许执恒找出大脑发育异常基因,或可战胜重大

许执恒

中国科学院遗传与发育研究所研究员

许执恒和同事们在全世界首次证实寨卡病毒感染直接导致小颅畸形。他预言：找出大脑发育异常的基因并进行提前干预，人类将能预防疾病，甚至可以战胜一直困扰科学界的重大难题。

大家好！我是许执恒，来自中科院遗传发育所。今天我给大家介绍我们实验室有关大脑疾病的内容，并为大家讲一些工作背后的故事。

这个男的大家都认识吧，扎克伯格是脸书的创始人，他和他的太太决定把他们90%的财产都捐出来做慈善，因为他的太太是一个儿科医生，所以他们对疾病非常感兴趣。他们问过一个问题，“在我们的下一代，能不能让疾病都得到治疗？”这个问题既好回答也比较难回答。

我给大家举一些例子，我们每一个做父母的都希望自己的孩子健康快乐，像天使一样。

左图是胎儿在十周的时候拍的照片，你们可以看到他纯洁无瑕的眼睛，真是如天使一般。

然而在我们现实当中，我们可以看到像左图舟舟这样的人，他已经30多岁了，但是他的智力只有六七岁小孩的水平。右图是斯蒂芬·威尔夏，他是记忆画家，他的记忆能力匪夷所思，后面这张图是他坐直升飞机在一个大城市里面兜一圈回来后，完全靠记忆把整个城市给画下来，但是现实当中他是一个自闭症患者，他的社交能力和语言能力都有问题。

我们再看另外一张图，左图这个小伙子他是一个麻省理工学院的数学系教授，青年才俊，娶了个貌美如花的太太，大家都认为他将来的前途会一片光明。的确是！他后来获得了经济学诺贝尔奖，然而他结婚以后的几十年一直都被精神分裂症所折磨着。

观众们可能在想：这些人都这么有能耐，我也希望成为当中的一员。我劝你们别这么想，因为绝大多数情况下，这种患者都智力低下，生活自理能力很低，给家庭和社会都带来了很大的负担。这些患者多半都是大脑在发育过程中出现了问题。

因此，我给大家简单介绍一下大脑是怎么发育的。这张图里面粉色的部分是大脑早期发育时的一个雏形，我们把它切开之后看到里面是空的，这个壳周围只有几层细胞，这个细胞就叫神经干细胞，我们整个大脑就是由神经干细胞发育而来。

那么大脑里面主要起作用的细胞是什么呢？是神经元，神经元包括胞体、树突和轴突，也就是我们红色箭头标的这些结构。那么胞体、树突和轴突是起什么作用呢？它就是把神经元的信号传递到其它的神经元，从而控制其它神经元的活性，或者传递到其它的组织器官从而控制组织器官的功能。

我们大脑里有大概亿个神经元。这个画是一个艺术家画的大脑局部图，彩色的丝就是一根根的轴突，我们的大脑就由这些不断交织的丝所形成的一个非常复杂的网络。

我们要研究疾病最重要的是什么？我们要了解它为什么会生这些病，要了解它的发病机制的话，那我们首先要有动物模型。

这上面有三个胚胎期的图，其中一个是小鼠、一个是人、一个是鸡。最左边的就是小鼠，我们可以看到，在中早期，小鼠和我们人类的大脑发育是非常相像的，所以我们实验室和大多数主流实验室一样，我们是用小鼠做动物模型来研究人类的疾病。

我们研究的一个疾病就是小颅畸形症，小颅畸形症的发病率大概是万分之二到十二之间。它的主要症状就是头小、智力低下、行为异常，那么目前发现的和小颅畸形相关的基因大概有16个，其中WDR62和ASPM是最主要的两个，占了50%以上。

中下的图是我们做了一个WDR62敲除的小鼠，大家可以看到这个小鼠的大脑明显小了。在右图呢，我们又给它做了个CT，大家可以看CT描述的是它大脑的一个颅骨结构，在白线以上是大脑。我们可以看到敲除以后，小鼠的大脑就明显减少了。

由于在人类中WDR62突变的人，除了头小以外，还有智力低下的表现，因此我们就想到小鼠会不会也是智力低下，所以我们就用了一种设备检测小鼠的学习记忆能力。

在左图最左边，我们把一个小鼠放在一个盒子里面，这个盒子下面有个电极板，我们给它两秒钟的短暂电击之后，小鼠突然就感觉痛了，反应跟我们人一样，人类一旦碰到恐怖事件的时候，第一个反应是什么？赶快趴地上不动了，那么小鼠也一样。

第一天它被电击了，如果说第二天我们把它再拿出来放在另外一个房间，就是B房间，小鼠在里面还是自由寻找、探索。如果再把它放到A里面，它一想完蛋了，又是昨天我被电击的这个鬼地方，它的本能反应就是赶快趴地上不动，这是短期记忆。

我们再测它的长期记忆怎么做呢？就是再过一个礼拜，我们再给小鼠放到A这个房间里面，那么大多数小鼠一般一个礼拜后还会记得之前自己遭电击的那个房间，所以一放进去它的行为还是趴在地上不动。所以，我们通过这套实验测试WDR62小鼠的智力是有低下的。

在以前的研究中，我们很难在体内研究单个神经元，但现在我们有一种技术，可以把小鼠的单个神经元用荧光蛋白标记，这样通过放大之后，我们可以看到其中单个的神经元。

这是一个神经元，我们还可以把上面的树突给它再进一步放大，这样的话，我们可以看到树突上面有一个凸起的部分，这个就是神经元的突触。我们知道突触是神经元连接的最基本单位，我们可以看右图在WDR62敲除的小鼠当中，它的突触数量是明显减少了，所以我们就知道WDR62是通过影响神经元的结构和突触形态导致智力低下的。

接下来，我给大家讲一个相关的课题。年以来，我们都知道寨卡病毒在全世界蔓延，已经播及到70多个国家和地区了。美洲新生儿的发病率突然上升了20多倍，这么多小颅畸形患儿的出生导致了世界性的恐慌，WHO宣布寨卡病毒感染成为国际

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