Sci Adv︱赵存友/陈荣清团队揭示微小RNA诱导小鼠出现社交和记忆异常机制：miR-501-3p表达缺陷增强谷氨酸能传递

撰文︱梁文权

责编︱王思珍

编辑︱杨彬伟

精神分裂症（schizophrenia，SCZ）是一类常见的、患病率约为1%的重性精神疾病，涉及神经环路和突触可塑性的障碍等异常。尽管精神分裂症的遗传度高达80%，但同卵双生子共患率仅有50%左右现象表明除遗传因素外，环境因素在精神分裂症发生发展中也起着重要作用，其机制有待阐明。microRNA（miRNA）作为一类长约22个核苷酸的非编码RNA，通过与目标mRNA的碱基互补配对参与众多靶基因的转录或转录后调控[1]。miRNAs通常通过调节复杂的基因调控网络来调控神经元的发育和可塑性，这些调控网络的异常或被干扰在临床上通常是意义重大的，特别是发生在中枢神经元发育过程中的调控异常。近年来赵存友教授团队以同卵双生子对为对象开展复杂表型变异的表观遗传机制研究，并发现了等位基因特异性DNA甲基化转换通过影响转录因子的结合和染色质活性状态影响基因转录活性[2]，以及长链非编码RNA（LncRNA）通过调控免疫炎症反应通路[3,4]，参与同卵双生子对罹患精神分裂症风险不同的病因学机制。但是，作为主要的表观遗传调控因子之一，miRNAs在同卵双生子中介导精神分裂症的易感性机制仍不明确，因此，基于单患精神分裂症同卵双生子外周血miRNAs差异表达谱深入研究并揭示miRNAs介导的精神分裂症易感性分子机制具有重要的意义。

近日，南方医科大学医学遗传学教研室赵存友团队联合神经生物学教研室陈荣清团队在Science Advances上在线发表了题为“Loss of schizophrenia-related miR-501-3p in mice impairs sociability and memory by enhancing mGluR5-mediated glutamatergic transmission”的研究论文，阐述了精神分裂症同卵双生子差异表达的miR-501-3p表达缺失可通过调控兴奋性谷氨酸能传递亢进诱导小鼠出现社交和记忆行为异常的表观遗传学机制，为精神分裂症的病因学研究提供了新的线索。

该研究致力于发现介导同卵双生子精神分裂症患病风险差异的miRNAs，并对其调控的分子网络进行深入研究。基于单患精神分裂症的同卵双生子对和健康同卵双生子对外周血的sRNA-seq，研究团队发现了多个与精神分裂症表型相关的差异表达miRNAs。其中miR-501-3p的表达下调在独立研究数据库的外周血和尸检脑组织中得到了一致性验证，并且在中国汉族散发人群中利用qPCR技术也得到了疾病一致性下调的验证（图1A）。并进一步通过ROC曲线分析，miR-501-3p具有良好的分辨精神分裂症和健康对照的效能（图1B）。

图1. miR-501-3p在精神分裂症外周血中显著下调及其预测精神分裂症的ROC曲线

（图源：Liang W, et al., Sci Adv, 2022）

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为进一步研究miRNAs的致病机制和分子调控网络，作者通过FLEX策略构建Mir501敲除小鼠（图2A），通过三箱社交等行为学实验，作者们发现Mir501 KO小鼠出现社交缺陷、记忆障碍和感觉门控通道异常等异常表型（图2 B-E），进一步通过高尔基染色发现，Mir501 KO小鼠海马齿状回颗粒神经元树突结构和发育异常（图2 H），全细胞膜片钳发现，Mir501 KO小鼠海马椎体神经元兴奋性异常和谷氨酸能传递亢进（图2 F）；而当了利用Nestin-Cre小鼠在中枢神经系统中恢复后，上述异常表型得到显著改善（图2）。通过对小鼠皮层蛋白质组学分析，发现miR-501可调控诸多涉及在化学性突触传递、顺行性突触信号、神经元发育相关通路的蛋白；并鉴定了代谢型谷氨酸受体5（mGluR5）是miR-501-3p的内源性靶点之一。利用mGluR5负别构剂MTEP或NMADR拮抗剂AP5可以显著改善miR-501表达缺失引起的异常表型。该研究将miR-501-3p与兴奋性谷氨酸传递的调节联系起来的表观遗传学病理生理机制为精神分裂症的病因学研究提供了新的线索。

图3. 小鼠miR-501缺失（KO绿色）或恢复（RE红色）（A）引起的社交（B,C）、记忆（D）和感觉门控通道（E）障碍以及兴奋性谷氨酸传递增强(F, G)和树突结构缺陷（H）。

（图源：Liang W, et al., Sci Adv, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究通过单患精神分裂症同卵双生子这一珍贵临床资源筛选了与精神分裂症易感性相关的miRNAs，并进一步通过两个独立研究和中国南方精神分裂症人群证实了精神分裂症患者外周血中miR-501-3p表达下降，并利用小鼠进行了跨物种研究，在Mir501 KO小鼠中出现社交缺陷、记忆障碍和感觉门控通道异常等行为表型，神经元结构异常、兴奋性异常和谷氨酸能传递亢进等细胞表型；利用Nestin-Cre小鼠在中枢神经系统中恢复Mir501表达改善上述异常表型，进一步支持了来自患者外周血的研究结果，表明miR-501-3p表达下调与精神分裂症的易感性相关。通过蛋白质组学和细胞学验证了mGluR5是miR-501-3p下游靶基因之一， mGluR5负别构调节剂—MTEP和NMDAR拮抗剂AP5可以改善miR-501表达缺失引起的异常表型。这些研究结果表明miR-501-3p表达下调通过mGluR5介导的谷氨酸能传递亢进增加了精神分裂症的患病风险，利用MTEP可改善miR-501-3p表达缺失所致的异常表型暗示我们，未来可通过更加特异性、副作用更低的mGluR5别构调节剂实现临床上更好的治疗效果。该研究首次提出了miR-501-3p通过mGluR5与谷氨酸能传递关联起来的表观遗传学调控机制为精神分裂症的病因学研究提供了新的线索。尽管本研究的临床样本男女比例均衡，然而因为Mir501位于X染色体，因此后续的涉及小鼠的研究数据均来自于雄性小鼠，在接下来的工作中我们将在雌性小鼠中进一步验证我们的实验结论；同时在双生子样本和散发样本中，我们同样发现了另外两个miRNAs呈现精神分裂症相关表达下调，我们将在接下来的工作中进一步验证这两个miRNAs与精神分裂症的关系。

原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abn7357

南方医科大学基础医学院作为该研究的主要完成单位和通讯单位，医学遗传学教研室赵存友教授和神经生物学教研室陈荣清教授为共同通讯作者，遗传学专业梁文权博士和侯豫博士、神经生物学专业黄维渊博士以及遗传学专业王韵倩硕士生为本文共同第一作者。该工作得到中山市第三人民医院，广州医科大学附属脑科医院，广东省精神卫生中心，南方医科大学附属珠江医院，精神健康研究教育部重点实验室、粤港澳大湾区脑科学与类脑研究中心、广东省重大精神疾病研究重点实验室和广东省遗传检测工程技术研究中心等单位以及国家自然科学基金委和广东省科技厅等部门的项目资助。

作者简介（上下滑动阅读） 

赵存友教授现为南方医科大学基础医学院医学遗传学教研室主任。主要从事人类遗传疾病复杂表型变异的表观遗传调控机制研究，在Science Advances，Molecular Psychiatry, American Journal of Human Genetics, Schizophrenia Bulletin等看刊物上发表SCI论文40多篇。课题组主要关注表观遗传修饰介导遗传与环境因素相互作用在精神病（精神分裂症和双相情感障碍）发展过程的作用机制。以双胞胎家系为对象，研究等位基因特异性DNA修饰和RNA表达、微小RNA、长非编码RNA等参与精神病的发病机制；同时通过构建外周血来源的iPSCs，进行二维神经元和三维类脑器官的分化，并结合基因编辑技术，开展易感基因参与神经系统发育的功能机制研究。

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参考文献（上下滑动阅读） 

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本文完