硒与孤独症谱系障碍社交和认知功能损害的关联及机制研究

Autism Spectrum Disorders(ASD) is a severe developmental disorder for which the etiology is unknown. Recent studies have showed that the content of Selenium (Se), an important matter to maintain normal function of nervous system, decreased significantly in serum of children with autism and correlated with its clinical phenotype, indicating that Se may have a certain association with ASD.The proposed project will use autistic children, BTBR mouse and valproicacid-induced rat model of autism as the research objects, to analyze the level of Se and social behavior and cognitive function of ASD children using the case-control study design. Furthermore, we will detect the change of Se and selenprotein's expressions and assess the social behavior and cognitive function of the animal mode before and after Se intervention and focus on Ferroptosis of neurons in order to explore complex association of the Se deficiency and ASD. More over Patch clamp technique will be used to study the regulation of Se and the key selenprotein to the activity of TRPM2 channels in neurons in hippocampus and prefrontal cortex to illustrate the mechanism by which Se deficiency is associated with ASD. In short, the purpose of this project is to clarify the role of Se deffeciency in autism etiology, development and its possible mechanism at whole, cellular and molecular levels which can provide scientific evidence for targeted nutritional intervention to ASD.

孤独症谱系障碍（ASD）是一种严重的发育障碍性疾病，病因不明。近年来研究发现ASD患儿血清中硒（Se）明显降低并与其临床表型相关，而Se是维持神经系统功能的重要物质，在儿童认知情感方面有重要作用，这提示Se缺乏可能与ASD发病相关。本项目拟以ASD患儿和孤独症模型小鼠BTBR鼠为研究对象，进行ASD患儿Se水平的病例-对照研究，并分析其与社交和认知功能的相关性；对孤独症模型鼠进行Se干预，观察干预前后社交和认知功能改变，检测血清和脑组织中Se及硒蛋白酶的表达和活性变化，探讨Se及硒蛋白对模型鼠社交行为和认知功能影响的作用途径。此外，采用膜片钳技术，以维持神经元的基本功能单位TPRM2离子通道为靶点，研究Se对海马和前额叶皮质神经元TPRM2离子通道活性的影响及调控，从整体、细胞和分子水平深入阐明Se缺乏与ASD社交和认知功能损害的关联及可能机制。

ASD 的病理机制与微量元素失衡有关，既往研究发现 ASD患儿血清硒水平明显降低，但硒缺乏是否与ASD核心症状相关，尚不明确。本研究通过采集ASD和对照组儿童的静脉血和晨尿，采用原子荧光光谱法检测血清和尿中硒含量，明确了ASD患儿血清硒水平明显降低，并且血清硒水平与患儿认知功能明显正相关，与社交功能无明显相关。证实了孤独症模型BTBR小鼠海马组织硒蛋白表达降低，并表现出社交损伤、重复刻板行为和认知功能损害等表型。给予BTBR小鼠硒补充干预可有效增加海马组织SelP表达水平，缓解认知功能损伤，部分改善其社交行为。硒干预可能通过调节神经递质水平，减轻氧化应激、降低促炎性因子水平，抑制神经细胞铁死亡途径发挥神经保护作用。本研究利用转录组测序和生物信息手段预测Nrf2/Gpx4信号可能参与了硒对神经细胞铁死亡的抑制作用。动物实验证实了Se干预后BTBR进行Nrf2和Gpx4表达增加。在硒干预的同时分别给予ML385和RSL3抑制Nrf2和GPx4的表达，发现ML385消除了Se对铁死亡的抑制作用，Nrf2和GPx4的蛋白表达下调，4-HNE蛋白和PTGS2基因表达显著上调；而给RSL3干预后，Se对神经细胞铁死亡抑制作用消失，GPx4蛋白表达降低4-HNE蛋白表达和PTGS2基因表达增加。BTBR小鼠的社交和认知功能损害加重，以上证实了Se水平对孤独症模型鼠社交和认知行为损伤的影响可能通过Nrf2/GPx4 信号通路抑制神经元铁死亡而发挥保护作用。本项目将人群病例对照研究和动物模型的机制验证有机结合，通过生物信息学手段、行为学实验和分子生物学实验，在整体、细胞及分子水平上，综合阐明了Se与ASD发病的复杂关联及可能途径，为进一步明确ASD的病因和发病机制提供新视角，为临床靶向干预提供新思路。