Mol Psychiatry. | 陸軍軍醫大學牛建欽/肖嵐團隊聯合揭示病理性少突膠質前體細胞參與精神分裂癥的機制

精神分裂癥（Schizophrenia）是一種復雜而嚴重的精神疾患，其特征是感知現實的方式受到嚴重損害，出現持續性妄想、幻想、思維混亂及行為異常等，影響到全球約2400萬人。精神分裂癥患者病理變化包括少突膠質細胞分化受損、髓鞘和白質丟失等。

精神分裂癥斷裂基因1（Disrupted-in-schizophrenia-1, DISC1）被認為是精神分裂癥發病的主要易感基因之一，研究發現，DISC1功能障礙參與影響少突膠質細胞前體細胞（oligodendrocyte precursor cells, OPCs）的成熟和髓鞘的形成。此外，DISC1的部分致病單核苷酸突變將導致DISC1的可變剪切增加，其中DISC1-Δ3（缺少外顯子3的剪切體）在精神分裂癥患者中顯著升高，但其致病機制仍不清楚。

2022年9月21日，陸軍軍醫大學牛建欽教授團隊聯合肖嵐教授團隊、曼切斯特大學Alexei Verkhratsky教授團隊合作在Molecular Psychiatry上發表了題為“Pathological oligodendrocyte precursor cells revealed in human schizophrenic brains and trigger schizophrenia-like behaviors and synaptic defects in genetic animal model”的研究論文，揭示了OPCs中DISC1-Δ3表達通過調控Wnt/β-catenin信號通路異常激活與其下游Wif1高表達，參與精神分裂癥發病機制。該研究找到一個臨床干預精神分裂癥的分子靶點—Wif1，并提供了強有力的實驗依據。

結果

精神分裂癥患者OPCs形態異常

首先，研究人員基于臨床樣本率先發現，精神分裂癥（Schizophrenia）患者海馬、前額葉皮層和杏仁核中被NG2標記的少突膠質細胞前體細胞（oligodendrocyte precursor cells, OPCs）的數量無明顯變化，而形態發生改變，表現為更為復雜的肥大形態（圖1）。

圖1精神分裂癥患者OPCs形態異常

DISC1-Δ3鼠模擬精神分裂癥樣表型

DISC1作為精神分裂癥發病的主要易感基因之一，參與調節少突膠質細胞的發育，RNA測序結果顯示，DISC1在人和小鼠OPCs的表達遠高于少突膠質細胞和神經元。此外，對DISC1剪切體分析發現，DISC1-Δ3（缺少外顯子3的剪切體）在精神分裂癥患者腦中表達顯著升高。 基于此，研究者構建NG2^CreERT:DISC1^{exon3 fl/+}小鼠（簡稱DISC1-Δ3鼠，由DISC1^{exon3 flox}鼠與NG2^CreERT鼠雜交獲得，其特點為在不影響DISC1全基因表達情況下，經他莫昔芬誘導可特異性在OPCs中上調DISC1-Δ3的表達），發現OPCs中特異性過表達DISC1-Δ3同樣導致OPCs過度肥大，并伴隨著髓鞘形成減少（圖2a-f），這與精神分裂癥患者腦內OPCs形態類似（圖1）。此外，行為水平上 ，出生后25-36（P25-P36）DISC1-Δ3鼠表現出精神分裂癥樣的感覺運動門控障礙（圖2g-k）。同時，研究者發現DISC1-Δ3鼠海馬CA1區興奮性突觸減少，且少突膠質細胞中DISC1-Δ3表達上調降低了自發興奮性突觸后電流（sEPSC）頻率，增強了自發抑制性突觸后電流（sIPSC）頻率（圖2l-p）。

圖2 DISC1-Δ3模型鼠模擬精神分裂癥樣表型

DISC1-Δ3模型鼠中OPCs異常參與突觸形成缺陷及精神分裂癥

隨后，研究者分析了過度肥大的OPCs與精神分裂癥患者髓鞘丟失的關系，通過他莫昔芬誘導DISC1-Δ3鼠在不同周齡發生OPCs中DISC1外顯子3缺失，發現OPCs中DISC1外顯子3缺失足以誘導突觸功能障礙和精神分裂癥樣行為（圖3a-f）。 接下來，研究者構建OL- DISC1-Δ3鼠（特異性在成熟少突膠質細胞中增強DISC1-Δ3表達）作進一步驗證，發現特異性在P21小鼠海馬OLs中增強DISC1-Δ3表達并未引起類似精神分裂癥的病理變化（圖3g-j）。同時，體外實驗也驗證了DISC1-Δ3 OPCs對神經元的直接影響（圖3k-m）。 這些結果提示了，證明DISC1-Δ3小鼠中的突觸形成缺陷與精神分裂癥樣表型是OPC本身的異常導致，而非髓鞘形成缺陷介導。

圖3 DISC1-Δ3小鼠中的突觸形成缺陷與精神分裂癥樣表型是OPC本身的異常導致，而非髓鞘形成缺陷介導

OPCs參與DISC1-Δ3模型鼠精神分裂癥發生的分子機制

為驗證其分子機制，研究者對急性分離的OPC進行RNA測序，發現在DISC1-Δ3 OPCs中Wnt/β-catenin信號通路過度激活（圖4a,b），這是由于DISC1-Δ3通過Girdin-Akt通路間接抑制GSK3β活性，進而導致Wnt/β-catenin信號通路增加（圖4a-d）。此外，基于臨床樣本，研究者發現精神分裂癥患者海馬區OPCs Wnt下游基因RNF43表達顯著上調，這也印證了精神分裂癥中少突膠質細胞前體細胞Wnt/β-catenin信號通路異常激活（圖4e）。 接下來，研究者借助RNA-seq差異表達分析及分子生物學技術，在精神分裂癥患者和DISC1-Δ3小鼠海馬組織中發現Wif1表達顯著增加（圖4f-j）。并借助體外實驗發現，Wnt/β-catenin過度激活的OPC通過Wif1抑制神經元中非經典Wnt通路，干擾突觸形成（圖4k,l）。

圖4 DISC1-Δ3 OPCs中異常的Wnt/β-catenin異常激活

最后，研究者向P10 DISC1-Δ3鼠海馬CA1注射逆轉錄病毒載體（特異性感染分裂期細胞）攜帶Wif1 shRNA（ROV-U6-shRNA(Wif1)-EF1A(S)-EGFP-3Flag）以特異性下調少突膠質細胞前體細胞中Wif1表達，發現增加了突觸發生（圖5a,b）。同樣地，特異性敲除DISC1-Δ3鼠OPCs中Wif1，亦增強了海馬興奮性突觸形成，并改善了精神分裂癥樣相關行為缺陷（圖6c-i）。這些結果提示了，DISC1-Δ3鼠OPCs中Wnt信號通路異常激活通過調控Wnt抑制劑—Wif1表達量異常增加從而破壞突觸形成，并啟動精神分裂癥的發病機制，下調OPCs中Wif1的表達可恢復DISC1-Δ3鼠突觸形成，改善神經功能。

圖5 下調OPCs中Wif1的表達可改善DISC1-Δ3鼠突觸形成缺陷和行為障礙

結論

本文基于臨床樣本率先發現精神分裂癥患者少突膠質細胞前體細胞（OPCs）形態異常，推測其可作為早期精神分裂癥發病的病理性特征。隨后，通過構建DISC1-Δ3鼠模擬精神分裂癥表型，并借助RNA測序、行為學、病毒載體介導的基因功能丟失技術、分子生物學等多種技術手段發現，DISC1-Δ3 OPCs中Wnt/β-catenin的過度激活與下游Wif1異常高表達，并通過Wif1抑制神經元中非經典Wnt通路，干擾突觸形成，而調控Wif1表達量可改善突觸形成障礙和精神分裂癥相關行為缺陷。該研究找到一個臨床干預精神分裂癥的分子靶點—Wif1，為精神分裂癥的治療提供了新的理論基礎。 陸軍軍醫大學博士生庾光丹與中山大學附屬第七醫院助理研究員蘇一洵為本文共同第一作者。曼切斯特大學Alexei Verkhratsky教授、陸軍軍醫大學肖嵐教授與牛建欽教授（Lead Contact）為本文共同通訊作者。