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Sudha R. Guttikonda|Christopher D. Makinson美国纽约州哥伦比亚大学纽约州精神病研究所精神病学系，纽约州纽约市，10032摘要：人类细胞模型使得能够体外研究自闭症谱系障碍（ASD）背后的复杂分子和细胞机制。由人类胚胎干细胞（hESC）和诱导
Sudha R. Guttikonda|Christopher D. Makinson
美国纽约州哥伦比亚大学纽约州精神病研究所精神病学系，纽约州纽约市，10032
摘要：
人类细胞模型使得能够体外研究自闭症谱系障碍（ASD）背后的复杂分子和细胞机制。由人类胚胎干细胞（hESC）和诱导多能干细胞（hiPSC）衍生的模型已从研究单个基因发展到多重分析方法，从而可以同时研究多个ASD风险基因，这有助于我们更深入地了解编码和非编码遗传变异如何影响ASD中的细胞和分子表型。此外，这些模型还发现了ASD的几种共同致病机制，包括神经发生异常、细胞类型分化异常（如谷氨酸能神经元缺陷和GABA能神经元增多），以及突触功能紊乱。此外，还有一些共同的分子机制，比如染色质调控异常、WNT信号通路异常以及mTOR信号通路异常。ASD的hiPSC模型还被用于评估多种经FDA批准的治疗药物对早期人类神经发育的影响，其中一些药物目前正处于针对ASD相关疾病的临床试验阶段。尽管人类细胞模型存在一定的局限性，但它们的优势在于能够揭示早期的发育病理学特征，并有望将体外表型与患者临床特征相联系。本文探讨了人类细胞模型如何推动ASD的基础研究和转化研究，以及由此出现的关键的细胞和分子共性表型。
章节节选
引言：
自闭症谱系障碍（ASD）是一种神经发育性疾病，具有显著的遗传和表型多样性。过去20年来，人类诱导多能干细胞（hiPSC）模型的出现为研究各种遗传风险因素如何共同影响导致ASD病理生理学的细胞和分子表型提供了可行的研究系统（1）。
通过对关键发育途径的精准调控，可以高效地将hiPSCs分化为多种不同的细胞类型
综合策略
ASD的遗传背景包括罕见的大效应新生单核苷酸变异（SNVs）和小型插入缺失变异（20）、拷贝数变异（CNVs）（16p11.2、22q11.2、dup15q、dup7），以及具有较小个体效应的常见SNPs（21）。来自患者的hiPSCs能够模拟个体的整体遗传背景，便于研究病因不明的特发性ASD；而在同源hiPSCs中引入人工突变则可以在受控环境中研究单一变异的效应
基因调控元件处的共性现象
通过CRISPR激活（CRISPRa）筛选和基于慢病毒的并行报告基因检测技术（lenti-MPRA），研究人员已经研究了非编码区域中的ASD风险位点（图2C,D）。CRISPRa筛选利用经过改造、失去催化功能的Cas9蛋白与转录激活因子结合，这些激活因子会被gRNA引导至潜在的调控序列处，从而确定哪些位点能够驱动邻近基因的转录。lenti-MPRA则将一系列候选调控序列与独特条形码标记的元素结合在一起
细胞和分子表型的共性现象
在ASD的人类细胞模型中，最初的表型研究是针对单个患者来源的细胞系或特定的人工设计的ASD相关突变展开的，随着研究的深入，逐渐出现了一些共性的表型特征。通过综合研究，现在可以同时对多种ASD相关的遗传背景进行表型分析，从而在单一项研究中就能发现共性的表型特征。目前已发现的主要共性表型包括神经发生异常
在ASD人类细胞模型中寻找治疗靶点
由于人类细胞模型具备可扩展性，再加上灵敏的检测手段，使得筛选能够改善ASD症状的治疗药物成为可能，因为目前还没有针对ASD核心症状的经FDA批准的治疗方法。那些被反复证明能够在体外环境下挽救异常表型的候选治疗药物包括IGF1、染色质修饰剂、锂盐以及mTOR抑制剂。
在早期的iPSC研究中，IGF1已被证明能够恢复hPSC衍生的RTT和ASD模型中减弱的突触功能
结论
ASD的人类细胞模型为体外研究患者特有的神经生物学特征提供了新的机会，而高通量技术则加速了对疾病共性机制的发现。在涵盖特发性和综合征型ASD的各种遗传背景下，所发现的共性细胞表型包括神经发生异常、谷氨酸能神经元脆弱性及GABA能神经元增多、突触功能异常以及胶质细胞反应性改变，而在分子层面也存在着相应的变化
致谢
本研究得到了NIH/NIMH授予C.D.M.的DP2MH132944号资助，以及Leon Levy神经科学奖学金和NIH授予S.R.G.的R25MH086466号资助。
