精神分裂症与甲基-CpG-结合蛋白2基因突变的关系研究进展

岳沙沙 翟金国

精神分裂症(Schizophrenia，SZ)被认为是一种神经发育性疾病，目前其病因尚未明确。大量研究表明，遗传学在其发病机制中占据很重要的地位[1]。然而，目前仍存在一些传统遗传学无法解释的现象，因此遗传与环境因素交互作用受到重视。已有研究发现，表观遗传失调可导致神经发育性障碍，表观遗传的机制是调节基因的表达，而不直接改变潜在的DNA序列，其中包括染色质重塑、DNA甲基化、非编码RNA调控、组蛋白修饰，这些表观遗传机制已被证明在精神分裂症、雷特综合征、抑郁障碍、孤独症谱系障碍和脆性X综合征等神经发育障碍性疾病的发病机制中发挥作用[2]。

甲基-CpG-结合蛋白2(Methyl-CpG-Binding Protein 2, MeCP2)基因作为一种表观遗传“阅读器”，在维持中枢神经系统的正常发育中发挥重要作用，MeCP2基因突变可导致严重的神经发育障碍[3]。既往大量研究已经证实MeCP2基因是神经发育性障碍雷特综合征的易感基因，超过90%的雷特综合征是由于患者MeCP2基因突变引起的[4]。2014年，Cuddapah V等[5]证明在雷特综合征患者中MeCP2基因突变类型的不同，可诱导产生严重程度各异的临床表型。除此之外，在精神分裂症[6]、精神发育迟滞[7]、帕金森病[8]、抑郁障碍[9]、孤独症谱系障碍[10]、物质成瘾[11]的发病机制中也可见到MeCP2基因不同位点的突变，这表明MeCP2基因突变具有高度的临床异质性。有研究发现，MeCP2基因可能与精神分裂症的诊断有关，在多项研究中发现了精神分裂症患者MeCP2基因的变异[6，12]。本文就MeCP2基因突变类型及其介导的表观遗传机制在精神分裂症中的作用最新研究进展作一综述。

1 MeCP2基因

MeCP2基因在表观遗传学研究领域中被鉴定为一种转录抑制因子，其包含两个功能结构即甲基-CpG结合结构域(MBD)和转录抑制结构域(TRD)，MeCP2基因可通过DNA甲基化和组蛋白乙酰化这两个表观遗传标记来抑制基因表达[3]。MeCP2基因从妊娠中期开始，直到成年期均有不同程度的表达，通过调控神经元发生、分化、诱导突触形成和神经元回路的形成、参与突触可塑性、调节刺激依赖的基因转录[如脑源性神经营养因子(Brain-Derived Neurotrophic Factor，BDNF)基因、γ-氨基丁酸(GABA)基因]等相关的机制，维持中枢神经系统正常发育[13]。2020年，Chen CH等[6]研究发现,精神分裂症患者存在MeCP2基因多个位点的错义突变，然而关于其分子机制尚未阐述。但在另外一项研究中发现，MeCP2基因的变异可通过表观遗传机制调控大脑中BDNF的表达水平[14]，而BDNF在新生儿发育阶段的神经元存活、分化和生长，突触可塑性起重要作用，因此MeCP2基因的变异可以影响大脑中BDNF表达水平。既往研究表明在缺陷型精神分裂症患者中，其认知功能评分与BDNF水平呈正相关[15]。

2 MeCP2基因突变与精神分裂症

随着新一代测序技术的发展,包括单核苷酸多态性(Polymorphism Single Nucleotides，SNPs)和拷贝数变异(Copy Number Variations，CNV)以及全基因组关联分析(Genome-Wide Association Study，GWAS)等分子遗传学标记物的应用，目前研究发现多个与精神分裂症相关的SNPs[16]。2014年，韩洪瀛等[17]选择精神分裂症患者及健康对照,对MeCP2基因上的4个SNPs位点进行基因多态性分析，结果发现，精神分裂症患者的MeCP2基因SNP位点rs1616369、rs3027933、rs2239464、rs17435存在基因多态性，表明MeCP2基因可能是精神分裂症的易感基因。研究学者们对这一发现广泛关注，并试图去探索MeCP2基因参与精神分裂症发生发展的证据。

2018年，Sheikh TI等[12]研究发现,在一个近亲家族中有5例伴有或不伴有儿童期精神分裂症的认知功能下降患者和1例患有不典型雷特综合征的女孩中发现携带MeCP2-AT-Hook1结构域的错义突变p.(Arg190His)；另外在1例女性精神分裂症患者中，发现了MeCP2基因的从头突变体p.(Arg190Cys)。这两个位点的突变对MeCP2-AT-Hook1结构域的DNA结合和染色质凝聚具有负面影响。这表明MeCP2基因突变存在于精神分裂症患者中，然而该研究只局限于家族成员的研究，研究设计存在选择偏倚，其研究结论需要进一步论证。为了进一步证实MeCP2基因突变参与了精神分裂症的发病机制，2020年，Chen CH等[6]通过对404例精神分裂症患者和390名非精神病对照组，进行了MeCP2基因编码区突变的系统筛查，结果在精神分裂症患者中发现了6个罕见的错义突变(T197M、L201V、L213V、A358T、P376S、P419S)。此外，在1例男性精神分裂症患者中发现了一种新型的双重错义突变，第一个突变机制是G-A核苷酸替换，导致密码子376的氨基酸序列从脯氨酸变为丝氨酸，命名为P376S；第二个突变机制是G-C核苷酸替换，导致419密码子上的氨基酸序列从脯氨酸变为精氨酸，命名为P419R。另外从该男性患者的病史资料中发现，其存在精神疾病家族史，其妹妹同样被诊断为精神分裂症，该患者及其妹妹都表现为典型的阳性精神病性症状，对该男性患者的家庭成员分别进行基因分析，结果发现，在该男性患者的母亲身上可检测到这个双重错义突变体，其母亲表现为轻度的认知缺陷。上诉研究表明，在精神分裂症患者中存在广泛的MeCP2基因不同位点的突变，且该基因突变可通过代际遗传给下一代。

3 不利环境、MeCP2基因与精神分裂症

3.1 尼古丁暴露诱导的MeCP2表观遗传效应增加患精神分裂症的风险 既往研究发现，孕妇若吸食传统香烟或电子香烟，会造成胎儿发育期尼古丁暴露，增加青少年期患精神分裂症的风险[18]。2020年，Bujk JM等[19]模拟怀孕期间尼古丁暴露的代际传播影响，研究发现，孕期暴露于尼古丁的第一代及第二代雌性小鼠的皮质纹状体区域出现DNA甲基转移酶3A(DNA Methyl Transferase 3A，DNMT3A)表达缺陷；同时，在额叶皮质和海马大脑区域发现MeCP2和组蛋白去乙酰化酶2(Histone Deacetylase 2，HDAC2)表达的下调。在此前的研究中发现，产前尼古丁暴露诱导的分子机制变化，与青春期后代小鼠尼古丁偏好、引发多动和冒险行为、扰乱活动的节律性有关[20]。这表明产前尼古丁暴露诱导的DNMT3A、MeCP2、HDAC2表达缺陷与异常的精神行为之间可能存在联系。此外，2017年，Bhave SA等[21]发现，MeCP2基因可调控促肾上腺皮质激素释放激素(Corticot Ropinreleasing Hormone，CRH)基因的表达，从而维持下丘脑-垂体-肾上腺(Hypothalamic-Pituitary-Adrenal，HPA)轴功能正常，而MeCP2基因表达下调，将诱导CRH基因表达增加，导致HPA轴功能失调，HPA轴调节失调和CRH水平升高与包括精神分裂症在内的多种神经发育障碍疾病有关。以上研究结果对MeCP2基因参与诱导精神分裂症的表观遗传效应提供了一种可能的机制。

3.2 产前免疫激活诱导的MeCP2表观遗传效应与精神分裂症有关 既往研究表明，产前暴露于母体免疫激活(Maternal Immune Activation，MIA)是后期发展为精神分裂症的风险因素[22]。2018年，Basil P等[23]研究证实，暴露于产前免疫激活的青春期啮齿动物，在下丘脑区域存在明显的DNA甲基化改变，另外还发现，下丘脑区域MeCP2启动子低甲基化与产前免疫激活有显著关联；有趣的是，早期对其进行n-3多不饱和脂肪酸饮食干预，可以有效减弱这种变化，从而稳定表观基因组。因此，对暴露于母体免疫激活的个体进行早期干预，可能会有效改善其患病的风险。在另外一项研究中发现，产前免疫激活可诱导后代小鼠内侧前额叶皮层GABA能基因(即GAD1和GAD2)的启动子发生甲基化改变，此外产前免疫激活增加了内侧前额叶皮层中MeCP2与GAD1和GAD2启动子区域的结合，且伴随着GAD67 mRNA和GAD65 mRNA表达水平的降低，可能与MeCP2基因诱导的转录抑制有关；与GAD2相比，GAD1启动子的表观遗传修饰与产前免疫激活诱导的工作记忆和社交互动障碍相关[24]。这些研究均提示，产前免疫激活诱导的MeCP2表观遗传效应，可能与产前免疫激活诱导精神分裂症患者异常的精神行为有关。

4 MeCP2基因、BDNF与精神分裂症

BDNF在新生儿发育阶段的神经元存活、分化、生长和维持突触可塑性起重要作用。大脑中BDNF表达水平与认知水平显著相关，然而BDNF的活性依赖表达受到MeCP2基因的严格调控。2020年，Huang L等[14]研究发现，MeCP2基因的过表达抑制了BDNF基因的转录，导致神经2a细胞中BDNF mRNA和蛋白质下调，此外，MeCP2基因的过表达还可以激活S80-MeCP2，并抑制S421-MeCP2、S133-CREB、BDNF和p-TrkB/TrkB在神经2a细胞中的表达比率，从而抑制神经2a细胞中的BDNF/TrkB信号传导通路，该信号通路在突触可塑性、神经发生方面发挥重要作用。既往研究发现，海马与额叶皮质区域内BDNF和/或TrkB的表达下调，可导致依赖于海马与额叶皮质的学习和记忆认知功能障碍。另外研究发现，在缺陷型精神分裂症患者中，其认知功能评分与血清中BDNF水平呈正相关[15，25]。

已知亨廷顿蛋白(HTT)和HTT相关蛋白1(Hap1)影响BDNF基因的产生与转运过程，这两种蛋白质在缺乏MeCP2基因的兴奋性皮层神经元中表达均低于正常水平。2020年，Ehinger Y等[26]通过遗传或药理学方法激活HTT(比如S421位点磷酸化)，可以刺激内源性机制，来促进皮质纹状体网络中的BDNF的运输及改善其突触的连接性，从而维持皮质纹状体突触稳态；通过此干预方式，在外在表征上可以观察到MeCP2基因缺陷小鼠的运动和自主功能明显改善。另一项研究发现，长期缓慢地予以大麻素药物治疗，对处于疾病晚期的MeCP2基因突变小鼠的识别记忆缺陷具有持久而彻底的修复作用，其分子机制在于诱导PI3K-AKT-mTOR信号通路途径正常化，导致MeCP2基因突变小鼠大脑中BDNF和胰岛素样生长因子-1 (Insulin-like Growth Factor-1， IGF-1)表达水平增加[27]。上述研究表明，MeCP2基因的变异可能通过调控BDNF表达水平、抑制BDNF/TrkB信号传导通路，导致大脑中BDNF表达缺陷，从而诱导精神分裂症的认知功能障碍，然而这种变异所带来的负面影响，可以通过遗传及药物等手段进行干预。这可能为MeCP2基因变异引起的缺陷提供潜在的治疗靶点。

5 MeCP2基因、GABA与精神分裂症

GABA是大脑中的主要抑制性神经递质，在精神分裂症的病理生理学中具有重要作用。研究发现，首发精神分裂症患者脑脊液中GABA浓度相对减低，且低水平的GABA浓度与更严重的精神症状和认知缺陷有关[28]。

2018年，Chen CY等[29]研究证实，在MeCP2基因缺失小鼠的孤束核中发现突触受体介导的GABA能传递减少、突触外受体介导的GABA能传递增加，以及GABA能神经元活性普遍降低，表明MeCP2基因的缺失将影响GABA能神经元的活性及传导。在另外两项研究中发现，GABA抑制性神经元中MeCP2基因缺乏改变了启动子GAD1/2的表达，导致神经元GABA含量的改变以及突触生理上的相应改变，从而表现出一系列神经精神表型，包括社会行为、学习/记忆、运动功能、刻板行为等；而作为GABA能神经元的两个最大的亚型神经元即小白蛋白阳性神经元(PV+)和生长抑素阳性神经元(SOM+)，有条件地从这两种亚型神经元中敲除了MeCP2基因后，结果发现，PV+神经元中MeCP2基因缺失的小鼠出现运动、感觉、记忆和社会缺陷，而SOM+神经元中MeCP2基因缺失的小鼠则表现为抽搐发作和刻板印象[30，31]。对MeCP2基因缺失的小鼠进行丙戊酸盐药物干预，结果发现丙戊酸盐可诱导MeCP2基因缺失小鼠的GAD1启动子去甲基化，并显著增加了MeCP2基因缺失小鼠延髓腹外侧中GAD1mRNA表达水平[32]。以上研究表明，MeCP2基因在维持GABA能神经元结构及功能的完整性中发挥重要作用，MeCP2基因的变异将导致GABA能神经元不能正常发挥其功能，从而诱导认知功能障碍等异常的精神行为，然而，这种变异可以通过药物干预来缓解。

6 小结

MeCP2在表观遗传机制领域作为一种转录抑制因子，在中枢神经系统发育过程中扮演着不可或缺的角色。MeCP2突变常见于雷特综合征，目前研究在精神分裂症患者中发现了MeCP2基因多个位点突变，MeCP2基因可通过环境暴露，影响调控BDNF、GABA表达水平诱导产生精神分裂症临床表征。目前的研究结果未充分证实MeCP2基因与精神分裂症的关系，但是，在一定程度上说明，MeCP2基因有可能通过表观遗传机制调控BDNF及GABA表达进而影响患者认知水平。未来的研究也应进一步证实MeCP2基因突变与精神分裂症的内在联系。另外MeCP2基因突变诱导的表观遗传效应可通过外界不同的干预方式来改善，这可能会对未来抗精神病药的研发提供一种新思路。