Mol Psychiatry︱牛建钦/肖岚团队发现少突胶质前体细胞DISC-Δ3可变剪切抑制兴奋性突触生长导致精神分裂症

撰文︱苏一洵

责编︱王思珍，方以一

编辑︱杨彬薇

精神分裂症（Schizophrenia）是一种复杂的神经精神疾病，症状包括幻觉，妄想与难以清晰思考等，在全球300人中即可确诊一例[1]。DISC1是较为明确的精神分裂症风险基因之一[2, 3]。研究发现DISC1的部分致病单核苷酸突变将导致DISC1的可变剪切增加，其中DISC1-Δ3（缺少外显子3的剪切体）在精神分裂症病人中显著升高[4]，但其致病机制仍不清楚。功能上，DISC1除了可调控神经元功能，也在胶质细胞中发挥重要作用，如DISC1可调控少突胶质前体细胞的分化[5]。RNA测序数据显示，DISC1在人与小鼠的少突胶质前体细胞中高度表达[6]。长期以来，少突胶质前体细胞（OPC）仅被认为是作为少突胶质细胞的前体，进行髓鞘再生，课题组近期研究也发现了OPC在神经精神疾病中独立于髓鞘之外的新作用[7]。然而，OPC中DISC1可变剪切的作用以及在精神分裂症中是否参与了疾病的发生发展，仍需进一步研究。

2022年9月21日，陆军军医大学牛建钦教授团队联合肖岚教授团队、曼切斯特大学Alexei Verkhratsky教授团队合作在Molecular Psychiatry上发表了题为“Pathological oligodendrocyte precursor cells revealed in human schizophrenic brains and trigger schizophrenia-like behaviors and synaptic defects in genetic animal model”的研究论文。该论文利用精神分裂症病人组织样本，发现精神分裂症病人的不同脑区中OPC都呈现出异常的复杂形态，揭示了OPC中DISC1-Δ3表达在精神分裂症中的致病机制，并提出Wif1为潜在的药物靶点。

为了系统地探索精神分裂症病人少突胶质细胞谱系的病理变化，作者通过OPC标记物NG2染色，率先发现精神分裂症病人海马、皮层、以及杏仁核样本中的OPC数量没有发生变化，但OPC展现出更为复杂的形态（图1）。

图1 精神分裂症病人中少突胶质前体细胞的异常复杂形态

（图源：G. Yu, et al., Mol Psychiatry, 2022）

为了模拟病人脑中的病理改变，作者构建了DISC1-exon3-flox小鼠，与NG2-CreERT小鼠交配得到NG2-CreERT:DISC1-exon3-flox/+小鼠（以下简称DISC1-Δ3小鼠），可在OPC中特异增强DISC1-Δ3的表达。在出生第25天（P25）的免疫组化检测显示，DISC1-Δ3小鼠展现出与病人同样的OPC形态复杂化，同时也伴随髓鞘形成减少。有趣的是，DISC1-Δ3小鼠同样展现出精神分裂症症状，以及病人中类似的兴奋性突触减少[8, 9]（图2）。作者进一步设计实验，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 DISC1-Δ3小鼠中复现病人的异常OPC形态，精神分裂症症状，以及突触形成缺陷

（图源：G. Yu, et al., Mol Psychiatry, 2022）

为了阐明DISC1-Δ3 OPC如何影响神经元突触形成，作者对急性分离的OPC进行RNA测序。结果显示，DISC1-Δ3OPC中Wnt/β-catenin信号通路过度激活。作者进一步解析了DISC1-Δ3通过GSK3β活性调控Wnt/β-catenin的分子机制。有趣的是，精神分裂症病人样本中也可观察到，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（图3）。

图3 DISC1-Δ3 OPC中Wnt/β-catenin异常激活

（图源：G. Yu, et al., Mol Psychiatry, 2022）

作者进一步分析RNA测序数据发现，DISC1-Δ3 OPC中一系列分泌蛋白的表达水平升高，尤其Wnt/β-catenin信号通路下游的Wif1，并通过免疫荧光等一系列实验验证。同样地，精神分裂症病人样本中Wif1免疫染色的信号也显著提高。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。作者分离了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。体外实验发现，Wif1处理的确可以抑制神经元的非经典Wnt通路，伴随突触形成减少。作者进一步特异敲低或敲除了DISC1-Δ3小鼠OPC中WIF1，发现可挽救DISC1-Δ3小鼠中海马的兴奋性突触形成以及精神分裂症相关行为缺陷，包括前脉冲抑制行为（PPI）和精神分裂症阳性症状（Open field）（图4）。

图4 OPC来源的Wif1介导DISC1-Δ3小鼠的兴奋性突触缺陷与精神分裂症相关行为产生

（图源：G. Yu, et al., Mol Psychiatry, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究发现了患者少突胶质前体细胞（OPC）的形态改变，推测其可作为早期精神分裂症发病的病理性特征。通过构建先的精神分裂症小鼠模型，发现DISC1-Δ3可变剪切体在OPC中的增强表达能够模拟病人的异常OPC形态，并足以导致突触形成缺陷与精神分裂症症状。通过OPC表达谱分析，返现DISC1-Δ3导致OPC中Wnt/β-catenin的过度激活与下游Wif1过表达，并通过神经元-OPC共培养模型和新小鼠模型，证实Wnt/β-catenin过度激活的OPC通过Wif1抑制神经元中非经典Wnt通路，干扰突触形成，而调控Wif1表达量可挽救突触形成障碍和精神分裂症相关行为缺陷，为精神分裂症的治疗提供了新的理论基础与新靶点。但由于兴奋性和抑制性神经元都能与OPC形成突触连接，且均可参与精神分裂症发病过程，而该研究对此还缺乏更明晰的实验证据，今后的研究可进一步探索不同类型神经元-OPC突触形成在精神分裂症发病中的作用和机制。 

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41380-022-01777-3

陆军军医大学博士生庾光丹与中山大学附属第七医院助理研究员苏一洵为本文共同第一作者。曼切斯特大学Alexei Verkhratsky教授、陆军军医大学肖岚教授与牛建钦教授（Lead Contact）为本文共同通讯作者。

通讯作者：牛建钦（左）、肖岚（中）、Alexei Verkhratsky（右）

（照片提供自：牛建钦/肖岚/Alexei Verkhratsky团队）

作者简介（上下滑动阅读）

牛建钦：教授、博土生导师，陆军军医大学组织胚胎学教研室副主任。入选国家教育部青年长江学者，重庆英才等。曾先后赴法国法兰西公学院、美国加州大学旧金山分校开展博士后研究。近年来，重点关注中枢神经系统少突胶质前体细胞 “迁移-增殖-分化”的发育过程、调控机制、以及参与病程发生发展的新作用。相关研究在Science、Nature Neuroscience、Neuron、Advanced science、Molecular psychiatry、Brain、Glia等杂志发表。

肖岚：教授，博士生导师，陆军军医大学组织胚胎学教研室主任。国家科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目首席科学家，重庆市科技创新领军人才。研究方向聚焦中枢神经髓鞘发育与再生，以及精神疾病的髓鞘生物学机制。主持科技部脑计划项目、自然科学基金面上项目等多项课题，以通讯/共同通讯作者在Neuron、Mol Psychiatry、J Neurosci等杂志发表SCI论文30余篇。

Alexei Verkhratsky：欧洲科学院院士、德国科学院院士、西班牙皇家科学院院士、英国曼彻斯特大学生命科学院神经生理学教授,是国际公认的细胞神经生理学领域领军人物。在神经元-胶质细胞通讯的化学和电信号传递及细胞内钙信号在神经系统整合过程中的作用领域做出了重要贡献。在Lancet Neurol、Nat Neurosci、Neuron、Trends Neurosci、Acta Neuropathol等发表论文220余篇

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参考文献（上下滑动阅读） 

1. World-Health-Organization, Schizophrenia. 2022: Geneva.

2. Sachs, N.A., et al., A frameshift mutation in Disrupted in Schizophrenia 1 in an American family with schizophrenia and schizoaffective disorder. Mol Psychiatry, 2005. 10(8): p. 758-64.

3. Hennah, W., et al., DISC1 association, heterogeneity and interplay in schizophrenia and bipolar disorder. Mol Psychiatry, 2009. 14(9): p. 865-73.

4. Ma, L., et al., Cloning and characterization of Disc1, the mouse ortholog of DISC1 (Disrupted-in-Schizophrenia 1). Genomics, 2002. 80(6): p. 662-72.

5. Katsel, P., et al., Expression of mutant human DISC1 in mice supports abnormalities in differentiation of oligodendrocytes. Schizophr Res, 2011. 130(1-3): p. 238-49.

6. Vasistha, N.A., et al., Familial t(1;11) translocation is associated with disruption of white matter structural integrity and oligodendrocyte-myelin dysfunction. Mol Psychiatry, 2019. 24(11): p. 1641-1654.

7. Lake, B.B., et al., Integrative single-cell analysis of transcriptional and epigenetic states in the human adult brain. Nat Biotechnol, 2018. 36(1): p. 70-80.

8. Wang, Y., et al., Reduced Oligodendrocyte Precursor Cell Impairs Astrocytic Development in Early Life Stress. Adv Sci (Weinh), 2021.8(16): p. e2101181.

9. Gao, R. and P. Penzes, Common mechanisms of excitatory and inhibitory imbalance in schizophrenia and autism spectrum disorders. Curr Mol Med, 2015. 15(2): p. 146-67.

10. Canitano, R. and M. Pallagrosi, Autism Spectrum Disorders and Schizophrenia Spectrum Disorders: Excitation/Inhibition Imbalance and Developmental Trajectories. Front Psychiatry, 2017. 8: p. 69.

本文完