在生成分子遺傳學(xué)的一項研究中,干細胞和大腦和行為的科學(xué),圣地亞哥加州大學(xué)的研究人員和索爾克研究所已經(jīng)創(chuàng)建了一個神經(jīng)發(fā)育模型的一種罕見的遺傳性疾病,可能會提供新的見解底層大腦神經(jīng)生物學(xué)的人類社會。

研究結(jié)果發(fā)表在8月10日的《自然》網(wǎng)絡(luò)版上?？茖W(xué)家們研究了威廉姆斯綜合癥(Williams syndrome, WS)，這是一種罕見的遺傳疾病，由7號染色體上25個相鄰基因的一個拷貝缺失引起。據(jù)估計，大腦中有3萬個基因。全世界每1萬人中就有1人感染W(wǎng)S，據(jù)估計美國有2萬人感染W(wǎng)S。這種情況在兩性和不同文化中都同樣存在。

WS會導(dǎo)致一系列的醫(yī)學(xué)問題以及特定的心臟缺陷?；加羞@種缺失的人典型的面部特征是小而上翹的鼻子，大嘴巴，豐滿的嘴唇和小下巴，也可能有牙齒和整形方面的問題。在神經(jīng)學(xué)上，他們有發(fā)育遲緩，有嚴重的空間缺陷，但在語言使用和面部處理方面有相對優(yōu)勢。

“一個有趣的方面是典型的超社會傾向，”該研究的合著者烏蘇拉·貝魯吉(Ursula Bellugi)說。“有WS缺失的人往往過于友好，過于信任他人，容易被陌生人吸引，但也會感到焦慮。”

但是貝魯吉說，目前還不清楚遺傳學(xué)與WS行為方面的聯(lián)系。“這種疾病的人體模型可以填補科學(xué)空白，并有助于理解這種疾病背后的機制。”WS是能夠跨越級別的優(yōu)雅模型，”她說。

作者之一、索爾克大學(xué)的Rusty Gage教授說:“通過使用先進的干細胞技術(shù)，我們第一次能夠通過WS基因圖譜直接觀察細胞的行為。這項跨學(xué)科的研究不僅為這種顯著的行為綜合癥提供了潛在的新療法，而且還能幫助我們更好地理解社會互動背后的基本生物學(xué)過程。

資深研究作者Alysson Muotri博士是加州大學(xué)圣地亞哥醫(yī)學(xué)院兒科學(xué)和細胞與分子醫(yī)學(xué)副教授，他對WS非常感興趣，因為WS與他通常對自閉癥的研究非常不同，自閉癥的特點是社交能力和語言能力較低。

“我著迷于基因缺陷，染色體上的微小缺失，是如何讓我們變得更友好，更有同情心，更能接受我們的不同，”穆特里說。

近年來，Muotri和他的同事利用從被丟棄的自閉癥兒童乳牙中提取的重編程誘導(dǎo)多能干細胞(iPSC)，在體外建立了自閉癥細胞模型，這項工作被稱為“牙齒仙女項目”。他們在這里又這樣做了。

研究小組首先從患有WS的兒童捐贈的牙齒中提取牙髓細胞。這些細胞被重新編程成為神經(jīng)祖細胞，能夠在培養(yǎng)皿中形成類似于人類大腦發(fā)育皮層的功能性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

Muotri說:“我們發(fā)現(xiàn)WS神經(jīng)祖細胞由于細胞死亡水平高而無法增殖。”“由于祖細胞復(fù)制減少，WS大腦皮層表面積減少。”

培養(yǎng)的WS神經(jīng)元具有明顯的形態(tài)特征。它們比來自正常發(fā)育個體的神經(jīng)元更有分枝(樹狀，有許多樹枝)。Muotri說:“在功能層面上，它們產(chǎn)生的突觸或與其他神經(jīng)元的連接比你想象的要多。”“這可能是WS超社交方面及其合群的人類大腦的基礎(chǔ)，為研究自閉癥和其他影響社交大腦的疾病提供了線索。”

神經(jīng)形態(tài)學(xué)是由加州大學(xué)圣地亞哥分校人類學(xué)系教授、合著者Katerina Semendeferi博士通過收集罕見的WS死后腦組織標本證實的。一個引人注目的發(fā)現(xiàn)是，WS個體的這些皮層神經(jīng)元比對照組(正常發(fā)育的同齡兒童)更為復(fù)雜。WS妊娠期可能出現(xiàn)的形態(tài)學(xué)改變在分娩后仍保留。

Muotri指出，這項研究代表了利用iPSCs和盤內(nèi)腦技術(shù)對疾病過程產(chǎn)生新見解的首批努力之一，而不僅僅是從其他模型復(fù)制數(shù)據(jù)。

除此之外，他認為研究WS可能有助于解釋是什么使人類具有社會性——這是人類進化中的一個關(guān)鍵發(fā)展。“正是我們的社會力量使我們成為一個協(xié)作的物種，”Muotri說，“通過創(chuàng)造詩歌、音樂和技術(shù)，我們能夠戲劇性地改變我們的環(huán)境。”