Nat Commun | 多模态研究表明:产前双酚A暴露通过表观遗传抑制芳香化酶与ASD相关，且10HDA可改善相关小鼠表型

脑芳香化酶由CYP19A1基因编码，通过脑启动子I.f调控表达，可将神经雄激素转化为神经雌激素，对神经发育至关重要。

自闭症谱系障碍(ASD)以个体在社交沟通和互动方面受损、以及行为模式受限、重复为主要特征，是一种可经临床诊断的神经发育障碍。人群和动物研究表明，产前暴露于双酚A(BPA)等内分泌干扰物与儿童ASD症状相关，但其通过芳香化酶调控神经发育的机制尚不明确。

2024年8月，澳大利亚墨尔本大学研究人员在Nature Communication上发表了题为“Male autism spectrum disorder is linked to brain aromatase disruption by prenatal BPA in multimodal investigations and 10HDA ameliorates the related mouse phenotype”的文章，该研究通过人群队列与多模态实验模型，证明产前BPA暴露会增加男性患ASD的风险，该过程与BPA通过表观遗传抑制芳香化酶基因有关，并在小鼠模型中证实，出生后给予具有雌激素活性的脂肪酸，即10-羟基-2-癸烯酸(10HDA)，可改善产前暴露于BPA的幼鼠所出现的ASD表型。

研究设计

采用多模式整合研究设计，通过出生队列研究与动物模型实验相结合，系统探讨了产前BPA暴露与男性ASD风险之间的因果关系及机制。

1、人类队列研究：基于“巴旺婴儿研究”出生队列(BIS队列，1074对母婴)，检测母亲孕36周尿 BPA水平，并结合CYP19A1基因遗传评分和脐带血CYP19A1 脑启动子甲基化，分析BPA暴露与ASD诊断的关联，并通过分子中介分析明确芳香化酶甲基化的介导作用；

2、动物实验验证：构建小鼠模型（孕期BPA暴露模型和芳香化酶基因敲除（ArKO）模型），评估雄性小鼠的ASD样行为、脑结构及功能；

3、干预研究：评估10HDA在细胞培养和小鼠模型中对BPA有害效应的逆转作用，包括行为改善、神经元形态恢复及转录组通路调控；

4、分子机制探索：通过体外细胞实验验证BPA对芳香化酶表达的抑制作用，以及10HDA的缓解效应；结合分子对接模拟、RNA测序分析10HDA的作用机制及对神经发育相关基因的调控。

主要结果

在巴旺婴儿研究出生队列中，研究人员分析了43例ASD确诊儿童的产前BPA暴露水平与芳香化酶基因（CYP19A1）活性的关联。构建两种遗传评分方法来评估儿童的芳香化酶活性水平，结果表明，那些芳香化酶活性较低的男孩，若在产前暴露于高水平的BPA，其在2岁时出现ASD相关症状的风险会显著增加（约3.5倍以上）。在按儿童性别和未加权CYP19A1遗传评分进行分层的亚组分析中，结果与2岁时的发现一致，产前BPA高暴露与儿童9岁时被诊断为ASD呈正相关，仅在芳香化酶活性较低的男孩群体中。

产前BPA暴露与自闭症谱系障碍结果的关联

进一步研究发现，产前高水平BPA暴露可诱导脐带血中CYP19A1基因大脑启动子I.f 区域甲基化水平升高，BPA水平越高，大脑启动子区域的甲基化程度也越高。在调整了与芳香化酶相关的遗传评分后，这种关联依然存在，表明BPA可能通过甲基化这一表观遗传途径，特异性关闭了大脑中芳香化酶的基因开关。

在另一个独立队列中，重新分析数据发现，更高的产前BPA水平同样与芳香酶大脑启动子P1.的的甲基化水平升高显著相关。这增强了BPA导致芳香化酶基因甲基化这一结论的可靠性。

在BIS队列中，研究证实较高的产前BPA暴露同样会导致大脑神经营养因子BDNF基因关键区域发生超甲基化，这种效应主要在男性婴儿中显著。中介分析在两个独立队列中都提供了显著证据：BPA对BDNF甲基化的影响，有一部分是通过“升高芳香酶甲基化”这个中间步骤来实现的。即存在一条BPA-CYP19A1甲基化 ↑ →BDNF甲基化 ↑ 的传导路径。

脐带血中与产前BPA相关芳香化酶CYP19A1基因的甲基化

为了验证上述对BPA和芳香化酶表达的人群研究结果，随后通过体外实验研究了BPA暴露对人神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y中芳香化酶表达的影响。在SH-SY5Y中，蛋白表达水平检测结果显示，随着BPA暴露浓度的升高，芳香化酶表达水平逐渐下降，在50 μg/L BPA 处理时芳香化酶蛋白水平减少50%以上，证实了BPA对酶表达的直接抑制作用。

既往研究表明，在男孩内测杏仁核(MeA)的细胞内芳香化酶有显著的表达。在本次研究的动物模型中，孕期E10.5-E14.5（杏仁核发育关键期）暴露50 μg/kg BPA的雄性小鼠，其MeA中芳香化酶阳性神经元数量减少37%。

BPA暴露会降低芳香化酶的水平

行为学实验进一步表明，BPA暴露雄性小鼠社交互动时间减少43%，刻板行为增加48%，而芳香化酶敲除（ArKO）雄性小鼠，完全丧失社交偏好（图 4A-B），证实芳香化酶缺失是雄性社交障碍的核心机制。

暴露于BPA的雄性小鼠和芳香化酶敲除（ArKO）小鼠具有社交缺陷和增加的梳理行为

伴随MeA神经元树突长度缩短29.6%、棘密度降低7.0 spines/10μm。皮层电生理检测显示，这些小鼠的γ振荡频率异常，与ASD患者脑电特征一致。

雄性BPA暴露和ArKO小鼠皮层结构和功能的改变

分子对接模拟表明，10HDA可能作为一种配体，在雌激素受体α和β上与BPA竞争结合位点。在雄性胎儿大脑皮层神经元的体外培养实验中证实，BPA会直接损害神经元的正常发育，导致神经突触缩短、棘突密度下降。而10HDA能够有效抵消BPA的这种毒性作用，保护神经元结构。在体内实验中，产后10HDA给药显著改善了产前BPA暴露雄性小鼠的社交互动，并且恢复了ArKO小鼠杏仁核的电活动低下及病理改变等。

出生后10HDA可改善社会方法和兴奋性突触后电位缺陷

大脑皮层转录组分析显示，10HDA 显著上调BPA暴露而下调的突触发生相关基因，激活CREB信号通路等神经发育关键路径，从基因表达层面揭示其神经保护机制。

这项多模态研究通过出生队列和动物模型研究，揭示了产前BPA暴露通过表观遗传机制抑制大脑芳香化酶活性，从而特异性增加男性ASD表型的分子途径。10HDA可能是一种潜在的治疗剂，它在分子、细胞、环路及行为层面可以全面逆转BPA的神经发育毒性，为ASD的干预提供了潜在新策略，但其安全性和疗效还需要进一步研究。

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