跳到主要内容
访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
美国国家科学院院刊。2022年2月22日；119（8）：e2112852119。
2022年2月14日在线发布。 数字对象标识：10.1073/pnas.2112852119
预防性维修识别码：PMC8872729号
PMID：35165191

线粒体功能障碍和氧化应激与FOXP1综合征的认知和运动损伤

王静（音译）,一,1 亨宁·弗罗里奇（Henning Fröhlich）,一,1 菲利佩·博达利奥·托雷斯,b条 兰杰尔·里尔·席尔瓦,b条 格诺·波切特,c（c） 阿加瓦尔,b条,d日和古德伦·A·拉波德通讯作者一,d日,2
作者信息 文章注释 版权和许可证信息 PMC免责声明

关联数据

补充资料
数据可用性声明

重要性

FOXP1公司FOXP1综合征患者认知和运动障碍的基础是单倍体不足。这里，我们展示了缺少一只老鼠Foxp1系列复制表现出类似的行为缺陷，这可能是由纹状体功能障碍引起的。的确，Foxp1系列+/−纹状体中层棘状神经元的轴突分支减少，线粒体的生物发生和动力学改变；线粒体自噬增加；线粒体膜电位、结构和运动性降低；这些动物纹状体中氧含量升高。作为FOXP1公司高度保守，我们的数据强烈表明线粒体功能障碍和过度氧化应激导致FOXP1综合征患者的运动和认知损伤。因此，线粒体内稳态对正常发育至关重要，可以解释神经发育障碍的缺陷。

关键词：FOXP1综合征、ASD、认知和运动损伤、线粒体缺陷、ROS

摘要

FOXP1综合征是由叉头盒蛋白P1（FOXP1）基因单倍体不足引起的一种神经发育障碍，表现为运动功能障碍、智力残疾、自闭症和语言障碍。在本研究中，我们使用了Foxp1系列+/−研究FOXP1综合征中认知和运动缺陷是否与线粒体功能障碍和氧化应激相关的小鼠模型。在这里，我们表明在线粒体生物发生和动力学中起作用的基因（例如。，福克斯1,Pgc-1α,Tfam公司,Opa1公司、和图纸1)纹状体失调Foxp1系列+/−出生后不同阶段的小鼠。此外，这些动物表现出线粒体膜电位和复合物I活性降低，抗氧化剂超氧化物歧化酶2（Sod2）和谷胱甘肽（GSH）表达降低，导致氧化应激和脂质过氧化增加。这些特征可以解释我们在这些动物身上观察到的神经突起分支、学习和记忆、耐力和运动协调能力下降的原因。综上所述，我们提供了线粒体功能障碍的有力证据Foxp1系列+/−这表明能量供应不足和过度氧化应激是FOXP1缺乏症认知和运动障碍的基础。

自闭症谱系障碍（ASD）是一种神经发育障碍，其特征是社交交流受损、兴趣受限或刻板印象以及重复行为。对ASD个体及其家族的分子遗传学研究已经确定了数百个ASD风险基因，包括叉头盒蛋白P1(福克斯1)基因。在人类中FOXP1公司导致FOXP1综合征（人类在线孟德尔遗传[OMIM]605515），这是一种以运动和语言发育迟缓、智力残疾、自闭症特征和畸形特征为特征的神经发育障碍(1,2). 自2010年第一次报告以来(1)文献中描述了100多例新发突变病例，以及FOXP1公司根据西蒙斯基金会自闭症研究计划（SFARI）基因数据库，目前是排名最高的自闭症基因(三).

FOXP1是Forkhead Box P（FOXP）转录因子亚家族的成员，其中还包括FOXP2、FOXP3和FOXP4。FOXP1和FOXP2在脊椎动物中高度保守，并形成同源和异源二聚体(4,5)、和while狐狸2突变与一种明显的言语和语言障碍有关(6),FOXP1公司突变影响更多的全局神经功能。它们还可以与FOXP4形成低聚物(5)表明这三种相关转录因子通过共同的途径调节认知行为和运动发育(7).

完全失去Foxp1系列在胚胎第14.5天（E14.5）对小鼠是致命的(8)，但杂合子的表型Foxp1系列+/−小鼠与FOXP1综合征患者相似。Foxp1系列+/−动物表现出行为和肌肉缺陷，例如新生儿超声波发声和握力下降(9)，这是动物出现社会缺陷和张力减退的最初迹象。此外，Foxp1系列+/−小鼠出现食管失弛缓症和结肠蠕动受损(10)反映了许多FOXP1综合征患者的胃肠道紊乱(2,11).

在大脑中，Foxp1主要表达于皮层、海马体和纹状体(7,12). 在皮层中，Foxp1主要表达在第3层至第5层的远脑投射神经元中，调节新生儿发声(13). 在海马体中，Foxp1表达于CA1亚区和室下区，这是空间学习和突触可塑性所必需的(14). 在纹状体中，Foxp1的表达最为丰富，并以细胞类型特异的方式调节细胞组成和连接(15). 因此，Foxp1在调节神经发生和突触组织方面具有重要作用。然而，尚未研究Foxp1及其转录调节因子在代谢紊乱和线粒体功能紊乱中的作用。事实上，线粒体功能在神经发生、突触可塑性和神经传递中起着重要作用(16–18).

代谢紊乱和线粒体功能障碍在ASD患者中也比在普通人群中更常见，这表明它们在ASD的发病机制中起作用(19,20). 然而，只有ASD人群中的某些亚组受到影响。为了研究线粒体损伤是否可能是FOXP1综合征认知和运动特征的基础，我们分析了FOXP1综合征纹状体中线粒体结构和运动，以及调节线粒体生物发生和动力学的基因表达Foxp1系列+/−老鼠。我们检测了自噬、活性氧化物质（ROS）的产生、代谢状态。以及这些动物的细胞凋亡。此外，我们分析了神经元形态、运动功能以及情绪和空间学习和记忆。

结果

线粒体发育异常Foxp1系列+/−纹状体。

神经系统特异性和常规性Foxp1系列基因敲除小鼠(9,12)FOXP1综合征患者的MRI图像(2,21)已经揭示了纹状体特别受到FOXP1缺乏症的影响。为了评估出生后早期和成年期纹状体Foxp1的表达，我们比较了Foxp1系列mRNA和蛋白质水平Foxp1系列+/−出生后第1.5天（P）、第12.5天和第8周，野生型（WT）同卵双胞胎的幼仔的幼仔幼仔幼崽幼崽。选择P1.5的理由是，在发育阶段的这个时候，纹状体的兴奋性输入是最小的，到P12.5时纹状体兴奋性输入达到峰值，到8周时纹状肌电路完全成熟，小鼠具有完整的运动功能(22,23). 此外，这种成熟伴随着Foxp1系列mRNA和蛋白质（Foxp1 A和Foxp1 D）分别增加了～41%和～52%Foxp1系列+/−小鼠与野生动物的比较(图1A类和SI附录，图S1A类和S2A类).福克斯1纹状体中Foxp1的靶点(10,12)在分析的所有三个时间点，mRNA和蛋白质水平也显著降低(图1B类和SI附录，图S1A类和S2B类). Foxp1和Foxo1在肝组织中相互作用(24)但免疫沉淀显示纹状体中没有，这表明Foxp1-Foxo1缺陷小鼠的纹状体功能障碍与Foxp1-Foxo1的直接相互作用无关(SI附录，图S1B类).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为pnas.2112852119fig01.jpg

线粒体生物发生在Foxp1系列+/−纹状体。(A类)Foxp1亚型A和D的表达在成年WT和福克斯1+/−通过蛋白质印迹法检测纹状体组织。在8周龄时，Foxp1 A和Foxp1 D分别减少了～57%和～55%Foxp1系列+/−小鼠与野生动物的比较。(B类)成人Foxo1蛋白减少了约42%Foxp1系列+/−组织(C)Pgc-1α乘以～24%，以及(D类)Tfam增长了约17%。(E类和F类)与成年期WT小鼠相比，Atp5a和Tom20分别降低了～33%和～64%。(G公司)通过实时定量PCR评估线粒体拷贝数和线粒体DNA缺失。mtDNA/nDNA比率是通过将D回路,16sRNA、和钕1到香港2号和200万英镑.mtDNA/nDNA比率在Foxp1系列+/−三个阶段的组织，表明线粒体拷贝数减少。这个钕1/钕4比率在Foxp1系列+/−纹状体位于P1.5和P12.5，表明线粒体DNA缺失增加。在每个实验中，每组至少使用四只动物，动物的准确数量如图所示。在方框和胡须图中，方框代表第一和第三个四分位数，胡须代表95%CI，方框内的线是中值。弱异常值用圆圈标记。星号表示显著差异(*对≤ 0.05, **对≤ 0.01, ***对≤ 0.001); 双向方差分析。

转录因子Foxo1是一种“营养传感器”。根据细胞应激水平，它在细胞核和线粒体之间穿梭，并与线粒体DNA（mtDNA）结合以调节线粒体的生物发生(25,26). 在细胞浆中检测到Foxo1水平降低，但在细胞核部分未检测到Foxp1系列+/−纹状体(SI附录，图S1C). 因此，Foxo1靶基因表达的改变导致线粒体的生物发生和功能受损，可能在胚胎发育缺陷中起作用Foxp1系列+/−动物(27–30). 为了验证这一假设，我们分析了Pparα,Pparγ,Pgc-1α,编号1,编号2、和Tfam公司第1.5、12.5和8周。所有基因的表达在Foxp1系列+/−纹状体在所研究的三个阶段中的一个或多个阶段(SI附录，图S1D类). 特别是，增殖激活受体γ辅激活因子1α（Pgc-1α）和线粒体转录因子A（Tfam）在所有三个阶段的蛋白水平上均下调Foxp1系列+/−纹状体组织(图1C和D类和SI附录，图S2C和D类)，而核呼吸因子1（Nrf1）的情况并非如此(SI附录，图S2E类). 此外，线粒体标记物Atp5a和Tom20也显示成年期蛋白质水平下降，表明线粒体生物发生受损(图1E类和F类). 接下来，我们使用mtDNA/nDNA和钕1/钕4P1.5、P12.5和8周时的比率。mtDNA/nDNA比率显著降低钕1/钕4该比率在年显著增加Foxp1系列+/−纹状体与WT纹状体的比较(图1G公司)支持线粒体生物发生的损伤Foxp1系列+/−纹状体。

分裂和融合相关基因在Foxp1系列+/−纹状体，指向受损的线粒体动力学。

Foxp1的直接转录靶点，Pgc-1α，显示蛋白质水平显著降低Foxp1系列+/−纹状体(图1C和SI附录，图S3). Pgc-1α通过影响dynamin-like 120-kDa蛋白调节线粒体动力学(Opa1公司)，丝裂原融合蛋白-1(Mfn1型)，和线粒体融合蛋白-2(Mfn2公司)-都与融合蛋白和dynamin-1样蛋白有关(图纸1)和线粒体裂变1蛋白(图1)与裂变有关(图2A类). 这些基因的表达在Foxp1系列+/−一个或多个被调查时间点的纹状体(SI附录，图S4).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为pnas.2112852119fig02.jpg

这个福克斯1+/−纹状体显示线粒体动力学改变和线粒体吞噬增加。(A类)图示线粒体机械改变的示意图Foxp1系列+/−纹状体。向下箭头（红色）表示Foxp1、Foxo1、Tfam和Pgc-1α表达减少，表明线粒体生物发生受到干扰。Pgc-1α通过调节融合基因启动线粒体动力学(Mfn1公司,Mfn2公司、和Opa1公司)和裂变(图纸1和图1). LC3A/B和Pink-Parkin调节线粒体吞噬以消除受损线粒体(B类)Mfn1表达在Foxp1系列+/−8周时纹状体与WT组织相比。在8周时，长（L）-Opa1表达没有改变，短（S）-Opa表达约27%Foxp1系列+/−纹状体。因此，L-Opa1/S-Opa1的比率在Foxp1系列+/−纹状体比成年WT组织中的纹状体高约20%。(C)在8周时，Drp1水平增加了约51%Foxp1系列+/−动物。pDrp1（Ser637）在成年时显示出与WT小鼠相比显著增加的表达。Fis1在8周时在Foxp1系列+/−纹状体。(D类)通过Western blot定量两种基因型纹状体组织中LC3A/BI和LC3A/BII亚型的表达。LC3A/BI的表达在基因型之间没有差异；然而，LC3A/BII水平在Foxp1系列+/−8周时组织。(E类)在Foxp1系列+/−Mitotracker和Lysotracker染色共定位显示DIV8的纹状体神经元（见箭头）（WT=5只小鼠，7张图像，3441个溶酶体；福克斯1+/−=7只小鼠，8张图像，5037个总溶酶体）。在每个实验中，每组至少使用五只动物，动物的准确数量如图所示。弱异常值用圆圈标记。星号表示显著差异(*对≤ 0.05, **对≤ 0.01, ***对≤ 0.001); n.s.，不显著；双向方差分析；DIV，体外培养天数。

Mfn1蛋白水平在P12.5时显著降低，在8周时升高Foxp1系列+/−纹状体与WT的比较(图2B类和SI附录，图S5A类). Opa1有两种亚型：L-Opa1和S-Opa1。S-Opa1蛋白在所有三个时间点的表达均较低。L-Opa1/S-Opa1比率增加(图2B类和SI附录，图S5B类)表示受到干扰Foxp1系列+/−线粒体形态(31). Drp1蛋白水平在P1.5时升高，在P12.5和8周时降低Foxp1系列+/−纹状体(图2C和SI附录，图S5C). Drp1（Ser637）的可逆Drp1磷酸化阻断线粒体分裂(32)，所以我们测量了Ser637-磷酸化Drp1，并检测到Foxp1系列+/−纹状体在所有三个阶段都比WT纹状体强(图2C和SI附录，图S5C). Fis1通过将Drp1募集到线粒体来介导分裂，并促进线粒体自噬。在Foxp1系列+/−所有检查阶段的纹状体都表明线粒体分裂增加(图2C和SI附录，图S5D类). 然而，Drp1必须从细胞质募集到线粒体表面来介导线粒体分裂(33). 在P12.5和8周时，在细胞溶质部分检测到较高的Drp1表达(SI附录，图S5E类)表明核裂变减少Foxp1系列+/−纹状体。

在Foxp1系列+/−纹状体。

受损或过量的线粒体通过线粒体自噬被消除。微管相关蛋白1A/1B-轻链3I（LC3I）与磷脂酰乙醇胺结合形成LC3II，这是自噬体膜中的一种结构蛋白。我们测量了LC3亚型的表达，以监测自噬和自噬细胞死亡。Western blot分析表明，LC3A/BII的表达在Foxp1系列+/−所有三个时间点的WT组织(图2D类和SI附录，图S6A类). 通过量化Mitotracker和Lysotracker的共定位来评估初级纹状体神经元的线粒体吞噬功能(34).Foxp1系列+/−与WT相比，神经元的有丝分裂增加了约95%(图2E类). Pink-Parkin通路协调了线粒体吞噬过程中受损线粒体的清除。与此一致，我们观察到显著升高粉红色1mRNA及其蛋白和Parkin蛋白的表达Foxp1系列+/−纹状体组织，表明有丝分裂增加(SI附录，图S6B类和C).

线粒体功能障碍和过度氧化应激Foxp1系列+/−纹状体。

适当的线粒体动力学、生物发生和有丝分裂对于维持线粒体内环境稳定和功能至关重要。当线粒体通过三羧酸循环（TCA）和氧化磷酸化（OXPHOS）生成代谢物和三磷酸腺苷（ATP）提供能量时，我们测量了腺苷化合物（ATP、二磷酸腺苷[ADP]、一磷酸腺苷[PAMP]、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸[NAD]）初级纹状体神经元中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氢[NADH]、烟酰胺腺苷二核苷酸磷酸[NADPH]、5′-甲基硫腺苷、腺苷、S-腺苷甲硫氨酸）。Foxp1系列+/−细胞AMP升高，NADPH降低；所有其他测试的分子都没有改变(SI附录，图S7).

线粒体膜电位（Δψm）驱动ATP生成；因此，我们比较了WT和福克斯1+/−纹状体神经元。Δψm低于Foxp1系列+/−与WT神经元相比，四甲基罗丹明甲酯（TMRM；容易被活性线粒体隔离）荧光降低，表明在WT神经元中OXPHOS减少Foxp1系列+/−突变神经元(图3A类). 因此，为了直接估计OXPHOS的速率，我们使用海马代谢通量分析仪量化了耗氧率（OCR），这是线粒体呼吸的指标(SI附录，图S8A类). 基线线粒体呼吸(SI附录，图S8B类)以及OXPHOS的比率(SI附录，图S8C)两者之间相似Foxp1系列+/−突变体和野生型纹状体神经元。在病理状态下，为了满足增加的代谢需求，细胞倾向于将其代谢状态从OXPHOS转变为有氧糖酵解(35,36). 因此，为了估计这种“代谢状态”变化是否发生在Foxp1系列+/−突变神经元，我们在海马代谢通量分析中通过估计细胞外酸化率（ECAR）来量化糖酵解速率(SI附录，图S8D类). 我们发现了Foxp1系列+/−WT纹状体神经元在类似水平上进行糖酵解(SI附录，图S8E类).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为pnas.2112852119fig03.jpg

这个Foxp1系列+/−纹状体表现出线粒体功能障碍和氧化应激增加。(A类)用TMRM染色法测定两种基因型初级纹状体神经元线粒体膜电位（Δψm）。TMRM荧光信号在Foxp1系列+/−神经元与WT细胞相比，表明线粒体膜电位较低。(B类)用MitoSOX Red定量活纹状体神经元中的ROS丰度，用Hoechst 33324染色细胞核（蓝色）。Foxp1系列+/−培养物中MitoSOX-red阳性神经元比WT培养物多约64%，表明ROS数量增加。(C)第1.5周、第12.5周和第8周纹状体组织的DCF检测。Foxp1系列+/−与WT组织相比，P12.5和8周时组织显示DCF荧光增强，表明ROS水平升高。(D类)用丙二醛（MDA）荧光法测量纹状体组织中的脂质过氧化。在所有三个阶段，MDA荧光在Foxp1系列+/−与WT组织相比，孵育1 h和2 h后的组织。(E类)成人WT和Foxp1系列+/−纹状体。复合物I活性在Foxp1系列+/−组织与WT相比，而复合物III活性在基因型之间没有差异。(F类)还原型谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘苷二硫化物（GSSG）的测定。减少的GSH减少了约40%，氧化的GSSG减少了约27%Foxp1系列+/−组织，导致GSSG/GSH比率升高约25%。(G公司)mRNA表达像素1,草皮2、和Prdx3系列在8周龄时通过实时定量PCR进行分析。Foxp1系列+/−纹状体的草皮2与WT组织相比增加了约33%。(H（H）)用Western blot定量分析8周龄时纹状体组织和初级纹状体神经元（DIV8）中的Sod2蛋白。两者都有Foxp1系列+/−与WT相比，纹状体和初级神经元的Sod2水平分别降低了约45%和约16%A类和B类，每组至少调查四只动物，每只动物至少重复三次。图中给出了所用动物的确切数量。弱异常值用圆圈标记。星号表示显著差异(*对≤ 0.05, **对≤ 0.01, ***对≤ 0.001); n.s.，不显著；双向方差分析；DIV，体外培养天数。

接下来，我们量化了活的初级纹状体神经元和纹状体组织中的活性氧。显著更多Foxp1系列+/−超氧化物染色MitoSOX红阳性神经元多于WT神经元(图3B类). 在中也检测到更多ROSFoxp1系列+/−2′，7′-二氯荧光素（DCF）定量显示WT纹状体组织(图3C). 此外，丙二醛生成显著增加，4-羟基壬醛水平升高Foxp1系列+/−纹状体显示脂质过氧化增加(图3D类和SI附录，图S9A类). ROS升高的来源可能是线粒体复合体I和复合体III，尤其是在病理条件下(37,38). 复合物I的活性在Foxp1系列+/−纹状体，而复合体III的活性在8周龄动物中没有改变(图3E类). 细胞中过多的活性氧被抗氧化剂如还原型谷胱甘肽（GSH）降解。Foxp1系列+/−组织中GSH和氧化谷胱甘肽（GSSG）水平降低，GSH/GSSG比率降低，表明氧化应激显著增加(图3F类). 为了评估抗氧化能力，我们测量了谷胱甘肽过氧化物酶1(像素1)，超氧化物歧化酶2(草皮2)，和硫氧还蛋白依赖性过氧化物还原酶(Prdx3系列). 我们检测到减少像素1和Prdx3系列在P1.5和P12.5表达并减少草皮2P12.5和8周时的水平Foxp1系列+/−纹状体(图3G公司和SI附录，图S9B类). P12.5和8周时ROS升高Foxp1系列+/−组织表明草皮2可能在ROS积累中起主要作用。Sod2蛋白分析证实了这一点，显示纹状体原发区的表达强烈减少Foxp1系列+/−体外分化8天、P1.5和8周龄的神经元Foxp1系列+/−动物(图3H（H）和SI附录，图S9C).

氧化应激增加引发细胞凋亡(39,40). 为了研究细胞凋亡，我们测量了线粒体细胞色素c（c）释放，这与细胞凋亡的早期阶段有关。与活性氧、细胞色素的分析比较c（c）细胞溶质部分的水平在P1.5时没有差异，但在Foxp1系列+/−P12.5和8周时的组织(SI附录，图S10A类). 我们通过活性（裂解）胱天蛋白酶-3免疫染色和末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记（TUNEL）分析进一步分析了三个发育时间点的细胞凋亡，并通过Western印迹定量了成年纹状体中的活性胱天蛋白酶-3。然而Foxp1系列+/−纹状体未检出(SI附录，图S10B类和C和S11). 综上所述，这些结果表明Foxp1系列+/−神经元能够维持其代谢状态，而无需在氧合酶和糖酵解之间切换，但代价是增加线粒体应激和活性氧生成。

线粒体结构、运动性和树枝状乔木化在Foxp1系列+/−纹状体神经元。

线粒体应激和过多的活性氧生成可导致线粒体网络结构的破坏，并影响线粒体运动。为了评估线粒体结构和动力学，我们使用线粒体跟踪器对两种基因型的神经元进行染色，并进行活细胞双光子显微镜检查。线粒体的半自动分割显示Foxp1系列+/−与WT神经元相比，神经元线粒体表面积减少了约19.2%(图4A类). 此外，Foxp1系列+/−神经元显示拉长的线粒体比例减少，这是线粒体应激的一个迹象(SI附录，图S5F类和G公司). 为了跟踪线粒体随时间的运动，我们在图像分析软件ICY中使用半自动算法创建了波形图。Foxp1系列+/−与WT线粒体相比，线粒体的总移动距离和平均运动速度持续下降(图4B类). 我们假设ROS增加和线粒体网络动力学改变可能损害神经元形态。因此，我们检测了GFP转染WT和Foxp1系列+/−分化8天后通过Sholl分析纹状体神经元，发现Foxp1系列+/−神经元多于WT神经元(图4C). 因此，我们的结果表明，持续的线粒体应激损害线粒体结构动力学并影响神经元树状结构。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为pnas.2112852119fig04.jpg

Foxp1系列+/−纹状体神经元在DIV8处表现出线粒体结构和动力学的改变以及树突树枝状结构。(A类)用MitoTracker染色后分析线粒体表面积。基因型之间的表面线粒体含量没有差异（WT=130.8±23.17μm2(n个=11只小鼠，20张图片）；Foxp1系列+/−=126.1±19.92微米2(n个=11只老鼠，20张图片）。Foxp1系列+/−与WT细胞相比，神经元的线粒体表面积减少（WT=1.314±1.777μm2;福克斯1+/−=1.061±1.202微米2). 总计1991 WT和2378Foxp1系列+/−分析了11只动物的线粒体。(B类)神经突延伸部线粒体的Kymograph（10分钟）显示线粒体运动改变Foxp1系列+/−神经元。线粒体运动距离Foxp1系列+/−纹状体神经元与WT线粒体相比减少（WT 5.141±5.823μm/100μm波形图；Foxp1系列+/−3.568±2.693μ。此外，Foxp1系列+/−线粒体的位移平均速度降低（WT 0.363±0.692μm/min；Foxp1系列+/−0.229±0.362μm/min），瞬时平均速度（WT 0.0059±0.0113μm/s；Foxp1系列+/−0.0038±0.0059μm/s）和最大瞬时速度（WT 0.032±0.068μm/s；Foxp1系列+/−0.018±0.045μm/s）。总计650 WT和683Foxp1系列+/−8 WT和9 WT的线粒体Foxp1系列+/−对动物进行分析。(C)通过Sholl分析研究了GFP转染的初级纹状体神经元的树突状分支。Foxp1系列+/−与WT神经元相比，神经元的形态发生改变，树突状交叉显著减少了约45%。在每个实验中，每组至少调查五只动物，每只动物至少重复三次。图中给出了所用动物的确切数量(A类和B类)小提琴图中的线条代表中间值和四分位数。弱异常值用圆圈标记。星号表示显著差异(***对≤ 0.001, ****对≤ 0.0001); 线粒体动力学分析和Sholl分析中进行了Mann-Whitney检验和双向方差分析。DIV，体外培养天数。

福克斯1+/−小鼠表现出运动表现和学习记忆方面的缺陷。

纹状体功能障碍可能是FOXP1缺陷的根本原因。由于纹状体在运动控制和运动学习中起着至关重要的作用，我们研究了Foxp1系列+/−老鼠。与WT小鼠相比，CatWalk步态分析显示出缓慢、迟疑的行走模式以及增加的步数、改变的步态特征、步态可变性以及中断的触觉协调(图5A类和SI附录，表S1). 在跑步机疲劳测试中，Foxp1系列+/−小鼠在8±2 min后停止跑步，与WT小鼠相比，跑了96±37 m，WT小鼠在16±1 min后停止了跑步，跑了245±32 m。Foxp1系列+/−小鼠的跑步速度也明显低于WT小鼠（最大速度为14±2 m/min福克斯1+/−小鼠与WT小鼠中的22±1 m/min相比）(图5B类).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为pnas.2112852119fig05.jpg

Foxp1系列+/−小鼠表现出运动能力和认知能力的缺陷。(A类)WT和Foxp1系列+/−用猫行步态分析系统对小鼠进行分析。Foxp1系列+/−与WT小鼠相比，小鼠的行走速度降低了约34%，其步长显著增加。(B类)通过跑步机疲劳试验评估耐力和肌肉力量。Foxp1系列+/−小鼠在跑步机上行走的距离显著缩短（96±37米对245±32米），疲劳时间提前（8±2分钟对16±1分钟），表现出较低的最大速度（14±2米/分钟对22±1米/分钟），并且在同一时间内，在跑步机上受到的电击明显多于野生动物。(C)主动回避测试。在训练阶段的第1天（九次试验），Foxp1系列+/−与WT小鼠相比，小鼠表现出更频繁的旅行和进入休克区。此外，它们在那里呆的时间更长，在休克区的距离更长，因此比WT小鼠受到的电击更多。第二天，当记忆测试时，Foxp1系列+/−老鼠进入休克区的时间更早，在那里呆的时间明显更长，因此比它们的WT室友多受到约60%的电击。在每个实验中，每组至少使用六只动物，动物的准确数量如图所示C，过程图表示平均值±SEM。弱异常值用圆圈标记。星号表示显著差异(*对≤ 0.05, **对≤ 0.01, ***对≤0.001）；不显著；三元方差分析。左前肢；右前肢；LH，左后肢；右后肢。

我们还测试了主动位置回避，因为纹状体是基底神经节回路的主要组成部分，影响情绪和空间学习(41,42). 在本测试中，Foxp1系列+/−小鼠无法避开休克区。他们进入休克区的频率明显更高，在那里停留的时间也更长，在训练阶段，他们在休克区的距离也更长，比WT的室友受到的休克次数更多(图5C和电影S1和S2). 在接下来的回忆记忆测试中证实了学习缺陷。Foxp1系列+/−与野生动物相比，小鼠在休克区停留的时间更长，受到的电击也更多(图5C和电影S3和S4).

讨论

在本研究中，我们表明Foxp1系列小鼠的单倍体不足导致FOXP1综合征患者的认知和运动功能出现类似的缺陷，线粒体功能障碍和氧化应激与这些缺陷相关。

调节线粒体生物发生和代谢的基因(福克斯1,Pgc-1α,编号1,编号2,Tfam公司,Pparα、和Pparγ)都显示出在Foxp1系列+/−纹状体。这些数据与Nestin-Cre的比较(Foxp1系列−/−)完全失去Foxp1系列在神经系统中(12)对完全失去Foxp1系列D1-和D2-中层棘状神经元（MSN）或仅D2-MSN(15)显示减少了福克斯1中的表达式福克斯1+/−小鼠对基因表达的影响与完全丧失Foxp1系列做。一个例子是Pgc-1α(28,43)由Foxo1调节，Foxo2是线粒体生物发生的转录辅激活子和主调节器。Foxo1和Pgc-1α水平降低Foxp1系列+/−纹状体也通过RNA测序（RNA-seq）检测(9).Pgc-1α协同激活核呼吸因子2(编号2)和与Nrf2共同激活编号1(44). 反过来，Pgc-1α和Nrf1/2调节Tfam公司线粒体生物发生增加的转录反应(45). 很可能是减少了Pgc-1αFoxo1转录激活Foxp1系列+/−组织是Tfam表达减少的原因，Tfam是一种调节线粒体基因组复制和转录的蛋白质(46,47). 线粒体生物发生中断还表现为线粒体DNA/nDNA比率的改变，升高钕1/钕4比率，并降低了Atp5a和Tom20水平Foxp1系列+/−纹状体。

Pgc-1α还控制线粒体融合和裂变之间的微妙平衡，并刺激Mfn1公司(48)与Mfn2一起调节线粒体外膜的融合。成年人Foxp1系列+/−纹状体显示Mfn1公司mRNA表达，而Mfn1蛋白水平显著增加。这表明补偿性上调Mfn1公司成人翻译Foxp1系列+/−纹状体，这可能增强线粒体外融合。由于L-和S-Opa1通过影响开孔效率来协同介导线粒体内膜的融合(31,49)，我们假设S-Opa1的减少可能导致线粒体内膜的低效和缓慢融合，以及线粒体结构和能量学的破坏。此外，Drp1（激活裂变）减少，而磷酸化-Ser637 Drp1则阻止裂变(32,50)增加了Foxp1系列+/−纹状体，表明线粒体分裂减少。因此，我们得出结论，线粒体动力学受损可能会损害细胞能量供应并导致细胞应激。

线粒体的生物发生和动力学以及损伤线粒体的清除对线粒体功能至关重要。有趣的是，我们发现Fis1的表达在Foxp1系列+/−纹状体和升高的Fis1与线粒体断裂和自噬体形成有关(51). LC3A/BII是自噬体组装所必需的微管相关蛋白(52). LC3A/BII表达升高表明细胞自噬增加Foxp1系列+/−纹状体。然而，随着Pink1和Parkin蛋白的增加，线粒体膜电位丧失后促进有丝分裂的两种蛋白质也增加了，这也证明了有丝分裂增加(53). 令人惊讶的是，线粒体膜电位在Foxp1系列+/−纹状体细胞，可能影响ATP生成。然而，只有能量消耗敏感指标AMP被改变。AMP/ATP比率升高Foxp1系列+/−神经元表明Foxp1系列+/−纹状体(54).

ROS在Foxp1系列+/−纹状体基于两个不同的方面：随着活性氧生成的增加，复合物I活性降低，以及由于Sod2和GSH水平降低，降解降低。草皮2是Foxo1的直接转录目标(55)而谷胱甘肽还原酶则通过谷胱甘苷还原酶来调节GSH的生成，谷胱甘氨酸还原酶依赖NADPH作为一种不可或缺的辅因子(56). 由于NADPH是一种重要的电子供体，NADPH水平的降低表明Foxp1系列+/−纹状体(57). 然而，活性氧积累增加不会导致细胞死亡；而是细胞损伤、形态变化和细胞功能缺陷(58). 与此一致，我们在福克斯1+/−动物。树突生长和/或维持的改变扰乱了神经网络的功能，最终导致社会和认知障碍。事实上，高阶关联区域之间的连通性受损是ASD的一个主要缺陷(59)FOXP1综合征似乎也适用。

与普通人群相比，ASD患者的线粒体功能障碍更为常见，但似乎只影响ASD患者中的一部分(19). 为了确定这个亚组，可以测试线粒体相关基因的表达和调节。一些ASD相关风险基因(SLC25A12型,MTX2型,NEF公司,SLC25A27型,柄3、和SCO2公司)已经被提议在线粒体功能中发挥作用(60–62). 由于Foxp1在除大脑以外的许多组织中表达，因此Foxp1缺陷的线粒体缺陷也可能发生在这些组织中。这与FOXP1综合征和ASD不仅是一种中枢神经系统疾病，而且会导致肌肉、胃肠道、内分泌和免疫缺陷的认识是一致的(19,63). 因此，FOXP1缺陷定义了一个受线粒体功能障碍影响的ASD个体亚群。

线粒体功能障碍和氧化应激增加可相互作用并激活调节自噬、凋亡和炎症的途径成分。这些缺陷将不可避免地影响依赖基底神经节回路的认知和运动功能的所有领域。此外，线粒体功能在神经发生、突触可塑性和神经传递中起着重要作用(16–18). 在此背景下，非常有趣的发现是，线粒体活动的中断导致线粒体中GABA的固存，减少纹状体中GABA能信号传导，并导致社会缺陷(64). 在这方面，我们得出结论，线粒体功能障碍不仅有助于FOXP1综合征的病理学，也可能为该疾病的发展提供动力。

我们发现线粒体功能在Foxp1系列+/−纹状体也可能与亨廷顿病（HD）有关。这种神经退行性疾病的特征是GABA能中棘神经元的退行性变和线粒体功能障碍(65,66)但突变型亨廷顿蛋白影响线粒体功能的分子机制尚不清楚。引人注目的是，FOXP1在HD个体和HD小鼠模型中下调(67,68). Foxp1表达升高可保护纹状体和皮层神经元免受亨廷顿蛋白突变引起的死亡。相反，Foxp1系列击倒促进健康神经元死亡，表明Foxp1具有神经保护功能(67). 这表明HD中FOXP1表达减少导致线粒体功能障碍。此外，PGC-1α在HD动物模型和个体中也下调(69). 相反，Pgc-1α表达上调可防止线粒体功能障碍，并为转基因HD纹状体提供神经保护(70)提示刺激PGC-1α功能也可能对FOXP1缺乏有益。

纹状体在将来自不同脑区的运动和认知信息协调为有意义的行为输出方面起着至关重要的作用(15). 大约95%的纹状体细胞是表达Foxp1的中等棘状神经元，至少在体外，电流注入后，其放电频率（50至60 Hz）高于锥体神经元(71,72). 在体内标准记录条件下，中棘神经元表现出稀疏的放电，但向上状态和阈下去极化很可能有助于显著的钙内流(73). 因此，这些特性很可能使中棘神经元倾向于更高的能量需求和神经元脆弱性。考虑到纹状体受到Foxp1缺陷的强烈影响，纹状体线粒体功能障碍可能在Foxp1综合征的发病机制中起着关键作用。

运动表现取决于适当的肌肉功能，而肌肉功能由纹状体和脊髓运动神经元控制。我们之前已经证明了Foxp1系列在中枢和外周神经系统导致严重的纹状体变性(12); Foxp1在脊髓运动神经元的柱状组织中也起着关键作用(74). 此外，肌肉功能障碍导致贲门失弛缓症和结肠运动改变Foxp1系列+/−老鼠(10)和患者的胃肠道问题(2). 我们的报告显示福克斯1+/−小鼠的张力减退和运动功能障碍与FOXP1缺乏个体的表型密切相关(11). 认知功能受损是FOXP1综合征的核心特征之一。最近的研究表明，基底神经节通过黑质网状部（SNr）的输出可激活回避(42)纹状体通过调节SNr细胞活性在这方面发挥重要作用。纹状体Foxp1的完全缺失导致严重的形态和行为紊乱(12). 除了纹状体外，认知功能还依赖于新皮质锥体神经元和海马CA1/CA2亚区Foxp1的正确表达(13,14). 因此，基底神经节和皮质海马回路的改变可能导致我们在本文中报告的学习和记忆缺陷Foxp1系列+/−老鼠。

总之，纹状体中的线粒体功能障碍和氧化应激可能解释了FOXP1缺陷小鼠和个人的行为和运动缺陷，并提供了对FOXP1综合征发病机制的深入了解。需要利用Foxp1的细胞类型和区域特异性缺失或补充进行进一步研究，以确定Foxp1综合征的缺陷是否局限于纹状体，或其他组织中的线粒体功能障碍是否也导致其病理改变。目前针对FOXP1综合征和孤独症的医疗干预措施并不是旨在改善线粒体功能。因此，针对线粒体功能、电子传递链或抗氧化剂中失调蛋白质的策略可能会提供新的治疗选择。

方法和材料

动物。

Foxp1系列+/−老鼠(8)与C57BL/6J小鼠回交至少12代，获得同源动物。小鼠被放在一个特定的无致病性生物医学动物设施中，进行12小时的光暗循环，并可以随意获得水和食物。所有程序均按照NIH《实验动物护理和使用指南》进行，并符合德国动物保护法（TierSCHG）。出生日期被视为产后（P）0.5。动物研究由德国卡尔斯鲁厄政府委员会批准（许可证编号：35.9185.81-G-100/16和35.9185.51-G-102/16）。

行为分析。

按照中所述进行猫道步态分析、跑步机疲劳测试和主动回避SI附录,方法和材料.

mRNA和蛋白质表达水平的分析以及线粒体DNA拷贝数和DNA缺失的计算在SI附录,方法和材料。引物序列列于SI附录，表S2中的一级和二级抗体SI附录，表S3.

线粒体膜电位的检测。

根据制造商的说明，通过四甲基罗丹明甲酯（Image iT TMRM试剂，赛默飞世尔科学公司）的荧光染色测量初级神经元的线粒体膜电位。

测量纹状体组织中的ROS。

纹状体活性氧由2′7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（分子探针H2DCFDA（H2-DCF，DCF），Thermo Fisher Scientific）标记，如前所述(75)并由DS-11系列分光光度计/荧光计（DeNovix Inc.）进行评估。

脂质过氧化产物的检测。

根据制造商的说明，使用Bioxytech LPO-586试剂盒（OxisResearch）分析纹状体组织中的脂质过氧化产物。组织在含有丁基羟基甲苯（BHT）的PBS中均质，以防止样品在均质过程中氧化。

GSH和GSSG分析。

用Dounce均质器在磷酸盐缓冲盐水（PBS）/0.5%Nonide P-40中均质纹状体组织（20 mg）。收集上清液并在TCA/NaHCO上进行三去蛋白直到pH值等于4到6。使用脱蛋白和中和上清液测定还原GSH、总GSH和氧化GSSG，并按照制造商的说明计算GSSG/GSH比率（GSH/GSSG比率检测试剂盒，编号ab138881，Abcam）。

活细胞中线粒体超氧化物的染色。

根据制造商的说明，使用MitoSOX红色试剂（赛默飞世尔科学公司）对超氧化物进行可视化。简而言之，在37°C下用100 nM MitoSOX Red试剂对初级纹状体神经元染色30分钟，并用自动倒置显微镜DMI4000B（徕卡相机AG）进行检查。

线粒体动力学、线粒体和形态学分析。

为了进行结构分析，DIV8的纹状体神经元用MitoTracker Red CMXRos（分类号M7512，Thermo Fisher Scientific）孵育，并用MitoTracker和Lysotracker green（分类号L7526，Thermo-Fisher科学）进行有丝分裂定量(34). 使用定制的双光子显微镜（Bergamo II，Thorlabs），使用尼康NIR，60×1.0数字孔径（NA）物镜（详见SI附录,方法和材料). 通过Ilastik分割和进一步arivis Vision4D（v3.4）三维（3D）重建获得溶酶体总数。通过Mitotracker/Lysotracker共定位事件与溶酶体总数的比率来测量线粒体吞噬功能。为了分析线粒体动力学，使用Icy Kymograph Tracker工具（版本2.1.2.0）从时间序列图像生成Kymogram(76,77). 为了分析线粒体结构，使用Ilastik对单帧图像进行分割(78)并使用区域属性MATLAB函数测量表面积（Mathworks，2020a）。通过ImageJ Analyze Particles工具测量线粒体圆形度。

线粒体分离、初级纹状体神经元培养、Sholl分析、共免疫沉淀（Co-IP）、免疫荧光、细胞腺苷化合物、复合物I和III活性、TUNEL分析、细胞色素测定c（c）使用标准协议进行OCR和ECAR的释放、测定(SI附录,方法和材料).

统计。

小鼠被随机分配到试验中，研究人员对基因型一无所知。使用IBM SPSS Statistics 25和Microsoft Office Excel软件分析主要数据。通过IBM SPSS Statistics 25确定异常值，并从进一步分析中排除强异常值（高于平均值≥3个SD）。通过Kolmogorov–Smirnov和Shapiro–Wilk检验检查所有数据的正态分布。以窝重作为第二个因素进行双向方差分析。在线粒体动力学分析中，采用了Mann-Whitney检验。对≤0.05的值被认为是显著的。

补充材料

补充文件

单击此处查看。（4.9M，pdf格式）

补充文件

单击此处查看。（18M，mp4）

补充文件

单击此处查看。（18M，mp4）

补充文件

单击此处查看。（20米，英里4）

补充文件

单击此处查看。（1900万英里/小时）

致谢

我们感谢跨学科神经行为核心单元的Claudia Pitzer博士和Barbara Kurpiers的专家建议，并感谢卓越集群“CellNetworks”（海德堡大学）的代谢组学核心技术平台（Deutsche Forschungsgemeinschaft[DFG]Grant ZUK 40/2010-3009262）的支持。我们还感谢海德堡大学糖尿病和癌症转化糖尿病联合研究所的Stephan Herzig教授博士使用他们的海马分析仪。数据存储服务SDS@硬盘感谢巴登-符腾堡科学、研究和艺术部以及DFG通过Grant INST 35/1314-1提供的支持。我们还感谢Matias Simons教授和Carlos Bas Orth博士提供Lysotracker Green DND-26和抗体。我们感谢海德堡解剖与细胞生物学研究所和马克斯·普朗克医学研究所的Rolf Sprengel博士、海德堡临床神经生物学系的Yu-Chao博士和Hannah Monyer教授，以及Yuting Ong博士、Beate Niesler教授、Claire Bacon博士和Beatrix Startt博士提出的有益意见。我们感谢中国奖学金委员会（奖学金编号：201708230108）对J.W.、Chica和Heinz Schaller基金会对A.A.的资助，洪堡基金会对R.L.S.G.A.R.的资助。洪堡基金是CellNetworks卓越集群（EXC 81）、神经科学跨学科中心和罕见疾病中心的成员。

脚注

作者声明没有竞争性利益。

这篇文章是PNAS直接提交的。

本文包含在线支持信息，网址为https://www.pnas.org/lookup/supl/doi:10.1073/pnas.2112852119/-/DC补充.

数据可用性

所有研究数据均包含在文章和/或支持信息中。

工具书类

1Horn D.等人。，三名非亲属精神发育迟滞患者FOXP1缺失的鉴定.嗯，变种人。 31，第1851页至第1860页（2010年）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
2Siper P.M.等人。，FOXP1综合征的前瞻性研究.摩尔自闭症 8, 57 (2017).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
三。Satterstrom F.K.等人。；自闭症测序联合会；iPSYCH-Broad联盟，大规模外显子组测序研究表明自闭症神经生物学的发育和功能变化.单元格 180，568–584.e23（2020年）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
4Li S.、Weidenfeld J.、Morrisey E.E.、。，Foxp1/2/4家族的转录和DNA结合活性受异型和同型蛋白质相互作用的调节.分子细胞。生物。 24, 809–822 (2004).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
5门多萨·E、谢尔夫·C、。，FoxP家族成员之间的蛋白质相互作用及其对两个靶基因的调控，VLDLR公司和CNTNAP2公司在斑马雀鸣叫系统中.前面。摩尔神经科学。 10, 112 (2017).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
6Lai C.S.、Fisher S.E.、Hurst J.A.、Vargha-Khadem F.、摩纳哥A.P.、。，一个叉头域基因在严重的言语和语言障碍中发生突变.自然 413, 519–523 (2001). [公共医学][谷歌学者]
7Co M.、Anderson A.G.、Konopka G.、。，脊椎动物大脑发育、功能和疾病中的FOXP转录因子.威利跨学科。生物发展评论。 9，e375（2020）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
8王斌等。，Foxp1调节心脏流出道、心内膜垫形态发生和心肌细胞增殖和成熟.开发 131，4477–4487（2004年）。[公共医学][谷歌学者]
9Araujo D.J.等人。，纹状体ASD相关信号通路的FoxP1协调.基因发育。 29, 2081–2096 (2015).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
10Fröhlich H.等人。，自闭症患者胃肠功能障碍表现为运动障碍和贲门失弛缓症Foxp1系列 +/-老鼠.程序。国家。阿卡德。科学。美国。 116, 22237–22245 (2019).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
11Meerschaut I.等人。，FOXP1公司-相关智力残疾综合征：一个可识别的实体.医学遗传学杂志。 54，613–623（2017年）。[公共医学][谷歌学者]
12培根C.等人。，大脑特异性Foxp1系列缺失损害神经元发育并导致自闭症样行为.分子精神病学 20, 632–639 (2015).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
13Usui N.等人。，Foxp1通过皮层发育调节新生儿发声.基因发育。 31, 2039–2055 (2017).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
14Araujo D.J.等人。，前脑锥体神经元中的Foxp1控制空间学习和突触可塑性所需的基因表达.《神经科学杂志》。 37, 10917–10931 (2017).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
15Anderson A.G.、Kulkarni A.、Harper M.、Konopka G.、。，纹状体发育所必需的Foxp1驱动机制的单细胞分析.单元格代表。 30，3051–3066.e7（2020年）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
16Kann O.，Kovács R。，线粒体与神经元活动.美国生理学杂志。细胞生理学。 292，C641–C657（2007）。[公共医学][谷歌学者]
17Khacho M.、Slack R.S.、。，神经发生调控中的线粒体动力学：从发育到成人大脑.开发动态。 247, 47–53 (2018). [公共医学][谷歌学者]
18Li Z.、Okamoto K.、Hayashi Y.、Sheng M.、。，树突状线粒体在脊髓和突触形态发生和可塑性中的重要性.单元格 119, 873–887 (2004). [公共医学][谷歌学者]
19罗西诺·D·A、弗莱·R·E、。，自闭症谱系障碍患者的线粒体功能障碍：系统综述和荟萃分析.分子精神病学 17，290–314（2012年）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
20Valiente PallejàA.等人。，自闭症谱系障碍和智力残疾患者线粒体功能障碍的遗传和临床证据.嗯，分子遗传学。 27, 891–900 (2018). [公共医学][谷歌学者]
21Le Fevre A.K.等人。，FOXP1突变导致智力残疾和可识别的表型.美国医学遗传学杂志。答：。 161A年, 3166–3175 (2013). [公共医学][谷歌学者]
22Krajeski R.N.、Macey-Dare A.、van Heusden F.、Ebrahimjee F.、Ellender T.J.、。，纹状体D1和D2棘投射神经元细胞和电路特性的出生后动态发育.《生理学杂志》。 597，5265–5293（2019）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
23Peixoto R.T.、Wang W.、Croney D.M.、Kozorovitskiy Y.、Sabatini B.L.、。，大脑皮质纹状体回路的早期多动症和性早熟柄3B(-/-)老鼠.自然神经科学。 19, 716–724 (2016).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
24邹毅等。，叉头盒P1（FOXP1）转录因子调节肝葡萄糖稳态.生物学杂志。化学。 290, 30607–30615 (2015).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
25程忠等。，Foxo1整合胰岛素信号与肝线粒体功能.自然医学。 15, 1307–1311 (2009).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
26Lettieri-Barbato D.等人。，FoxO1定位于脂肪组织的线粒体并受到营养应激的影响.新陈代谢 95, 84–92 (2019). [公共医学][谷歌学者]
27甘哲、傅·T、凯利·D·P、织女星·R·B、。，运动与疾病中骨骼肌线粒体重构.细胞研究。 28, 969–980 (2018).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
28Puigserver P.等人。，胰岛素通过FOXO1-PGC-1α相互作用调节肝糖异生.自然 423, 550–555 (2003). [公共医学][谷歌学者]
29Sheng B.等人。，线粒体生物发生受损导致阿尔茨海默病线粒体功能障碍.神经化学杂志。 120, 419–429 (2012).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
30Ventura-Clapier R.、Garnier A.、Veksler V.、。，线粒体生物发生的转录控制：PGC-1α的中心作用.心血管。物件。 79, 208–217 (2008). [公共医学][谷歌学者]
31Lee H.、Smith S.B.、Yoon Y.、。，线粒体动力蛋白OPA1的短变异体维持线粒体能量学和嵴结构.生物学杂志。化学。 292, 7115–7130 (2017).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
32Jahani-Asl A.、Slack R.S.、。，Drp1的磷酸化状态决定细胞命运.EMBO代表。 8, 912–913 (2007).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
33韦斯特曼B。，细胞生死中的线粒体融合与分裂.自然修订版分子细胞生物学。 11, 872–884 (2010). [公共医学][谷歌学者]
34Rodriguez Enriquez S.、Kim I.、Currin R.T.、Lemasters J.J.、。，示踪染料探测大鼠肝细胞线粒体自噬.自噬 2, 39–46 (2006).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
35Koppenol W.H.、Bounds P.L.、Dang C.V.、。，Otto Warburg对当前癌症代谢概念的贡献.Nat.Rev.癌症 11, 325–337 (2011). [公共医学][谷歌学者]
36孙毅等。，miR-142控制调节树突状细胞活化的代谢重编程.临床杂志。投资。 129, 2029–2042 (2019).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
37Chen Q.、Vazquez E.J.、Moghaddas S.、Hoppel C.L.、Lesnefsky E.J。，线粒体产生活性氧：复合物III的中心作用.生物学杂志。化学。 278, 36027–36031 (2003). [公共医学][谷歌学者]
38尹政等。，阻止病理性ROS产生的复杂I突变的结构基础.国家公社。 12, 707 (2021).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
39de Nigris F.等人。，氧化敏感性机制、血管凋亡与动脉粥样硬化.摩尔医学趋势。 9, 351–359 (2003). [公共医学][谷歌学者]
40马特森M.P。，神经生命和死亡信号、细胞凋亡和神经退行性疾病.抗氧化剂。氧化还原信号。 8, 1997–2006 (2006). [公共医学][谷歌学者]
41Correia S.S.、McGrath A.G.、Lee A.、Graybiel A.M.、Goosens K.A.、。，杏仁核腹侧纹状体回路激活减少长期恐惧.电子生活 5，e12669（2016）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
42Hormigo S.、Vega-Flores G.、Castro-Alamancos M.A.、。，基底神经节输出控制主动回避行为.《神经科学杂志》。 36，10274–10284（2016年）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
43Fernandez-Marcos P.J.、Auwerx J.、。，线粒体生物发生的节点调节因子PGC-1α的调节.美国临床医学杂志。螺母。 93884S–890S（2011年）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
44Cartoni R.等人。，运动后人类骨骼肌中的线粒体1/2和ERRapha表达增加.《生理学杂志》。 567, 349–358 (2005).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
45Kang I.、Chu C.T.、Kaufman B.A.、。，线粒体转录因子TFAM在神经退行性变中的作用：新证据和机制.FEBS信函。 592, 793–811 (2018).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
46Kelly D.P.、Scarpulla R.C.、。，控制线粒体生物发生和功能的转录调节回路.基因发育。 18, 357–368 (2004). [公共医学][谷歌学者]
47吴忠等。，通过热原辅活化因子PGC-1控制线粒体生物发生和呼吸的机制.单元格 98, 115–124 (1999). [公共医学][谷歌学者]
48Martin O.J.等人。，过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅活化子-1在出生后心脏生长期间线粒体动力学控制中的作用.循环。物件。 114, 626–636 (2014).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
49葛瑜等。，两种形式的Opa1协同完成线粒体内膜的融合.电子生活 9，e50973（2020）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
50Chang C.R.、Blackstone C.、。，Drp1的环腺苷酸依赖性蛋白激酶磷酸化调节其GTPase活性和线粒体形态.生物学杂志。化学。 282, 21583–21587 (2007). [公共医学][谷歌学者]
51Gomes L.C.、Scorrano L.、。，高水平的Fis1，一种促分裂线粒体蛋白，触发自噬.生物化学。生物物理学。学报 1777, 860–866 (2008). [公共医学][谷歌学者]
52Tanida I.、Ueno T.、Kominami E.、。，LC3和自噬.方法分子生物学。 445, 77–88 (2008). [公共医学][谷歌学者]
53Pickles S.、VigiéP.、Youle R.J.、。，线粒体维持中的线粒体吞噬和质量控制机制.货币。生物。 28，R170–R185（2018）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
54哈迪·D·G。，微型综述：AMP激活的蛋白激酶级联反应：细胞能量状态的关键传感器.内分泌学 144, 5179–5183 (2003). [公共医学][谷歌学者]
55Yamamoto M.等人。，抗衰老激素klotho对氧化应激的调节.生物学杂志。化学。 280, 38029–38034 (2005).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
56肖伟（Xiao W.）、王瑞斯（Wang R.S.）、汉迪·D·E（Handy D.E.）、洛斯卡佐·J（Loscalzo J.）、。，NAD（H）和NADP（H）氧化还原偶联与细胞能量代谢.抗氧化剂。氧化还原信号。 28, 251–272 (2018).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
57曹欣、吴磊、张杰、多格·M、。，辅酶NADPH及其氧化形式NADP的密度泛函研究+：NADPH的结构、UV-Vis光谱和氧化机理.J.计算。化学。 41, 305–316 (2020). [公共医学][谷歌学者]
58陈奇等。，细胞凋亡过程中细胞内自由基氧物种的晚期增加与细胞色素c释放、半胱氨酸蛋白酶激活和线粒体功能障碍有关.细胞死亡不同。 10，323–334（2003年）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
59Geschwind D.H.、Levit P.、。，自闭症谱系障碍：发育性断连综合征.货币。操作。神经生物学。 17, 103–111 (2007). [公共医学][谷歌学者]
60Anitha A.等人。，自闭症患者线粒体相关基因的脑区特异性表达改变及其相关性.摩尔自闭症 三, 12 (2012).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
61Frye R.E.等人。，线粒体功能障碍可能解释Phelan–McDermid综合征的症状变异.科学。代表。 6, 19544 (2016).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
62Lepagnol-Bestel A.M.等人。，SLC25A12的表达与神经突起生长有关，并且在自闭症患者的前额叶皮层上调.分子精神病学 13, 385–397 (2008). [公共医学][谷歌学者]
63Cheng N.、Rho J.M.、Masino S.A.、。，自闭症谱系障碍的代谢障碍及其潜在治疗方法.前面。摩尔神经科学。 10, 34 (2017).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
64Kanellopulos A.K.等人。，花生四烯酸将GABA隔离到过度活跃的线粒体中，导致社会行为缺陷.单元格 1801178–1197.e20（2020）。[公共医学][谷歌学者]
65Costa V.、Scorrano L.、。，线粒体在亨廷顿病发病机制中的作用.EMBO J。 31, 1853–1864 (2012).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
66费兰特·R·J、科沃尔·N·W、理查德森·E·P·Jr、，，亨廷顿病纹状体棘神经元增殖和退行性改变：采用切片-高尔基方法和钙结合蛋白D28k免疫细胞化学的联合研究.《神经科学杂志》。 11，3877–3887（1991年）。[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
67Louis Sam Titus A.S.C.等人。，Foxp1表达减少是亨廷顿病的促发因素.《神经科学杂志》。 37, 6575–6587 (2017).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
68唐斌等。，叉头盒蛋白p1是中枢神经系统免疫信号的转录阻遏物：亨廷顿病转录失调的意义.嗯，分子遗传学。 21, 3097–3111 (2012).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
69McGill J.K.、Beal M.F.、。，PGC-1α，亨廷顿病的新治疗靶点？ 单元格 127, 465–468 (2006). [公共医学][谷歌学者]
70崔磊等。，突变亨廷顿蛋白对PGC-1α的转录抑制导致线粒体功能障碍和神经退行性变.单元格 127, 59–69 (2006). [公共医学][谷歌学者]
71Jonas P.、Racca C.、Sakmann B.、Seeburg P.H.、Monyer H。，钙的差异2+GluR-B亚单位差异表达引起新皮质神经元AMPA型谷氨酸受体通道的通透性.神经元 12, 1281–1289 (1994). [公共医学][谷歌学者]
72Melzer S.等人。，不同的皮质纹状体GABA能神经元调节纹状体输出神经元和运动活动.单元格代表。 19, 1045–1055 (2017).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
73Carter A.G.、Sabatini B.L.、。，纹状体中棘神经元树突状棘的状态依赖性钙信号.神经元 44, 483–493 (2004). [公共医学][谷歌学者]
74Rousso D.L.、Gaber Z.B.、Wellik D.、Morrisey E.、Novitch B.G.、。，叉头蛋白Foxp1和Hox蛋白在脊髓运动神经元柱状结构中的协同作用.神经元 59, 226–240 (2008).[PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
75Socci D.J.、Bjugstad K.B.、Jones H.C.、Pattisapu J.V.、Arendash G.W.、。，在H-Tx大鼠模型中，氧化应激与遗传性脑积水病理生理学相关的证据.实验神经学。 155, 109–117 (1999). [公共医学][谷歌学者]
76Chenouard N.、Buisson J.、Bloch I.、Bastin P.、Olivo-Marin J.-C.，《荧光显微镜图像中追踪双向粒子的曲线仪分析》2010 IEEE国际图像处理会议（2010），第3657-3660页。
77de Chaumont F.等人。，Icy：用于扩展可再生研究的开放式生物图像信息学平台.自然方法 9, 690–696 (2012). [公共医学][谷歌学者]
78Berg S.等人。，ilastik：用于（生物）图像分析的交互式机器学习.自然方法 16，1226–1232（2019年）。[公共医学][谷歌学者]
文章来自美国国家科学院院刊由以下人员提供美国国家科学院