约翰霍普金斯大学彭博公共卫生学院的研究人员在一项脑器官研究中表明，接触一种常见的杀虫剂会与频繁的自闭症相关基因突变协同增效。
这一结果是迄今为止最清晰的证据之一，表明遗传和环境因素可能联合起来干扰神经发育。研究人员怀疑遗传和环境因素可能导致自闭症谱系障碍患病率的增加，这是一种以认知功能、社交和沟通障碍为特征的发育障碍。
与传统的动物实验相比，这项研究对大脑器官的使用也为该领域更快、更便宜、更贴近人类的实验指明了方向。
大脑器官模型是由布隆伯格学院的研究人员开发的，由细胞球组成，这些细胞从人类干细胞培养物中分化出来，模仿正在发育的人类大脑。研究人员在研究中发现，毒死蜱(一种常见的农药，据称会导致发育神经毒性和自闭症风险)显著降低了类器官中CHD8蛋白的水平。CHD8是大脑发育中重要的基因活动调节剂。它的基因突变会降低CHD8的活性，是迄今为止已确定的100多种自闭症遗传风险因素中最强的。
这项研究发表在7月14日的《环境健康展望》(Environmental Health Perspectives)杂志上，首次在人类模型中表明，环境风险因素可以放大自闭症的遗传风险因素的影响。
布隆伯格学院环境健康与工程系的助理研究员、该研究的领导者Lena Smirnova博士说:“这是在显示遗传和环境之间的相互作用及其对自闭症谱系障碍的潜在作用方面迈出的一步。”
根据美国疾病控制与预防中心(Centers for Disease Control and Prevention)的数据，在40年前，自闭症谱系障碍在临床上还很罕见，但现在大约有2%的活产婴儿患有自闭症。
“近几十年来自闭症诊断的增加很难解释——不可能是在这么短的时间内发生了整个人群的基因变化，但我们也没能找到一个环境暴露充分解释它，”研究的合著者Thomas Hartung医学博士说。布隆伯格学院环境健康与工程系教授和Doerenkamp-Zbinden主席。哈东还是彭博学院动物替代试验中心的主任。“对我来说，最好的解释是遗传和环境因素的结合，”Hartung说。
环境因素和遗传易感性是如何相互作用而增加自闭症谱系障碍的风险仍然是未知的，部分原因是这些相互作用很难研究。用实验室动物进行的传统实验费用昂贵，尤其是对涉及大脑和认知的疾病，与人类的相关性有限。
在过去的几十年里，干细胞方法的进步使得研究人员可以使用人类皮肤细胞，这些细胞可以先转化成干细胞，然后转化成几乎任何类型的细胞，并在实验室里进行研究。近年来，科学家们已经从简单的实验室培养皿细胞培养扩展到能够更好地反映人体器官复杂性的三维类器官培养。
在他们的研究中，研究人员使用脑类器官来模拟CHD8基因破坏与毒死蜱接触的影响。由阿尔伯特·爱因斯坦医学院教授Herbert Lachman博士领导的一个小组，改造了组成类器官的细胞，使其缺少CHD8基因的两个正常副本中的一个。这模拟了CHD8基因活性的大幅减弱，但不是全部减弱，这与CHD8突变和自闭症患者的情况类似。研究人员随后检查了接触毒死蜱的额外影响，毒死蜱在美国和国外的农产品中仍广泛使用。
Smirnova说:“高剂量、短期的实验暴露不能反映现实情况，但它们为我们确定可能使个体更容易受到毒物影响的基因变异提供了一个起点。”“现在我们可以探索其他基因和潜在有毒物质是如何相互作用的。”
研究人员发现，只有一个CHD8基因副本的大脑器官细胞中CHD8蛋白水平只有正常水平的三分之二，但毒死蜱的暴露使CHD8水平大大降低，将中度稀缺变成严重稀缺。这种暴露清楚地表明了环境因素是如何恶化遗传因素的影响的，可能会恶化疾病的进展和症状。
作为他们研究的一部分，研究人员编制了一份血液、尿液和脑组织中的分子列表，之前的研究表明，这些分子在自闭症患者中有所不同。他们发现，由于CHD8缺乏或接触毒死蜱，这些明显的自闭症生物标志物的水平在类器官中也发生了显著改变，两者的影响都更大。
“从这个意义上说，我们证明了这些器官的变化反映了自闭症患者的变化，”Smirnova说。
根据研究人员的说法，这一发现为进一步研究基因-环境在疾病中的相互作用铺平了道路。
哈东说:“使用三维的、人类衍生的、类似大脑的模型，就像这项研究中的模型一样，是研究自闭症和其他神经发育障碍中基因和环境因素相互作用的一个很好的方法。”
