编者按

自闭症谱系障碍（ASD）是一种复杂的神经发育综合征，其核心表现为社交沟通障碍、重复刻板行为和狭隘兴趣。研究表明，其成因涉及遗传因素（如基因突变）、孕期环境（如感染、毒素暴露）及菌-肠-脑轴功能紊乱等。

今天，我们分享2025年4月29日发表在Scientific Reports上的题为“Seizure-like behavior and hyperactivity in napb knockout zebrafish as a model for autism and epilepsy”的最新研究成果。该研究利用基因编辑技术构建了斑马鱼自闭症及癫痫模型，确定了NAPB基因是自闭症及癫痫的潜在危险基因。

研究发现，敲除NAPB基因的斑马鱼运动神经元轴突长度缩短，并表现出过度活跃的行为异常，如总移动距离、游泳速度、旋转频率增加等，有效模拟了人类癫痫表型。通过结合行为学测试、电生理MEA分析表明，该斑马鱼模型可用于研究自闭症谱系障碍（ASD）和癫痫的病理生理机制，并为相关疾病的药物筛选提供了新工具。

文章题目

Seizure-like behavior and hyperactivity in napb knockout zebrafish as a model for autism and epilepsy

杂志：Scientific Reports（Nature子刊）

发表时间：2025年4月29日

作者：Kyung Chul Shin, Sahar I. Da’as & Yongsoo Park等

单位：卡塔尔哈马德·本·哈利法大学（Hamad Bin Khalifa University, HBKU），卡塔尔生物医学研究所等

01、研究亮点

利用基因编辑技术构建了敲除NAPB基因的斑马鱼自闭症及癫痫模型，发现NAPB功能缺失导致斑马鱼运动神经元发育异常及癫痫样行为；

• 结合行为学、电生理学（MEA）和分子生物学技术，全面解析了癫痫表型的神经机制，揭示了NAPB敲除通过增强大脑区域神经兴奋性，而非突触传递缺陷，诱发癫痫表型；

• NAPB基因敲除的斑马鱼成功模拟了ASD和癫痫的共病表型，如过度活跃、神经超兴奋性等，为病理机制研究提供了新工具，也可用于高通量筛选靶向神经超兴奋性的抗癫痫药物。

02、研究背景

自闭症谱系障碍（ASD）是一种复杂的神经发育综合征，主要表现为重复性行为和社交沟通障碍等。共病现象在ASD患者身上十分普遍，且常伴随多个，其中癫痫是常见症状之一。我们的研究已证实，NAPB（N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白β）是ASD的潜在风险基因。一组卡塔尔ASD三胞胎患者被发现基因杂合突变，其从父母遗传的NAPB纯合基因变异，以致于这三个男孩均表现出不同程度的早期癫痫性脑病，且病情程度和药物反应各异。

基于此，研究人员构建了患者特异性、父母特异性及经过基因修正的NAPB多能干细胞系，这些干细胞分化的人类神经元显示，患者神经元中NAPB功能缺失。此外，两项国际独立研究也发现了两种与癫痫相关的NAPB功能缺失突变，进一步证实了NAPB突变在ASD和癫痫中的关键作用。

NAP，又称可溶性NSF附着蛋白（SNAP），是NSF ATP酶的重要辅助因子，可促进SNARE复合体的解聚，从而释放游离SNARE蛋白以用于后续膜融合反应。NAP-α（NAPA）与NAP-β（NAPB）的序列相似性达83%，分子量分别为33 kDa和34kDa。NAPB在大脑中特异性表达，而NAPA则广泛分布于多种组织。与NAPB基因突变患者的癫痫表型一致，NAPB基因敲除（KO）后的小鼠在出生后表现出严重的复发性癫痫。然而，NAPB基因缺失并不影响细胞水平的突触传递和短期可塑性。同样，在NAPB基因突变的多能干细胞分化的人源皮质神经元中，也未观察到神经元活动及钙内流缺陷，这表明细胞模型可能无法充分模拟癫痫表型。开发NAPB基因突变的动物模型，对研究ASD和癫痫病理机制仍然具有挑战性。

斑马鱼，因其与人类的遗传相似性高、通体透明、明确的中枢神经系统等，被广泛用于癫痫和神经发育障碍研究。斑马鱼的可量化行为，可有效模拟癫痫发作、多动和其他神经发育异常等，为相关疾病建模提供了理想平台。本研究利用基因编辑技术，对两种NAPB直系同源基因——napba、napbb，构建了NAPB斑马鱼模型，以探究NAPB基因相关的癫痫病理机制。

本研究通过构建敲除NAPB基因的斑马鱼，探究其癫痫样表型及NAPB基因遗传变异相关的神经病理特征，并结合行为学测试、MEA电生理功能分析，研究癫痫及相关神经疾病的病理生理机制，揭示NAPB突变如何通过神经超兴奋性诱发疾病表型。

03、研究结果

1. 斑马鱼模型探究NAPB基因突变与癫痫的关联

通过对卡塔尔100多个自闭症家庭进行全外显子组基因测序，证实NAPB基因是自闭症谱系障碍（ASD）和其他神经发育障碍的潜在风险基因。

研究人员通过基因编辑技术，敲除两个napb直系同源基因，构建了NAPB基因敲除斑马鱼（CR），并通过活体成像发现，与对照组相比，NAPB基因敲除的斑马鱼运动神经元轴突长度显著缩短（图1A-B），表明神经发育与连接异常可能引起疾病发生，但神经肌肉突触在轴突分支模式上与对照组无明显差异，表明NAPB缺失可能不直接影响突触结构。

在斑马鱼癫痫模型中，NAPB基因敲除的斑马鱼总移动距离、游泳速度、旋转频率等均显著升高（图1C-E），其行为学变化有效模拟了人类癫痫表型，表明该模型可用于ASD相关癫痫的病理机制研究。

图1

2. PTZ诱导斑马鱼癫痫样活动，但在NAPB敲除的斑马鱼中效果减弱

戊四氮（PTZ）是γ氨基丁酸(GABA-A)及其受体复合物的抑制剂，可用于诱发癫痫、惊厥等。通过降低GABAA的抑制性效应，从而增强神经元兴奋性并诱导斑马鱼癫痫样行为，其常可用于诱导过度活跃及癫痫样运动表型。

研究人员通过定量逆转录PCR（qPCR）分析，发现对照组的斑马鱼表现出显著的行为异常，如总移动距离（图1F）、游泳速度（图1G）及旋转频率（图1H）均显著增加，且PTZ处理期间，斑马鱼的行为异常呈持续性。

进一步探究PTZ对NAPB敲除的斑马鱼的作用，结果显示，在PTZ暴露的前8分钟，NAPB敲除的斑马鱼总移动距离、游泳速度及旋转频率均显著高于对照组；但随着时间的推移，PTZ的效应逐渐减弱，这可能与后续出现的活动停滞期有关。

3. NAPB敲除的斑马鱼神经超活跃与超兴奋性

随后，研究人员利用微电极阵列（MEA）技术来研究斑马鱼的神经活动及神经网络的形成。在对照组斑马鱼中，大脑神经活动（红色信号）与脊髓活动高度同步（图2C），表明其神经系统网络连接完整，大脑激活可触发脊髓及运动神经元的协同放电。相比之下，NAPB敲除的斑马鱼表现出显著的脑区神经超活跃（图2D-F），且脑区异常活跃的个体数量显著高于对照组（图2G）。因此，NAPB敲除的斑马鱼脑部神经超活跃与其癫痫样行为（图1C-E）直接相关，证实了该模型的癫痫表型。

图2

此外，由于NAPB敲除的斑马鱼已处于高神经兴奋状态，在PTZ诱导的癫痫模型中，其超活跃性有所降低，这与NAPB模型先前观察到的癫痫样行为表型一致。

图3

04、编者点评

本研究构建了NAPB敲除的斑马鱼自闭症及癫痫模型，揭示了NAPB功能缺失导致斑马鱼运动神经元发育异常和癫痫样行为，并发现NAPB基因敲除通过增强大脑区域神经兴奋性，而非突触传递缺陷，诱发癫痫表型，为研究ASD和癫痫的病理机制及药物筛选提供了新工具。

作为健康美丽产业CRO服务开拓者与引领者、斑马鱼生物技术的全球领导者，环特生物搭建了“斑马鱼、类器官、哺乳动物、人体”多维生物技术服务体系，开展健康美丽CRO服务、科研服务、智慧实验室搭建三大业务。目前，环特已建立200多种斑马鱼模型，胃癌、脑类器官、心脏类器官及各种肿瘤类器官培养平台，欢迎有需要的读者垂询！