Wnt/β-catenin 信号通路表观遗传调控及干预在自闭症发病中的作用研究

Autism is a neurodevelpmental disorder, whose etiology and pathogenesis remain far unknown. In our recent studies we have observed the abnormal expression of some Wnt/β-catenin signal pathway related molecules in the brain regions of autistic animal model, suggesting that the neurodevelopment-related signal pathway may be involved in the pathogenesis of autism. Based on the above findings, in the present project with autistic animal model we intend to test the expression change of Wnt/β-catenin pathway related molecules and the activity change of the pathway, investigate two key epigenetic regulation mechanisms, the CpG island methylation and histon acetylation in the corresponding genes, and explore the relationship of epigenetic regulation with the activity of Wnt/β-catenin pathway. Further, we will observe the effect of the methods of epigenetic intervention and activity intervention of Wnt/β-catenin pathway on the morphological, electrophysiological and behavioral changes of the autistic animal model. After the successful completion of this project we hope to clarify whether the epigenetic regulation on Wnt/β-catenin pathway is involved in the pathogenesis of autism, we also hope to provide new strategy and some experimental evidences for the prevention and cure of autism.

自闭症病因及发病机理复杂，涉及与神经发育调控相关的信号通路。我们研究显示，Wnt/β-catenin信号通路一些信号分子在自闭症动物模型脑内表达异常。本项目拟以自闭症动物模型为研究对象，以Wnt/β-catenin信号通路为切入点，研究自闭症模型脑内Wnt/β-catenin信号通路相关信号分子的表达及通路活性变化，研究这些信号分子相应基因启动子区的CpG岛甲基化及组蛋白乙酰化等表观遗传修饰，并研究表观遗传修饰与Wnt/β-catenin信号通路活性变化的关系；进而通过对自闭症模型进行表观遗传干预或Wnt/β-catenin信号通路活性干预，观察干预措施对自闭症模型脑形态、脑电生理及行为等方面的效应。依此，有望明确Wnt/β-catenin信号通路在自闭症模型脑内的活性变化，揭示表观遗传调控与该信号通路活性变化的关系及其在自闭症发病中的作用，为自闭症防治探寻新的策略和提供新的实验依据。

Wnt/β-catenin信号通路的表观遗传调控异常与自闭症（autism）发病有关。我们主要进行了以下几方面的工作：. （1）制作autism大鼠模型。采用Wistar大鼠，在妊娠第12.5天时，腹腔注射VPA制作autism大鼠模型，运用热板致痛法、Morris水迷宫及Nissl染色等方法对模型鼠作行为及形态检测。结果显示，与对照组比较，autism模型组大鼠脑发育异常、痛阈下降、重复刻板动作增多、学习记忆和探索能力下降，与人类autism患者特征相似。. （2）Wnt/β-catenin信号通路基因CpG岛甲基化及组蛋白修饰的研究。甲基化特异性PCR （MSP）及硫转化DNA测序结果显示，模型大鼠脑组织Wnt通路上调信号分子Wnt1和Wnt2基因启动子区去甲基化水平显著高于对照组，Wnt通路抑制信号分子WIF-1和DKK1基因去甲基化水平与对照组比较未见显著性差异；染色质免疫共沉淀（CHIP）结果显示：与对照组比较，Wnt/β-catenin通路Wnt1和Wnt2基因启动子区组蛋白H3和H4乙酰化水平显著增高，其中Wnt1基因H4乙酰化增高达6倍，而Wnt2基因也增高2倍以上；而抑制性信号分子WIF1及DKK基因组蛋白H3和H4乙酰化水平未见明显改变。. （3）Wnt/β-catenin通路基因表观调控异常与通路活性关系研究。qPCR、Western blot及免疫荧光染色显示，在autism模型大鼠皮层和海马脑区，wnt1和wnt2 mRNA及蛋白表达显著高于对照组，与启动子区甲基化水平呈现正相关关系。Wnt/β-catenin通路效应分子β-catenin及其靶基因在autism模型中含量升高，表明Wnt/β-catenin通路活性上调。以上结果表明，Wnt/β-catenin通路相关基因表观遗传修饰导致Wnt/β-catenin通路活性上调。. （4）Wnt/β-catenin信号通路干预对自闭症模型效应的研究。给予autism模型及对照大鼠侧脑室注射信号通路抑制剂以下调通路活性，检测大鼠模型的学习记忆行为。研究表明信号通路抑制剂处理显著改善大鼠模型的学习记忆能力。表明下调Wnt/β-catenin通路活性可以改善自闭症大鼠模型症状。