重大脑疾病神经机制
1、解析节律紊乱发病机理
自然界中大部分生物都拥有按时间节奏调节自身活动的本领，即生物节律。生物节律是生物体内在的时间控制系统，是生物体内多种生理学和生物化学过程波动的基础，在维持机体内在的生理功能、适应环境的变化等方面扮演着重要角色。生物节律紊乱与睡眠障碍、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）、精神类疾病（如抑郁症）、糖尿病、肿瘤、以及心血管等疾病密切相关。小鼠和果蝇等动物模型因其与人的昼夜活动周期、脑结构和代谢速率等存在明显差异，极大地制约了生物节律紊乱机理研究和相关疾病治疗手段的研发，而非人灵长类动物与人类最接近，是研究节律紊乱相关疾病机理和诊治手段比较理想的动物模型，因此建立非人灵长类生物节律紊乱模型迫在眉睫。联合实验室张鸿钧研究员带领团队利用CRISPR/Cas9方法，敲除猴胚胎中的生物节律核心基因BMAL1，产生了一批BMAL1缺失的猕猴National Science Review杂志。行为学分析表明这些猕猴具有昼夜活动紊乱、睡眠障碍、焦虑和精神分裂症等表型，转录组数据分析也表明其与炎症、睡眠障碍、抑郁等相关的基因表达水平显著上调，为模拟人的节律紊乱相关疾病迈出了关键的一步。这是国际上首次成功构建一批遗传背景一致的生物节律紊乱猕猴模型。在此基础上，研究团队开发了新一代的灵敏记录脑电记录的客制化电极，并申请相关专利。通过脑电EEG记录方法，发现节律紊乱的猕猴Beta和Gama高频振荡的昼夜调制受到明显的损伤。其中，Beta振荡的异常的出现还与精神异常形成高度相关，包括与人类精神异常的自我伤害与妄想症相似的行为表型。相关成果发表在iScience杂志。这些研究成果表明灵长类动物白天脑电振荡在节律紊乱当中的重要作用，也揭示了灵长类动物当中节律紊乱与精神异常的密切相关性。
2、解析自闭症发病机理
自闭症是一种在婴幼儿时期发病的神经发育性疾病。徐华泰研究团队运用在体双光子钙成像与多通道电生理膜片钳记录技术，在MeCP2倍增的ASD 模型鼠大脑中，发现星形胶质细胞的缝隙连接促使新皮层神经元异常同步化。这表明此类缝隙连接扩大星形胶质细胞对神经元的影响，引发大范围神经元同步 SIC，增强活动同步性。该成果揭示星形胶质细胞与神经元相互作用或在自闭症发病机制中起重要作用，相关研究成果发表在Neuroscience Bulletin杂志。
图 星形胶质细胞在自闭症动物模型中影响神经元相互作用
(A), 荧光钙敏感染料Cal-520 AM和星形胶质细胞特异性染料磺胺碱101在体注射至体感皮层后，第2/3层细胞被标记情况的示例图。 (标尺, 50微米)。（B）在（A）示例图中的所有被染料标记的细胞的轮廓示意图。（C）MeCP2 Tg1小鼠新皮层中不同年龄显示出不同的神经元活动同步化异常。（D） 阻断星状胶质细胞的缝隙连接可以恢复年幼Tg1小鼠脑中神经元间的偏高同步化。
仇子龙研究团队在超700个自闭症核心家系全外显子组二代测序中，发现一发育商高、无智力迟滞的自闭症患儿，其 SENP1 基因有杂合新发突变致半倍剂量不足。团队经多种动物实验发现，Senp1杂合小鼠有自闭症核心症状，RSA脑区有相关表型。研究揭示 SENP1 调控 FMRP 表达影响突触形成机制，且回补相关蛋白可改善小鼠症状。该研究首次报道SENP1为自闭症风险基因及分子机制，为理解社交行为遗传基础、干预自闭症提供新思路，相关研究成果发表在Cell Reports杂志。
图 自闭症风险基因SENP1的分子机制 SENP1调控FMRP去苏木化影响自闭症核心症状的分子机制。
SENP1半倍剂量不足效应导致FMRP被过度苏木化而过度降解。FMRP在抑制性和兴奋性突触后的表达量下调会导致抑制性突触增加以及兴奋性突触减少。RSA脑区中兴奋性-抑制性突触连接紊乱，将进一步导致RSA脑区无法正确整合感觉信号，从而最终引起自闭症核心症状。
3、重大脑疾病猕猴模型构建
人类脑疾病的行为复杂，很多行为特征无法在低等动物当中出现。熊志奇研究团队发现少量恒河猴表现出与临床强迫症亚型相似的固定序列运动行为，具有重复、耗时、长期稳定的特征，且易受应激事件诱发。通过基因分析，发现强迫样行为猴的强迫症风险基因中严重损伤性变异比例高于正常猴，可能影响皮质-纹状体-丘脑-皮质环路的突触连接性。神经影像分析显示，模型猴存在与人类患者类似的脑结构异常：左侧尾状核灰质体积增大且与行为时长正相关，胼胝体纤维等白质异常。使用氟西汀治疗后，模型猴的强迫样行为显著缓解，近半数动物在高频发作时段行为减少超35%，与临床疗效相似。该研究成功建立了体现自发强迫样行为的猕猴模型，为强迫症机理研究和干预方案研发提供了基础。相关研究成果发表在National Science Review期刊，并申请获批多项发明专利。
图 强迫症样猕猴模型
该研究在大量长期单笼饲养的猕猴中，发现约2%的猕猴表现出固定序列运动行为。该行为具有重复、耗时、长期稳定的特征，易受到应激事件的诱发。强迫样行为猴携带人类强迫症风险基因的严重突变，具有与患者相似的脑异常和对氟西汀治疗的响应。
（2）成年自闭症猴模型
目前主流的自闭症猴模型（MECP2转基因）主要基于胚胎转基因技术构建，虽然此类猴模型具有非常重要的应用前景，但其存在制作周期长、成功率低、成本高及嵌合体等问题。仇子龙团队研究者基于AAV病毒介导的CRISPR/Cas9技术，向成年猕猴海马脑区直接注射携带CRISPR/Cas9的腺相关病毒（AAV），直接编辑成年猕猴海马脑区的MECP2基因，发现猕猴可出现一系列类似于孤独症患者核心症状的行为学改变，实现了基因编辑猕猴并在短期内诱导出现疾病表型的研究目的。相关研究成果发表在Science Bulletin杂志。
