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时间:2025年12月27日
来源:Journal of Genetics and Genomics

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智力障碍与hnRNPH2 P213L突变相关的髓鞘功能障碍及苯海索治疗机制研究。

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杨娇|潘星宇|赵静荣|滕晓宇|廖晓毅|胡欣宇|王秋|郑丹丹|潘玉香|邓晓辉|谭欣宇|石云石|张旭|鲍岚|王斌
中国广东省珠海市横琴区,广东智能科学与技术研究院,邮编519031

摘要

智力障碍(ID)的发病机制非常复杂。尽管髓鞘功能障碍和白质损伤已被认为是其原因,但将髓鞘形成障碍与认知缺陷联系起来的细胞和分子机制仍大部分未知。在本研究中,我们发现了一种新的异质性核核糖核蛋白H2(HNRNPH2)变异体c.638C>T(p.Pro213Leu)存在于智力障碍患者中。Hnrnph2 P213L敲入小鼠表现出空间学习缺陷,这与HNRNPH2相关的神经发育障碍部分表型重叠。值得注意的是,Hnrnph2 P213L小鼠存在显著的髓鞘形成缺陷,主要是由于少突胶质细胞前体细胞的分化受损。此外,能够增强髓鞘形成的药物苯扎托品可以恢复髓鞘形成,恢复与髓鞘相关的基因表达,并改善认知缺陷,这突显了HNRNPH2 P213L诱导的髓鞘异常在智力障碍发病机制中的作用。从机制上看,P213L突变破坏了hnRNPH2与其靶转录本之间的相互作用,导致与髓鞘形成相关的基因表达下调。综上所述,这些发现揭示了髓鞘功能障碍与智力障碍之间的关键机制联系,为X连锁神经发育障碍的治疗提供了潜在的见解。

引言

智力障碍(ID)是一种常见的神经发育障碍,影响着全球1%–3%的人口,其特征是认知功能受损和适应行为缺陷。ID是一类受遗传和环境因素影响的复杂疾病(Bittles等人,2002年;Stevenson等人,2003年)。致病性基因突变会干扰神经发育过程,导致神经发生、髓鞘形成和突触网络形成异常。先前的神经影像学研究显示,ID患者存在大脑异常,包括灰质体积减少、皮层厚度异常和白质完整性受损(Swanson和Hazlett,2019年;Wong,2019年)。白质损伤通常与脱髓鞘有关,会破坏神经元间的信号传递并影响认知功能。尽管致病机制存在异质性,但最新证据表明,胶质细胞功能障碍,特别是少突胶质细胞介导的髓鞘形成缺陷,在ID的病因中起着关键作用(Shevell,2008年;Filley,2016年)。髓鞘是一种富含脂质的结构,它不仅能够增强神经信号传递,还能通过代谢相互作用支持神经元存活(Emery和Lu,2015年)。髓鞘发育紊乱会损害神经网络同步性,从而导致认知和行为异常(Rowland等人,2023年)。这表明维持髓鞘稳态可能是神经发育过程与ID之间的关键联系。
ID中的髓鞘形成不足越来越受到关注,尤其是在其病理生理学方面,尽管其潜在机制仍大部分不明确。在髓鞘发育过程中,少突胶质细胞生成是一个受多种调控机制严格控制的进程,这些机制包括轴突表面配体、分泌分子和转录因子。有证据表明,ID患者可能影响髓鞘形成的多个阶段,包括少突胶质细胞前体细胞(OPC)的增殖、分化和髓鞘形成(Rowland等人,2023年)。最近的研究进一步表明,髓鞘发育由多层次的分子网络调控,RNA结合蛋白在这一过程中起着关键作用(Doll等人,2020年)。其中,异质性核核糖核蛋白H2(hnRNPH2)因其在RNA剪接、稳定性调控和神经细胞中的亚细胞定位方面的多功能性而受到广泛关注(Dominguez等人,2010年;Mandler等人,2014年)。最新研究强调了hnRNPH2对皮质神经元树突发育的重要贡献(Ma等人,2021年;Ane Korff,2023年)。作为X染色体相关基因HNRNPH2的编码产物,该蛋白的突变已被证实与智力障碍、运动发育迟缓以及在某些情况下与自闭症谱系障碍有关。在33名携带这些突变的患者中,3名患者的MRI显示髓鞘形成延迟,1名患者显示胼胝体(CC)异常(Harmsen等人,2019年;Jepsen等人,2019年;Somashekar等人,2019年;Bain等人,2021年;Kreienkamp等人,2021年;Salazar等人,2021年;White-Brown等人,2021年)。然而,关于ID相关hnRNPH2突变在髓鞘形成中的具体机制仍存在显著的知识空白。
在本研究中,我们系统地探讨了hnRNPH2 P213L突变在ID发病机制中的作用。利用突变小鼠模型,我们证明Hnrnph2 P213L突变通过损害OPC的分化和成熟诱导空间学习缺陷和髓鞘形成障碍。值得注意的是,我们的研究发现,能够增强髓鞘形成的药物苯扎托品可以有效改善Hnrnph2 P213L小鼠的认知缺陷和髓鞘形成不足。转录组分析进一步发现与髓鞘相关的基因表达显著下调,而机制研究证实该突变减弱了hnRNPH2与髓鞘相关转录本之间的相互作用。总体而言,我们的研究强调了hnRNPH2在少突胶质细胞分化和髓鞘形成中的关键作用,为ID的发病机制提供了机制上的见解和潜在的治疗启示。

部分内容

携带Hnrnph2 P213L突变的小鼠表现出认知缺陷

大多数与神经发育障碍(NDDs)相关的hnRNPH2突变发生在核定位信号(NLS)区域的单核苷酸变异上(Bain等人,2021年)。在对中国早期汉族严重智力障碍儿童(智商<40)的全基因组测序分析中(Pan等人,2021年),在男性和女性患者中都检测到HNRNPH2基因(NM_001032393.3:c.638C>T, P213L)的C到T突变,这种突变被认为是潜在的致病性变异(图1A)。值得注意的是,P213

讨论

HNRNPH2已被确定为NDDs的高置信度风险基因,其PY-NLS结构域中的簇状新生变异定义了一种X连锁综合征,包括智力障碍、自闭症和大脑结构异常(Madhok S,2022年)。临床神经影像学研究偶尔发现部分患者存在髓鞘形成延迟或胼胝体发育不良(Bain等人,2021年)。这些观察结果表明,少突胶质细胞功能障碍可能导致了认知缺陷。我们的研究首次证明了hnRNPH2

患者对象

本研究中的受试者来自之前的研究(Pan等人,2021年)。所有参与者均签署了遗传研究的书面知情同意书。本研究的所有程序和方案均符合中国科学院神经科学研究所和脑科学与智能技术国家重点实验室(上海)的规定。共有272名来自上海特殊教育学校的智力障碍儿童参与了本研究

未引用的参考文献

Korff等人,2023年;Madhok S,2022年;Shankar等人,2019年。

数据可用性

批量RNA-seq数据已存入基因表达组数据库(访问号GSE313803)和中国国家生物信息中心的BIG Sub数据库(访问号PRJCA053653)。所有支持本研究结果的数据均可根据合理请求提供给研究人员。

CRediT作者贡献声明

杨娇:原始草案编写、数据整理、正式分析、研究设计、方法学研究、项目管理和可视化。潘星宇赵静荣滕晓宇:概念提出、项目管理。廖晓毅郑丹丹潘玉香邓晓辉谭欣宇:研究实施。胡欣宇王秋:可视化。石云石张旭鲍岚王斌:写作 - 审稿与编辑、监督、资金筹集、概念提出、项目管理。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢中国科学院分子细胞科学卓越中心的Hui Jingyi教授提供的宝贵指导,感谢广东智能科学与技术研究院的刘志雄博士在OPC培养方面的技术协助,以及该研究院提供的神经网络结构和功能分析平台的技术支持。本工作得到了国家自然科学基金等的资助

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