編者按
自閉癥譜系障礙（ASD）是一種復雜的神經發育綜合征，其核心表現為社交溝通障礙、重復刻板行為和狹隘興趣。研究表明，其成因涉及遺傳因素（如基因突變）、孕期環境（如感染、毒素暴露）及菌-腸-腦軸功能紊亂等。
今天，我們分享2025年4月29日發表在Scientific Reports上的題為“Seizure-like behavior and hyperactivity in napb knockout zebrafish as a model for autism and epilepsy”的最新研究成果。該研究利用基因編輯技術構建了斑馬魚自閉癥及癲癇模型，確定了NAPB基因是自閉癥及癲癇的潛在危險基因。
研究發現，敲除NAPB基因的斑馬魚運動神經元軸突長度縮短，并表現出過度活躍的行為異常，如總移動距離、游泳速度、旋轉頻率增加等，有效模擬了人類癲癇表型。通過結合行為學測試、電生理MEA分析表明，該斑馬魚模型可用于研究自閉癥譜系障礙（ASD）和癲癇的病理生理機制，并為相關疾病的藥物篩選提供了新工具。
文章題目
Seizure-like behavior and hyperactivity in napb knockout zebrafish as a model for autism and epilepsy
雜志：Scientific Reports（Nature子刊）
發表時間：2025年4月29日
作者：Kyung Chul Shin, Sahar I. Da’as & Yongsoo Park等
單位：卡塔爾哈馬德·本·哈利法大學（Hamad Bin Khalifa University, HBKU），卡塔爾生物醫學研究所等
01、研究亮點
利用基因編輯技術構建了敲除NAPB基因的斑馬魚自閉癥及癲癇模型，發現NAPB功能缺失導致斑馬魚運動神經元發育異常及癲癇樣行為；
• 結合行為學、電生理學（MEA）和分子生物學技術，全面解析了癲癇表型的神經機制，揭示了NAPB敲除通過增強大腦區域神經興奮性，而非突觸傳遞缺陷，誘發癲癇表型；
• NAPB基因敲除的斑馬魚成功模擬了ASD和癲癇的共病表型，如過度活躍、神經超興奮性等，為病理機制研究提供了新工具，也可用于高通量篩選靶向神經超興奮性的抗癲癇藥物。
02、研究背景
自閉癥譜系障礙（ASD）是一種復雜的神經發育綜合征，主要表現為重復性行為和社交溝通障礙等。共病現象在ASD患者身上十分普遍，且常伴隨多個，其中癲癇是常見癥狀之一。我們的研究已證實，NAPB（N-乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白β）是ASD的潛在風險基因。一組卡塔爾ASD三胞胎患者被發現基因雜合突變，其從父母遺傳的NAPB純合基因變異，以致于這三個男孩均表現出不同程度的早期癲癇性腦病，且病情程度和藥物反應各異。
基于此，研究人員構建了患者特異性、父母特異性及經過基因修正的NAPB多能干細胞系，這些干細胞分化的人類神經元顯示，患者神經元中NAPB功能缺失。此外，兩項國際獨立研究也發現了兩種與癲癇相關的NAPB功能缺失突變，進一步證實了NAPB突變在ASD和癲癇中的關鍵作用。
NAP，又稱可溶性NSF附著蛋白（SNAP），是NSF ATP酶的重要輔助因子，可促進SNARE復合體的解聚，從而釋放游離SNARE蛋白以用于后續膜融合反應。NAP-α（NAPA）與NAP-β（NAPB）的序列相似性達83%，分子量分別為33 kDa和34kDa。NAPB在大腦中特異性表達，而NAPA則廣泛分布于多種組織。與NAPB基因突變患者的癲癇表型一致，NAPB基因敲除（KO）后的小鼠在出生后表現出嚴重的復發性癲癇。然而，NAPB基因缺失并不影響細胞水平的突觸傳遞和短期可塑性。同樣，在NAPB基因突變的多能干細胞分化的人源皮質神經元中，也未觀察到神經元活動及鈣內流缺陷，這表明細胞模型可能無法充分模擬癲癇表型。開發NAPB基因突變的動物模型，對研究ASD和癲癇病理機制仍然具有挑戰性。
斑馬魚，因其與人類的遺傳相似性高、通體透明、明確的中樞神經系統等，被廣泛用于癲癇和神經發育障礙研究。斑馬魚的可量化行為，可有效模擬癲癇發作、多動和其他神經發育異常等，為相關疾病建模提供了理想平臺。本研究利用基因編輯技術，對兩種NAPB直系同源基因——napba、napbb，構建了NAPB斑馬魚模型，以探究NAPB基因相關的癲癇病理機制。
本研究通過構建敲除NAPB基因的斑馬魚，探究其癲癇樣表型及NAPB基因遺傳變異相關的神經病理特征，并結合行為學測試、MEA電生理功能分析，研究癲癇及相關神經疾病的病理生理機制，揭示NAPB突變如何通過神經超興奮性誘發疾病表型。
03、研究結果
1. 斑馬魚模型探究NAPB基因突變與癲癇的關聯
通過對卡塔爾100多個自閉癥家庭進行全外顯子組基因測序，證實NAPB基因是自閉癥譜系障礙（ASD）和其他神經發育障礙的潛在風險基因。
研究人員通過基因編輯技術，敲除兩個napb直系同源基因，構建了NAPB基因敲除斑馬魚（CR），并通過活體成像發現，與對照組相比，NAPB基因敲除的斑馬魚運動神經元軸突長度顯著縮短（圖1A-B），表明神經發育與連接異?？赡芤鸺膊“l生，但神經肌肉突觸在軸突分支模式上與對照組無明顯差異，表明NAPB缺失可能不直接影響突觸結構。
在斑馬魚癲癇模型中，NAPB基因敲除的斑馬魚總移動距離、游泳速度、旋轉頻率等均顯著升高（圖1C-E），其行為學變化有效模擬了人類癲癇表型，表明該模型可用于ASD相關癲癇的病理機制研究。
圖1
2. PTZ誘導斑馬魚癲癇樣活動，但在NAPB敲除的斑馬魚中效果減弱
戊四氮（PTZ）是γ氨基丁酸(GABA-A)及其受體復合物的抑制劑，可用于誘發癲癇、驚厥等。通過降低GABAA的抑制性效應，從而增強神經元興奮性并誘導斑馬魚癲癇樣行為，其?？捎糜谡T導過度活躍及癲癇樣運動表型。
研究人員通過定量逆轉錄PCR（qPCR）分析，發現對照組的斑馬魚表現出顯著的行為異常，如總移動距離（圖1F）、游泳速度（圖1G）及旋轉頻率（圖1H）均顯著增加，且PTZ處理期間，斑馬魚的行為異常呈持續性。
進一步探究PTZ對NAPB敲除的斑馬魚的作用，結果顯示，在PTZ暴露的前8分鐘，NAPB敲除的斑馬魚總移動距離、游泳速度及旋轉頻率均顯著高于對照組；但隨著時間的推移，PTZ的效應逐漸減弱，這可能與后續出現的活動停滯期有關。
3. NAPB敲除的斑馬魚神經超活躍與超興奮性
隨后，研究人員利用微電極陣列（MEA）技術來研究斑馬魚的神經活動及神經網絡的形成。在對照組斑馬魚中，大腦神經活動（紅色信號）與脊髓活動高度同步（圖2C），表明其神經系統網絡連接完整，大腦激活可觸發脊髓及運動神經元的協同放電。相比之下，NAPB敲除的斑馬魚表現出顯著的腦區神經超活躍（圖2D-F），且腦區異常活躍的個體數量顯著高于對照組（圖2G）。因此，NAPB敲除的斑馬魚腦部神經超活躍與其癲癇樣行為（圖1C-E）直接相關，證實了該模型的癲癇表型。
圖2
此外，由于NAPB敲除的斑馬魚已處于高神經興奮狀態，在PTZ誘導的癲癇模型中，其超活躍性有所降低，這與NAPB模型先前觀察到的癲癇樣行為表型一致。
圖3
04、編者點評
本研究構建了NAPB敲除的斑馬魚自閉癥及癲癇模型，揭示了NAPB功能缺失導致斑馬魚運動神經元發育異常和癲癇樣行為，并發現NAPB基因敲除通過增強大腦區域神經興奮性，而非突觸傳遞缺陷，誘發癲癇表型，為研究ASD和癲癇的病理機制及藥物篩選提供了新工具。
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”多維生物技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特已建立200多種斑馬魚模型，胃癌、腦類器官、心臟類器官及各種腫瘤類器官培養平臺，歡迎有需要的讀者垂詢！