時間：2022-09-30 熱度：

 

精神分裂癥（Schizophrenia）是一種復(fù)雜而嚴重的精神疾患，其特征是感知現(xiàn)實的方式受到嚴重損害，出現(xiàn)持續(xù)性妄想、幻想、思維混亂及行為異常等，影響到全球約2400萬人。精神分裂癥患者病理變化包括少突膠質(zhì)細胞分化受損、髓鞘和白質(zhì)丟失等。 

精神分裂癥斷裂基因1（Disrupted-in-schizophrenia-1, DISC1）被認為是精神分裂癥發(fā)病的主要易感基因之一，研究發(fā)現(xiàn)，DISC1功能障礙參與影響少突膠質(zhì)細胞前體細胞（oligodendrocyte precursor cells, OPCs）的成熟和髓鞘的形成。此外，DISC1的部分致病單核苷酸突變將導(dǎo)致DISC1的可變剪切增加，其中DISC1-Δ3（缺少外顯子3的剪切體）在精神分裂癥患者中顯著升高，但其致病機制仍不清楚。

 

2022年9月21日，陸軍軍醫(yī)大學牛建欽教授團隊聯(lián)合肖嵐教授團隊、曼切斯特大學Alexei Verkhratsky教授團隊合作在Molecular Psychiatry上發(fā)表了題為“Pathological oligodendrocyte precursor cells revealed in human schizophrenic brains and trigger schizophrenia-like behaviors and synaptic defects in genetic animal model”的研究論文，揭示了OPCs中DISC1-Δ3表達通過調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路異常激活與其下游Wif1高表達，參與精神分裂癥發(fā)病機制。該研究找到一個臨床干預(yù)精神分裂癥的分子靶點—Wif1，并提供了強有力的實驗依據(jù)。

 

 

結(jié)果

精神分裂癥患者OPCs形態(tài)異常

 首先，研究人員基于臨床樣本率先發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥（Schizophrenia）患者海馬、前額葉皮層和杏仁核中被NG2標記的少突膠質(zhì)細胞前體細胞（oligodendrocyte precursor cells, OPCs）的數(shù)量無明顯變化，而形態(tài)發(fā)生改變，表現(xiàn)為更為復(fù)雜的肥大形態(tài)（圖1）。

圖1精神分裂癥患者OPCs形態(tài)異常

DISC1-Δ3鼠模擬精神分裂癥樣表型

 DISC1作為精神分裂癥發(fā)病的主要易感基因之一，參與調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細胞的發(fā)育，RNA測序結(jié)果顯示，DISC1在人和小鼠OPCs的表達遠高于少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元。此外，對DISC1剪切體分析發(fā)現(xiàn)，DISC1-Δ3（缺少外顯子3的剪切體）在精神分裂癥患者腦中表達顯著升高。 基于此，研究者構(gòu)建NG2^CreERT:DISC1^{exon3 fl/+}小鼠（簡稱DISC1-Δ3鼠，由DISC1^{exon3 flox}鼠與NG2^CreERT鼠雜交獲得，其特點為在不影響DISC1全基因表達情況下，經(jīng)他莫昔芬誘導(dǎo)可特異性在OPCs中上調(diào)DISC1-Δ3的表達），發(fā)現(xiàn)OPCs中特異性過表達DISC1-Δ3同樣導(dǎo)致OPCs過度肥大，并伴隨著髓鞘形成減少（圖2a-f），這與精神分裂癥患者腦內(nèi)OPCs形態(tài)類似（圖1）。此外，行為水平上 ，出生后25-36（P25-P36）DISC1-Δ3鼠表現(xiàn)出精神分裂癥樣的感覺運動門控障礙（圖2g-k）。同時，研究者發(fā)現(xiàn)DISC1-Δ3鼠海馬CA1區(qū)興奮性突觸減少，且少突膠質(zhì)細胞中DISC1-Δ3表達上調(diào)降低了自發(fā)興奮性突觸后電流（sEPSC）頻率，增強了自發(fā)抑制性突觸后電流（sIPSC）頻率（圖2l-p）。

 

圖2 DISC1-Δ3模型鼠模擬精神分裂癥樣表型

 

DISC1-Δ3模型鼠中OPCs異常參與突觸形成缺陷及精神分裂癥

 隨后，研究者分析了過度肥大的OPCs與精神分裂癥患者髓鞘丟失的關(guān)系，通過他莫昔芬誘導(dǎo)DISC1-Δ3鼠在不同周齡發(fā)生OPCs中DISC1外顯子3缺失，發(fā)現(xiàn)OPCs中DISC1外顯子3缺失足以誘導(dǎo)突觸功能障礙和精神分裂癥樣行為（圖3a-f）。 接下來，研究者構(gòu)建OL- DISC1-Δ3鼠（特異性在成熟少突膠質(zhì)細胞中增強DISC1-Δ3表達）作進一步驗證，發(fā)現(xiàn)特異性在P21小鼠海馬OLs中增強DISC1-Δ3表達并未引起類似精神分裂癥的病理變化（圖3g-j）。同時，體外實驗也驗證了DISC1-Δ3 OPCs對神經(jīng)元的直接影響（圖3k-m）。 這些結(jié)果提示了，證明DISC1-Δ3小鼠中的突觸形成缺陷與精神分裂癥樣表型是OPC本身的異常導(dǎo)致，而非髓鞘形成缺陷介導(dǎo)。

 

圖3 DISC1-Δ3小鼠中的突觸形成缺陷與精神分裂癥樣表型是OPC本身的異常導(dǎo)致，而非髓鞘形成缺陷介導(dǎo)

 

OPCs參與DISC1-Δ3模型鼠精神分裂癥發(fā)生的分子機制

為驗證其分子機制，研究者對急性分離的OPC進行RNA測序，發(fā)現(xiàn)在DISC1-Δ3 OPCs中Wnt/β-catenin信號通路過度激活（圖4a,b），這是由于DISC1-Δ3通過Girdin-Akt通路間接抑制GSK3β活性，進而導(dǎo)致Wnt/β-catenin信號通路增加（圖4a-d）。此外，基于臨床樣本，研究者發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者海馬區(qū)OPCs Wnt下游基因RNF43表達顯著上調(diào)，這也印證了精神分裂癥中少突膠質(zhì)細胞前體細胞Wnt/β-catenin信號通路異常激活（圖4e）。 接下來，研究者借助RNA-seq差異表達分析及分子生物學技術(shù)，在精神分裂癥患者和DISC1-Δ3小鼠海馬組織中發(fā)現(xiàn)Wif1表達顯著增加（圖4f-j）。并借助體外實驗發(fā)現(xiàn)，Wnt/β-catenin過度激活的OPC通過Wif1抑制神經(jīng)元中非經(jīng)典Wnt通路，干擾突觸形成（圖4k,l）。

 

圖4 DISC1-Δ3 OPCs中異常的Wnt/β-catenin異常激活

 

最后，研究者向P10 DISC1-Δ3鼠海馬CA1注射逆轉(zhuǎn)錄病毒載體（特異性感染分裂期細胞）攜帶Wif1 shRNA（ROV-U6-shRNA(Wif1)-EF1A(S)-EGFP-3Flag）以特異性下調(diào)少突膠質(zhì)細胞前體細胞中Wif1表達，發(fā)現(xiàn)增加了突觸發(fā)生（圖5a,b）。同樣地，特異性敲除DISC1-Δ3鼠OPCs中Wif1，亦增強了海馬興奮性突觸形成，并改善了精神分裂癥樣相關(guān)行為缺陷（圖6c-i）。這些結(jié)果提示了，DISC1-Δ3鼠OPCs中Wnt信號通路異常激活通過調(diào)控Wnt抑制劑—Wif1表達量異常增加從而破壞突觸形成，并啟動精神分裂癥的發(fā)病機制，下調(diào)OPCs中Wif1的表達可恢復(fù)DISC1-Δ3鼠突觸形成，改善神經(jīng)功能。

 

圖5 下調(diào)OPCs中Wif1的表達可改善DISC1-Δ3鼠突觸形成缺陷和行為障礙

 

結(jié)論
 

 本文基于臨床樣本率先發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者少突膠質(zhì)細胞前體細胞（OPCs）形態(tài)異常，推測其可作為早期精神分裂癥發(fā)病的病理性特征。隨后，通過構(gòu)建DISC1-Δ3鼠模擬精神分裂癥表型，并借助RNA測序、行為學、病毒載體介導(dǎo)的基因功能丟失技術(shù)、分子生物學等多種技術(shù)手段發(fā)現(xiàn)，DISC1-Δ3 OPCs中Wnt/β-catenin的過度激活與下游Wif1異常高表達，并通過Wif1抑制神經(jīng)元中非經(jīng)典Wnt通路，干擾突觸形成，而調(diào)控Wif1表達量可改善突觸形成障礙和精神分裂癥相關(guān)行為缺陷。該研究找到一個臨床干預(yù)精神分裂癥的分子靶點—Wif1，為精神分裂癥的治療提供了新的理論基礎(chǔ)。  陸軍軍醫(yī)大學博士生庾光丹與中山大學附屬第七醫(yī)院助理研究員蘇一洵為本文共同第一作者。曼切斯特大學Alexei Verkhratsky教授、陸軍軍醫(yī)大學肖嵐教授與牛建欽教授（Lead Contact）為本文共同通訊作者。