社交偏好测试中，突变体在社交区域停留时间显著减少，同时表现出无目的游动和重复性转圈行为，运动能力未受影响。

Kmt2d deficiency mice showed defects in social behaviors and had repetitive behavior

小鼠海马区Kmt2d敲减后，三箱社交实验显示其对社交刺激和新异小鼠均无偏好，大理石埋藏测试中埋珠数量增加，证实存在社交障碍和重复行为。免疫印迹显示组蛋白H3K4me3修饰水平降低。

Knockdown of Kmt2d decreased excitatory and increased inhibitory synaptic transmission

电生理记录发现：CA1和齿状回(DG)区Kmt2d敲减神经元中，AMPA受体介导的兴奋性突触电流(EPSCs)振幅降低，而抑制性突触电流(IPSCs)振幅增加，NMDA受体电流无变化，表明E-I平衡被破坏。

KMT2D regulates downstream target genes related to synaptic response

RNA-seq分析揭示：kmt2d缺陷导致谷氨酸能突触相关基因(shank2、cnksr1等)下调，GABA能突触相关基因(gabarabp、gata3等)上调。STRING数据库构建的互作网络显示，KMT2D通过ZFPM1调控GABA能通路，通过Shank2等基因影响谷氨酸能传递。

结论与讨论：

该研究首次在动物模型中证实KMT2D缺陷通过表观遗传调控直接导致自闭症样行为。机制上，KMT2D作为组蛋白H3K4甲基转移酶，其功能缺失导致谷氨酸能突触基因转录抑制和GABA能突触基因异常激活，造成海马神经环路E-I平衡失调。这一发现不仅解释了KS1患者伴发ASD的神经生物学基础，更揭示了表观遗传调控-突触功能-行为异常之间的因果链条。研究建立的跨物种模型（斑马鱼和小鼠）为ASD机制研究提供了新工具，而发现的KMT2D下游靶基因群（如shank2、gata3）可能成为潜在干预靶点。值得注意的是，单细胞转录组数据显示KMT2D在少突胶质细胞中高表达，提示未来需通过条件性敲除模型区分神经元自主效应与胶质细胞间接作用。该成果为开发针对表观遗传异常的ASD精准治疗策略奠定了理论基础。