UBE3A基因恢复治疗在Angelman综合征印记缺陷小鼠模型中的行为与蛋白质组学修复作用

本研究针对Angelman综合征(AS)中印记缺陷(mICD)和父系单亲二倍体(UPD)亚型的治疗难题，通过构建mICD小鼠模型，结合转基因UBE3A过表达和反义寡核苷酸(ASO)治疗，证实UBE3A蛋白缺失是AS表型的主因，而15q11-q13区域其他基因的双等位表达影响微弱。研究为AS临床治疗提供了重要理论依据，论文发表于《Molecular Autism》。

　　

Angelman综合征(AS)是一种严重的神经发育障碍，患者表现为智力障碍、语言缺失、运动失调和癫痫发作。该疾病主要由母源UBE3A（泛素蛋白连接酶E3A）基因功能缺失引起，其遗传机制复杂，包括15q11-q13区域缺失、印记中心缺陷(mICD)、父系单亲二倍体(UPD)或UBE3A基因突变。目前针对AS的治疗仅限于症状管理，缺乏根本性治疗手段。特别值得注意的是，在mICD和UPD亚型患者中，除了UBE3A缺失外，15q11-q13区域内通常仅父系表达的基因（如MKRN3、NDN、MAGEL2等）会出现双等位表达，这些基因的异常表达是否会影响AS的病理进程尚不清楚。

为解决这一科学问题，由Claudia Milazzo和Ramanathan Narayanan领衔的国际研究团队在《Molecular Autism》发表重要研究成果。研究人员利用携带母源AS印记中心突变的mICD小鼠模型，系统研究了mICD/UPD亚型对行为、癫痫易感性和蛋白质组的影响，并通过转基因UBE3A过表达和ASO治疗两种策略，评估了UBE3A恢复治疗的可行性和安全性。

研究主要采用以下关键技术方法：1) 建立mICD小鼠模型并进行基因表达验证；2) 设计包含旋转棒、开放场地、埋珠实验等行为学测试组合；3) 应用数据非依赖性采集(DIA)蛋白质组学分析；4) 构建UBE3A过表达转基因小鼠(mICD-Ube3a^OE)；5) 开发靶向Ube3a-ATS的反义寡核苷酸(tASO)治疗策略。

研究结果部分：

"mICD小鼠显示显著的解剖和行为AS表型"

通过RT-qPCR和Western blot证实mICD小鼠皮层中UBE3A蛋白减少80%，同时Ube3a-ATS、Mkrn3等基因表达增加。行为学测试显示mICD小鼠存在运动协调障碍、筑巢能力缺陷等典型AS表型，并出现体重增加和脑重量减轻等解剖学改变。

"蛋白质组学揭示mICD与Ube3a^m-/p+小鼠的共性蛋白变化"

DIA蛋白质组学分析发现mICD小鼠皮层中145个蛋白上调、58个下调，显著多于Ube3a^m-/p+小鼠。两组共同差异表达的14个蛋白包括上调的HERC2、KIF3C等和下调的YARS1、WARS1。基因集富集分析显示蛋白酶体相关通路在两种模型中均显著改变。

"转基因UBE3A恢复挽救mICD小鼠的所有行为缺陷"

通过将mICD小鼠与Ube3a^OE小鼠杂交，获得UBE3A蛋白表达量为野生型1.5-2倍的mICD-Ube3a^OE小鼠。这些小鼠的所有行为缺陷完全恢复，癫痫易感性恢复正常，蛋白质组变化也基本逆转。

"新生儿ASO介导的UBE3A恢复部分改善行为"

P1期mICD小鼠脑室注射tASO可使Ube3a mRNA表达达野生型1.7倍，UBE3A蛋白增加30%。6周后测试显示筑巢行为和悬尾测试有所改善，但旋转棒和埋珠测试未见明显变化。

研究结论与讨论指出，mICD小鼠表现出的AS表型主要由UBE3A缺失驱动，而15q11-q13区域其他基因的双等位表达影响甚微。通过转基因或ASO治疗恢复UBE3A表达可显著改善表型，且未观察到UBE3A过表达的负面影响。这一发现为mICD/UPD亚型AS患者的治疗提供了重要依据，支持UBE3A恢复策略的临床转化价值。特别是ASO治疗目前已在AS临床试验中开展，本研究为其在更广泛AS患者群体中的应用提供了实验基础。