插图︱小 葛
精神分裂症断裂基因1(DISC1)在少突胶质前体细胞(OPC)中高度表达并参与调节其成熟和髓鞘形成。而近年有研究在精神分裂症患者中发现DISC1变异体——DISC1-Δ3表达显著上调,但其在精神分裂症中的病理意义尚不清楚。
在此背景下,2022年9月21日,陆军军医大学牛建钦与肖岚课题组联合曼切斯特大学Alexei Verkhratsky课题组在Molecular Psychiatry上发文,揭示了DISC1-Δ3通过调控OPCs的Wnt/β-catenin信号通路诱发精神分裂症。
首先,课题组对精神分裂症患者的海马、前额叶皮层和杏仁核进行了免疫染色,结果显示: NG2标记的OPC和OLIG2标记的少突胶质细胞的数量无明显变化,但OPC形态异常——表现为更为复杂的肥大形态。
图1|免疫染色结果及分析
由于DISC1参与调节少突胶质细胞的发育,课题组由此对其表达量进行分析,RNA测序结果显示,DISC1在人和小鼠OPCs的表达显著高于其他细胞。进一步的剪切体分析结果显示:DISC1-Δ3在精神分裂症患者脑中表达显著升高。因此,课题组以DISC1exon3 flox鼠与NG2CreERT鼠杂交获得了NG2CreERT:DISC1exon3 fl/+小鼠(DISC1-Δ3鼠),该鼠经他莫昔芬(Tamoxifen)诱导可特异性上调OPCs中DISC1-Δ3的表达。免疫染色结果显示:DISC1-Δ3鼠OPCs的DISC1-Δ3表达上调也导致OPCs形态肥大,且其髓鞘形成减少,这与精神分裂症患者脑内OPCs形态类似。
行为学结果显示:出生后25-36天的DISC1-Δ3鼠在前脉冲抑制实验中表现出精神分裂症样的感觉运动门控障碍;在旷场中央的停留时间显著增加;在悬崖规避反射测试(cliff avoidance test)中掉落悬崖的比例增加。进一步的免疫染色结果显示:DISC1-Δ3鼠海马CA1区兴奋性突触标志物——SYN1显著减少。电生理结果显示:特异性上调少突胶质细胞中DISC1-Δ3的表达分别降低和增加了sEPSC和 sIPSC的频率。进一步的实验证明DISC1-Δ3小鼠中的突触形成缺陷与神经精神症状是OPC本身的异常导致,而非髓鞘形成缺陷介导。
图2|特异性上调少突胶质细胞中DISC1-Δ3引起的行为学、形态学、电生理特性的改变
那么DISC1-Δ3 OPC是如何影响神经元突触形成的呢? RNA测序结果显示:DISC1-Δ3 小鼠OPC中Wnt/β-catenin信号通路过度激活,且精神分裂症患者样本中也可观察到OPC特异的Wnt下游基因RNF43表达显著升高,印证了精神分裂症中OPC的Wnt通路异常激活。进一步分析RNA测序、免疫荧光染色和ELSA、WB、q-PCR结果表明DISC1-Δ3 小鼠OPC的 Wnt/β-catenin信号通路下游的Wif1表达显著上调,病人来源样本同样显示Wif1免疫染色的信号提高。Wif1可通过与Wnt配体结合,阻止它们与受体的互作,从而抑制细胞的Wnt下游通路激活。随后课题组分离了DISC1-Δ3小鼠中海马神经元,发现其中非经典Wnt信号通路受到了抑制。
图3| Wnt/β-catenin信号通路下游的Wif1表达显著上调
最后,课题组将Wif1 shRNA注射至 DISC1-Δ3小鼠海马,发现神经元的非经典Wnt通路被抑制,伴随突触形成减少。课题组进一步特异敲低或敲除了DISC1-Δ3小鼠OPC中WIF1,发现可缓解DISC1-Δ3小鼠中海马的兴奋性突触形成障碍以及精神分裂症相关行为缺陷。
图4|特异敲低或敲除了DISC1-Δ3小鼠OPC中WIF1产生的治疗效果
总的来说,本文主要通过形态学、电生理学结合行为学实验,发现DISC1-Δ3在OPC中的上调将导致Wnt/β-catenin的过度激活与下游Wif1过表达,从而通过抑制神经元中非经典Wnt通路,抑制突触形成,进而诱发精神分裂症样的行为缺陷。该研究结果为OPCs在遗传易感个体精神分裂症发病中的病理潜力提供了新的证据,而针对OPCs中的Wif1可能为开发有效的精神分裂症治疗策略开辟了新的方向。
https://doi.org/10.1038/S41380-022-01777-3
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