Biol Psychiatry｜小鼠自闭和精神分裂样行为新机制：CYFIP1调控NMDA受体复合物的翻译

来源︱上海欣软责编︱王思珍，方以一编辑︱夏  叶

由拷贝数变异（CNVs）引起的基因表达失衡是导致大脑疾病的一个主要因素[1]。研究表明，15q11.2 CNV的重复和缺失分别与ASD（自闭症谱系障碍）和SCZ（精神分裂症）相关,但15q11.2区域内的基因突变诱发该两种疾病背后的机制仍不清楚[2-6]。

CYFIP1是15q11.2中的一个基因，编码一种与FMRP（脆性X智力迟钝蛋白）和eIF4E（真核翻译起始因子4E）相互作用的蛋白，并以活性依赖的方式负调控突触上的信使RNA（mRNA）翻译。CYFIP1表达水平的改变会导致树突复杂性和树突棘形态和突触功能异常及行为缺陷。然而，CYFIP1的mRNA靶点以及CYFIP1表达异常对这些靶点的蛋白翻译的影响仍然未知。

2022年11月15日，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院明国莉和韩国科学技术院Ki-Jun Yoon课题组联合上海交通大学等机构在Biological Psychiatry上发表题为“CYFIP1 Dosages Exhibit Divergent Behavioral Impact via Diametric Regulation of NMDA Receptor Complex Translation in Mouse Models of Psychiatric Disorders”的最新论文，揭示了CYFIP1通过调控NMDA受体复合物的翻译双向控制小鼠自闭和精神分裂样行为。

首先，课题组构建了Cyfip1敲除的cKO鼠和Cyfip1过表达的cOE鼠。行为学测试结果显示：与WT鼠相比，Cyfip1 cKO鼠在三箱社交第二阶段对陌生鼠和熟悉鼠的探索时间没有差异，表现出社交新颖性缺陷；其在前脉冲抑制（PPI）测试中PPI值降低且惊吓反应升高，表现出感觉门控缺陷；其在悬尾测试（TST）和强迫游泳（FST）中不动时间增加；与WT1小鼠相比，急性注射安非他明后，cKO小鼠的活动增强，表明其多巴胺能系统功能障碍。这些结果表明Cyfip1 cKO鼠具有精神分裂症表型（图1）。

图1 Cyfip1 cKO鼠的行为学测试结果

（图源：Kim NS et al., Biol Psychiatry, 2022）

对Cyfip1 cOE鼠的行为学测试结果显示：cOE鼠的掩埋石子个数和挖掘时间显著增加；其筑巢能力下降；cOE雌性鼠叼回幼崽的延迟增加；此外，与cKO小鼠相似， cOE小鼠表现出安非他明诱导的过度活跃以及社交新颖性障碍。 这些结果表明Cyfip1 cOE鼠具有ASD样表型（图2）。

图2 Cyfip1 cOE鼠的行为学测试

（图源：Kim NS et al., Biol Psychiatry, 2022）

为了确定哪些mRNA是CYFIP1的翻译调控靶点，课题组对成年小鼠海马进行了RIP-seq分析，基因本体分析显示CYFIP1相关的mRNA主要与NMDAR复合体和突触成分相关；疾病本体分析显示这些基因与SCZ和ASD等神经精神疾病相关。对成人皮质组织和小鼠海马组织的RIP-qPCR结果显示证明了上述结果。

为了探究CYFIP1表达失调是否会导致靶向的mRNA的蛋白翻译失调，课题组通过嘌呤霉素相关新生链蛋白质组学（PUNCH-P）技术监测了cKO和cOE海马中新生肽的表达，发现与WT1小鼠相比，cKO小鼠的突触后NMDAR亚基和相关复合物成分的蛋白合成显著增加，而突触前蛋白SYN1则没有显著变化。相反，cOE小鼠中这些蛋白质合成量显著降低。进一步的WB结果也表明NMDAR相关复合物和突触后支架蛋白的表达与CYFIP1的表达水平呈负相关（图3）。

图3  PUNCH-P实验原理及结果分析

（图源：Kim NS et al., Biol Psychiatry, 2022）

电生理结果显示：cKO小鼠NMDA/AMPA介导的电流比值显著增加，这与前文其NMDAR表达上调结果一致；而cOE小鼠则与之相反。

那么能否通过调控NMDAR调节cKO鼠的运动表型呢？

课题组发现全身注射非竞争性NMDAR拮抗剂MK-801，增加了两种基因鼠的运动活性，但与WT小鼠相比，cKO小鼠的过度活跃水平显著更高，而 cOE小鼠的过度活跃水平较低，表明cKO和cOE小鼠对MK-801的敏感性不同。

NMDAR的激活导致多种下游信号分子上调，如CaMKIIa（钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶IIa）的磷酸化和p38 MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）的磷酸化。WB结果显示：与WT小鼠相比，cKO小鼠的海马突触体中CaMKIIa和p38 MAPK的磷酸化水平较高，而cOE小鼠中磷酸化水平较低。这些结果表明：突触NMDAR功能和下游信号通路的运转水平通取决于小鼠模型中的CYFIP1水平（图4）。

图4 CYFIP1表达水平影响NMDAR功能和下游信号通路及小鼠运动表型

（图源：Kim NS et al., Biol Psychiatry, 2022）

最后，为了验证在cKO小鼠中降低NMDAR活性，在cOE小鼠中增强NMDAR活性，是否能挽救这些模型中的行为异常。课题组用NMDAR拮抗剂美金刚胺治疗cKO小鼠，发现其在TST,FST以及在安非他明诱导的运动过度中的行为异常被显著缓解；而cOE小鼠的社交新颖性缺陷和安非他明诱导的过度运动也被NMDAR的部分激动剂脱环丝氨酸（DCS）所缓解（图5）。

图5 小鼠的SCZ和ASD样行为学缺陷被NMDAR拮抗剂和激动剂所缓解

（图源：Kim NS et al., Biol Psychiatry, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望总的来说，本文揭示了CYFIP1调节突触上NMDAR及其相关复合物的蛋白翻译，以维持个体的正常的突触功能和行为，该研究提供了对15q11.2 CNVs如何导致不同的神经精神疾病的新见解。虽然还不能直接将小鼠行为表型与患者症状直接关联起来，但该研究提供了系统的体内证据，说明CYFIP1的异常水平如何导致在生化、突触和行为水平上与ASD（自闭症谱系障碍）和SCZ（精神分裂症）相关的常见和独特缺陷。未来对各种精神障碍的其他CNV危险因素的研究将进一步强调控制突触功能和行为的分子过程的内稳态控制。另外，CYFIP1可能调节神经发育过程，而本研究中使用的后期药物治疗无法恢复这些过程。其他精神病药物治疗是否可以挽救这些小鼠模型中的一些行为表型，仍有待研究。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2021.04.023

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[1] D. Malhotra, J. SebatCNVs: Harbingers of a rare variant revolution in psychiatric geneticsCell, 148 (2012), pp. 1223-1241[2] L.S. Carroll, M.J. OwenGenetic overlap between autism, schizophrenia and bipolar disorderGenome Med, 1 (2009), p. 102[3] B. Crespi, P. Stead, M. ElliotEvolution in health and medicine Sackler colloquium: Comparative genomics of autism and schizophreniaProc Natl Acad Sci U S A, 107  [4] E.M. Kenny, P. Cormican, S. Furlong, E. Heron, G. Kenny, C. Fahey, et al.Excess of rare novel loss-of-function variants in synaptic genes in schizophrenia and autism spectrum disordersMol Psychiatry, 19 (2014), pp. 872-879[5] I. Kushima, B. Aleksic, M. Nakatochi, T. Shimamura, T. Okada, Y. Uno, et al.Comparative analyses of copy-number variation in autism spectrum disorder and schizophrenia reveal etiological overlap and biological insightsCell Rep, 24 (2018), pp. 2838-2856[6] CloseM.B. Ramocki, H.Y. ZoghbiFailure of neuronal homeostasis results in common neuropsychiatric phenotypesNature, 455 (2008), pp. 912-918

本文完