一种常见的实验室鱼类正在帮助自闭症研究走向更精准的方向。
这些鱼只有几天大，几乎还处于幼体阶段，但它们的运动可以暗示更宏大的发现。一道闪光、睡眠变化、减弱的惊吓反应。在微小的斑马鱼身上，这些基本行为可以成为一张地图，指向研究人员寻找特定形式自闭症的药物候选物。
这就是一项新的耶鲁研究背后的理念，该研究利用斑马鱼筛选数百种已经获批的药物，并将它们与自闭症谱系障碍的遗传形式相匹配。研究人员主张采用更精确的策略，而不是将自闭症视为一种疾病并寻求单一的治疗方法，而是根据共享的生物和行为模式对自闭症相关基因进行分组。
"由于自闭症谱系障碍在临床上和遗传上高度异质，识别药物候选物具有挑战性，许多正在研究中的新药在临床试验中效果不佳，"耶鲁医学院耶鲁儿童研究中心副教授、该研究的资深作者埃伦·J·霍夫曼(Ellen J. Hoffman)表示。
发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究聚焦于100多个科学家已确定与自闭症强相关的基因。这些基因塑造了发育中大脑的关键过程，包括神经元通信和其他基因的调控。但将这些遗传发现转化为可用的药物靶点要困难得多。
斑马鱼行为构建的药物库
斑马鱼成为生物医学研究中受欢迎的模型有充分理由。它们的基因与人类基因有重要的相似性，相对容易操作，并且一次可以产生大量后代。在幼体阶段，它们也非常适合大规模药物筛选。
耶鲁团队在野生型幼体斑马鱼(即没有研究中的自闭症相关突变的鱼)中筛选了774种FDA批准的药物。这些鱼暴露于化合物后，通过自动检测追踪睡眠-觉醒活动和视觉惊吓反应，包括对灯光开关的反应。
这产生了超过15,000个行为谱。在排除54种有毒药物和200种效果过小的药物后，研究人员建立了一个包含520种具有显著行为特征的药物工作数据库。
其理念很简单，至少在概念上如此。如果一种药物产生的行为模式看起来像是携带自闭症相关突变的鱼所表现出的模式的反转，那么该药物可能有助于抵消与该基因相关的紊乱行为。
研究并未止步于此。
研究团队将这些药物"指纹"与携带九个大效应自闭症基因突变的斑马鱼的行为指纹进行了比较。先前的工作已经表明，这些基因可以根据睡眠和感觉处理的共享模式分为三个亚组。在新研究中，研究人员利用这一框架寻找与每个亚组的行为特征匹配或对立的药物。
不同基因，不同救援候选物
这种比较指出了可能对特定自闭症相关基因重要的几个途径。最有力的候选机制包括雌激素、微管、线粒体和脂质代谢。
研究人员随后重点关注了两个具有特别显著斑马鱼表型的基因：SCN1A/SCN2A相关突变和DYRK1A相关突变。在鱼模型中，这些突变扰乱了正常的觉醒和感觉行为。一些鱼在白天活动较少，一些对光线异常敏感，另一些对灯光关闭的反应较弱。
针对性筛选确定了三种突出的药物候选物。雌激素受体激动剂雌波普(estropipate)成为scn1lab突变表型的最佳抑制剂。微管抑制剂紫杉醇(paclitaxel)在dyrk1a突变体中排名最高。线粒体调节剂和肉碱补充剂左旋肉碱(levocarnitine)在两者中都表现突出。
这种重叠使左旋肉碱尤为引人注目。
在scn1lab突变体中，左旋肉碱挽救了18个与对照组显著不同的行为参数中的13个。在dyrk1a突变体中，它挽救了15个中的11个。该药物显著改善了一种突变体对开灯刺激的过度敏感性和另一种突变体的白天清醒活动。
这种效果并非对每种症状或每种药物都普遍适用。一些候选药物在一种基因模型中比在另一种中效果更强，这正是研究的重点。这些发现强化了这样一个观点：预测对一个自闭症相关亚组有帮助的药物可能对另一个亚组没有帮助，甚至可能模仿另一个亚组中的紊乱模式。
线粒体中的线索
当研究团队超越行为进行观察时，左旋肉碱引起了更多关注。
研究人员绘制了斑马鱼的全脑活动，发现左旋肉碱挽救了几个脑区域的基础活动缺陷。在scn1lab突变体中，它将25个显示出显著基础差异的114个区域的活动恢复到野生型水平。在dyrk1a突变体中，它挽救了95个此类区域中的15个。
这些区域中的许多与白天清醒活动相关，包括间脑和菱脑区域。
RNA测序增加了另一层信息。在来自两种突变系的幼体大脑中，左旋肉碱逆转了数千个差异表达的基因。在被挽救的通路中，脂肪酸和脂质代谢尤为突出。研究人员得出结论，在两种模型中，失调的脂肪酸代谢可能是该药物的主要靶点之一。
同样的信号再次出现在人类细胞中。
研究团队在携带SCN2A和DYRK1A突变的人类多能干细胞衍生的谷氨酸能神经元中测试了左旋肉碱。在这些细胞中，该药物显著改善了平均放电率和尖峰数量，表明救援效果不仅限于鱼类。然而，它并非在所有情况下都逆转了氧化磷酸化表型，这限制了这一说法。该研究支持神经元活动的保守救援，但并非每种线粒体测量指标都得到改善。
精准方法，但有局限
该研究也留下了明确的边界。
这项工作识别了药物候选物，而非已证实的治疗方法。主要筛选平台测量了斑马鱼幼体的基本睡眠和感觉处理行为，而非自闭症相关特征的全部范围。作者指出，需要更多研究来测试抑制这些基本行为是否也会改善其他与自闭症相关的症状。
在跨物种转化结果方面也存在实际障碍。论文指出了在斑马鱼、人类细胞和哺乳动物之间协调药物剂量、给药方法和发育阶段的挑战。鱼中大多数行为救援似乎还依赖于急性暴露，因为慢性暴露后清洗挽救的特征较少。
尽管如此，该研究提供了自闭症药物研究经常缺乏的东西：一种系统化整理该领域的方法。
"我们的研究强调了对自闭症风险基因进行分层或亚组划分的重要性，以使用基于精准医学的方法识别潜在的药物候选物，"霍夫曼说。
研究团队还创建了一个开源网站，包含筛选的全部774种药物的行为谱，以及更大的药理-行为数据库。研究人员表示，这一资源可以帮助其他团队搜索与不同基因和疾病相关的化合物。
研究的实际意义
这项工作表明，未来的自闭症药物开发可能会受益于专注于基因特异性或亚组特异性生物学，而不是寻找一种广泛的治疗策略。它还为研究人员指明了涉及雌激素信号、微管、线粒体和脂质代谢的途径。
左旋肉碱作为一个候选药物脱颖而出，值得在携带特定突变的人群中进一步研究，特别是因为它的效果在斑马鱼和人类神经元中都有体现。
更大的实际价值可能是筛选流程本身，它为科学家提供了一种从自闭症相关基因更快地找到可测试药物靶点的方法。
研究结果在线发表在《美国国家科学院院刊》上。
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