MECP2在認(rèn)知障礙性疾病中的研究進(jìn)展

楊 燦, 李學(xué)斌，楊皓翔綜述，張彥可，孔慶霞，李秋波審校

甲基CpG結(jié)合蛋白2(methyl-CpG-binding protein 2，MECP2)是大腦中DNA甲基化的主要標(biāo)志物，是一種核蛋白，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要調(diào)控因子。MECP2特異性與二核苷酸5CpG的胞嘧啶甲基化的DNA結(jié)合，能夠參與突觸重塑、神經(jīng)發(fā)育、大腦功能維持、促使行為改變、電位平衡調(diào)節(jié)等神經(jīng)系統(tǒng)生理過程。MeCP2在腦內(nèi)分布有差異性，缺失或過表達(dá)均會導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病，改變機(jī)體社交行為、精神活動等，受到靶基因、激素等反饋調(diào)節(jié)。Rett綜合征(Rett Syndrome，RTT)、MeCP2重復(fù)綜合征(MECP2 Duplication Syndrome，MDS)、胎兒酒精譜系障礙(Fetal Alcohol Spectrum Disorders，F(xiàn)ASD)、孤獨癥譜系障礙(Autistic Spectrum Disorder，ASD)等認(rèn)知障礙性疾病均與MECP2突變有關(guān)，本文對以往研究綜合分析、系統(tǒng)闡述，深入剖析MECP2在認(rèn)知障礙性疾病中的作用，為Rett綜合征、MDS、ASD、FASD治療尋找新的靶點，提供臨床精準(zhǔn)診治。

1 MECP2概述

MECP2基因由4個編碼外顯子和3個內(nèi)含子組成，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及神經(jīng)調(diào)控中發(fā)揮重要的功能。MeCP2蛋白的主要功能結(jié)構(gòu)域有：甲基CpG結(jié)構(gòu)域、轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)構(gòu)域、C末端結(jié)構(gòu)域、域間結(jié)構(gòu)域[1]，參與維持DNA甲基化、轉(zhuǎn)錄、RNA剪接、蛋白質(zhì)翻譯、調(diào)節(jié)染色體結(jié)構(gòu)等[2]。有研究表明，MeCP2過度表達(dá)會抑制TH1細(xì)胞產(chǎn)生干擾素-γ，進(jìn)而引起免疫功能障礙，破環(huán)神經(jīng)-體液-免疫調(diào)節(jié)。MeCP2蛋白廣泛存在于多種組織，在大腦中表達(dá)量最高。MeCP2蛋白作為神經(jīng)染色質(zhì)的主要組成部分[3]，其表達(dá)量在出生時較低，隨著神經(jīng)元成熟和突觸形成而增加[4]，Albizzatl等[5]報道，與星形膠質(zhì)細(xì)胞和未成熟神經(jīng)元相比，MECP2在成熟神經(jīng)元表達(dá)量高。MECP2過表達(dá)或抑制都會產(chǎn)生病理狀態(tài)，這與MDS和RTT的發(fā)病機(jī)制有關(guān)；MECP2在不同神經(jīng)元分布有差異，影響電位興奮/抑制平衡；MeCP2/Rbfox/LASR復(fù)合體影響神經(jīng)元興奮；其靶基因的修飾能夠調(diào)節(jié)ASD行為；MECP2的表達(dá)也受到相關(guān)激素的調(diào)控等等，MECP2在神經(jīng)調(diào)控中發(fā)揮重要功能，對其深入研究，有助于深入了解神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生、發(fā)展、變化、轉(zhuǎn)歸。

2 MECP2與Rett綜合征

Rett綜合征是一種神經(jīng)系統(tǒng)性疾病。本病在患兒6～18個月時發(fā)育正常，隨后出現(xiàn)進(jìn)行性智力減退、言語障礙、運動功能退化、癲癇發(fā)作、呼吸紊亂、神經(jīng)功能障礙、自閉癥表現(xiàn)等[6]，隨著年齡的增長，嚴(yán)重者可能出現(xiàn)類似帕金森的癥狀[7]。男性MECP2突變后，基因功能完全喪失，男性患兒通常在嬰兒期死亡，所以女性的發(fā)病率遠(yuǎn)大于男性。Rett綜合征是女孩智力障礙的第二大病因。目前，MECP2在RTT綜合征中的研究越來越多，其中MECP2基因突變，阻礙MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132通路、導(dǎo)致MeCP2/Rbfox/LASR蛋白復(fù)合體解體，影響突觸傳遞，進(jìn)一步導(dǎo)致癲癇發(fā)作、記憶力減退、自閉癥等表現(xiàn)。

2.1 MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132與Rett綜合征 Rett綜合征的臨床表現(xiàn)與MECP2突變的位置有關(guān)，多數(shù)MECP2突變發(fā)生在外顯子3和外顯子4上，少數(shù)發(fā)生在外顯子1，目前尚沒有報道表明外顯子2突變與RTT發(fā)生有關(guān)[8]。研究發(fā)現(xiàn)，在動物模型中，基因MECP2R168X點突變后，產(chǎn)生的肽鏈缺失甲基化位點，不能折疊形成有活性的結(jié)構(gòu)域，導(dǎo)致無法正確發(fā)揮原有功能[9]。此外，MeCP2 E1和MeCP2 E2是MeCP2研究較多的兩個剪接體，在人腦額葉、海馬、杏仁核和小腦中MeCP2 E1表達(dá)量較E2高[10]。有報道稱，miR132是MeCP2表達(dá)的抑制劑，而腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(Brain-derived neurotrophic factor，BNDF)誘導(dǎo)miR132的表達(dá)，因此，小腦中可能存在MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132的特異性調(diào)節(jié)通路，在RTT動物模型中研究發(fā)現(xiàn)，BNDF的轉(zhuǎn)錄翻譯產(chǎn)物未表現(xiàn)出特異性，因此潛在的調(diào)節(jié)點在于控制BDNF的前體proBDNF蛋白[11]。在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上，MeCP2 E1與proBDNF呈負(fù)相關(guān)，MeCP2 E2與proBDNF呈正相關(guān)，二者均與BDNF無關(guān)[12]。BDNF對microRNA的表達(dá)有促進(jìn)作用，microRNA對MeCP2蛋白的表達(dá)有抑制作用，而MeCP2表達(dá)含量降低會導(dǎo)致RTT的發(fā)生。BNDF與MeCP2 E1/E2同在MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132軸上，MeCP2通過調(diào)節(jié)proBDNF來影響B(tài)DNF，因此，如何通過調(diào)節(jié)MeCP2進(jìn)而調(diào)控BDNF的表達(dá)量，或許成為阻止RTT的發(fā)生或緩解RTT的進(jìn)程的重要研究點。

2.2 MeCP2/Rbfox/LASR復(fù)合體與Rett綜合征 MeCP2是復(fù)合體MeCP2/Rbfox/LASR結(jié)合的重要亞基，MeCP2缺陷會影響復(fù)合體結(jié)構(gòu)[13]。在RTT大鼠模型中，MECP2突變或者缺失會導(dǎo)致MeCP2/Rbfox/LASR復(fù)合體發(fā)生解離，導(dǎo)致Rbfox與前體mRNA結(jié)合能力大大降低，并且導(dǎo)致Neurexin和Neuroligin發(fā)生可變性剪接突變。而Neurexin基因與Neuroligin基因支配突觸的可塑性、發(fā)生、發(fā)育與功能，因此MeCP2/Rbfox/LASR復(fù)合體解離會影響正常的突觸傳遞[13]，進(jìn)而產(chǎn)生RTT的智力減退、癲癇發(fā)作、語言障礙等臨床表現(xiàn)。Vuong等[14]研究報道，Rbfox蛋白的改變會導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，敲除Rbfox1的小鼠特異性表現(xiàn)出癲癇發(fā)作和神經(jīng)元過度興奮。這與臨床研究結(jié)論一致，在癲癇患者中發(fā)現(xiàn)了Rbfox1/3基因的缺失[15]。另外，在自閉癥患者中發(fā)現(xiàn)了Rbfox1基因的缺失、突變和易位。在細(xì)胞模型研究中發(fā)現(xiàn)，MeCP2突變體會使促復(fù)合物Rbfox/LASR凝聚力減弱，MeCP2失去了與Rbfox蛋白相互作用的能力。其中Rbfox2是Rbfox家族成員之一，與MeCP2結(jié)合具有高度特異性，是LASR復(fù)合體的組成部分[16]，通常調(diào)節(jié)剪接突變。綜上所述，復(fù)合體MeCP2/Rbfox/LASR結(jié)構(gòu)的完整性對于RTT臨床癥狀穩(wěn)定性至關(guān)重要，其結(jié)構(gòu)破壞會通過影響復(fù)合體而引起RTT發(fā)生，然而具體通路和機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

3 MECP2與MECP2重復(fù)綜合征

MECP2重復(fù)綜合征是由Xq28間質(zhì)染色體MECP2重復(fù)引起的嚴(yán)重神經(jīng)障礙和發(fā)育退化疾病，通常發(fā)生于男性，MDS的典型癥狀是刻板動作，以手掌、手臂的扭動為主，還包括運動障礙、認(rèn)知障礙、癲癇發(fā)作等。MDS臨床癥狀的嚴(yán)重程度可能與MDS有關(guān)基因序列重復(fù)的長度和特定基因含量有關(guān)[17]，Gao等[18]研究報道，基因RAB39B與基因MECP2相似，位于Xq28間質(zhì)染色體上，編碼神經(jīng)元發(fā)育所需的GTP酶?；騌AB39B與小頭畸形、運動障礙更為密切[19]，RAB39B和MECP2重復(fù)越大，MDS臨床表現(xiàn)越嚴(yán)重。反義寡核苷酸(ASOs)治療可以減少MDS小鼠模型中MeCP2蛋白的數(shù)量，并逆轉(zhuǎn)MDS的其他特征。ASOs在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的優(yōu)勢在于高靶標(biāo)特異性、低毒性、半衰期長和劑量精準(zhǔn)等。Shao等人[20]發(fā)現(xiàn)在小鼠側(cè)腦室里注射ASOs能下調(diào)MECP2的表達(dá)，減輕了部分行為缺陷。ASOs對行為缺陷的改善呈劑量依賴性，并恢復(fù)了全腦MECP2基因的表達(dá)，但是，治療MDS過程中，若MeCP2的量降低到生理水平以下可能會導(dǎo)致RTT癥狀[21]。因此，對于ASOs劑量的控制成為改善MDS小鼠行為缺陷的關(guān)鍵。

MECP2過表達(dá)會導(dǎo)致MDS發(fā)生，引起神經(jīng)系統(tǒng)障礙，但過度抑制MECP2，其表達(dá)降低又會引起Rett綜合征，因此，無論是反義寡核苷酸，亦或是其他藥物，對MECP2表達(dá)量的精準(zhǔn)調(diào)控是治療RTT和MDS的關(guān)鍵，未來研發(fā)針對MECP2靶點治療的藥物時，應(yīng)首先考慮藥物對MECP2在組織中表達(dá)量的動態(tài)調(diào)控。

4 MECP2與孤獨癥譜系障礙

孤獨癥譜系障礙是一種在男性中發(fā)病率較高的神經(jīng)認(rèn)知發(fā)育障礙，也是全球增長速度最快的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一。ASD主要影響患者的社交行為，表現(xiàn)為溝通能力差、興趣狹窄、行為刻板，最終導(dǎo)致發(fā)育遲緩和智力減退[22]，大多數(shù)兒童18個月～3歲時可確診。許多研究表明，ASD是由于胎兒期受到的損傷所致，其中以孕早期最為顯著。神經(jīng)元興奮/抑制失衡可能是ASD發(fā)病原因之一，MECP2在GABA能神經(jīng)元分布較多，對GABA影響更大，缺少MECP2使GABA神經(jīng)元抑制作用降低，興奮/抑制失衡，進(jìn)而可能引起社交障礙、記憶減退、刻板等臨床癥狀[23]，還有實驗報道，在雄性動物海馬中基因MECP2的表達(dá)顯著增加[24]。

MECP2基因抑制或激活作用可能取決于相關(guān)靶基因的翻譯后修飾或者胞嘧啶修飾狀態(tài)，如5-羥甲基胞嘧啶(5-hmC)，在ASD患者的腦中觀察到MECP2啟動子甲基化增加和MeCP2蛋白表達(dá)降低[25]，MeCP2更易與RELN、GAD1的啟動子結(jié)合，這種現(xiàn)象與ASD患者小腦中5-hmC富集水平顯著增加有關(guān)[26]，進(jìn)而促使ASD患者表現(xiàn)出異常行為。在動物模型中研究發(fā)現(xiàn)，MECP2啟動子特異性甲基化后，能下調(diào)MECP2的表達(dá)并誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生自閉癥樣行為，例如社交互動減少、焦慮抑郁增強(qiáng)、記憶力減退等。進(jìn)一步研究表明，特異性增加海馬MECP2啟動子甲基化足以誘導(dǎo)大多數(shù)正常行為向ASD異常行為發(fā)生改變。

綜上所述，MECP2在海馬與皮質(zhì)分布有差異性，海馬中MECP2對行為控制更顯著，并且對神經(jīng)元興奮/抑制平衡產(chǎn)生影響，其靶基因的翻譯后修飾對MECP2激活/抑制作用反饋調(diào)控。進(jìn)一步對MECP2干預(yù)觀察ASD患者的臨床癥狀，能更好地理解MECP2導(dǎo)致ASD的機(jī)制，探尋ASD治療的新靶點。

5 MECP2與胎兒酒精譜系障礙

胎兒酒精譜系障礙是由于母體產(chǎn)前乙醇暴露引起的一系列神經(jīng)系統(tǒng)障礙疾病，表現(xiàn)為特殊面容、生長發(fā)育遲緩、認(rèn)知缺陷、學(xué)習(xí)、記憶和社交障礙等。FASD包括：胎兒酒精綜合征、部分胎兒酒精綜合征、酒精相關(guān)神經(jīng)發(fā)育障礙、酒精相關(guān)出生缺陷。動物研究中發(fā)現(xiàn)，在大腦中酒精最易對海馬區(qū)域造成損傷，表現(xiàn)為神經(jīng)元減少、樹突棘密度減低、神經(jīng)電生理減弱等，這些結(jié)構(gòu)的異常會進(jìn)一步導(dǎo)致學(xué)習(xí)和記憶障礙[27]。以社交障礙為主要臨床表現(xiàn)的FASD患者中，出現(xiàn)了性別差異，通常男性更為嚴(yán)重。對孕期母體乙醇喂養(yǎng)的胎鼠額葉皮質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，雄性小鼠基因MECP2表達(dá)受到抑制，而雌性小鼠表達(dá)正常[28]。研究發(fā)現(xiàn)，在雄性子代的海馬中觀察到MECP2等基因的表達(dá)顯著增加，然而當(dāng)母體在孕期補(bǔ)充低劑量甲狀腺激素時，可以逆轉(zhuǎn)上述基因表達(dá)，同時改善子代成年后的社交障礙。

發(fā)育性酒精暴露會影響表觀基因組調(diào)控因子變化，特別對DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNMT1)、MECP2影響顯著，酒精暴露增加DNMT活性，影響DNMT對MECP2招募，在海馬中使得MECP2轉(zhuǎn)錄抑制、表達(dá)降低[29]，進(jìn)而引起FASD異常行為表現(xiàn)。新的研究表明，DNMT活性增加和MECP2表達(dá)降低可能產(chǎn)生一種特定的表達(dá)模式，二者均會影響神經(jīng)元分化[30]。我們已知酒精干預(yù)會增加DNMT的活性，進(jìn)而影響DNMT對MECP招募作用，因此，對DNMT與MECP2二者相互作用深入研究，可能為FASD的發(fā)病機(jī)制、治療靶點提供新思路。此外，低劑量甲狀腺激素對于FASD患者的社交障礙有緩解作用，甲狀腺激素對于神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育極為重要,必不可少，我們猜測，甲狀腺激素與MECP2二者之間是否存在相互關(guān)系？是否MECP2在下丘腦-垂體-甲狀腺軸也有作用？這些都需要進(jìn)一步深入探究，為FASD診治提供更寬廣的新方法。

6 展 望

甲基CpG結(jié)合蛋白2(MECP2)與神經(jīng)系統(tǒng)生理、病理過程密切相關(guān)。在神經(jīng)正常分化、腦的發(fā)育以及在突觸傳遞、神經(jīng)元放電、興奮/抑制電位平衡過程，都有MECP2的參與，此外，MECP2通過調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)，也參與調(diào)控個體的行為、精神、社交、記憶等高級生理活動。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MECP2多是通過影響突觸傳遞、調(diào)節(jié)電位平衡、調(diào)節(jié)激素、調(diào)控靶基因修飾、維持MeCP2/Rbfox/LASR復(fù)合體結(jié)構(gòu)完整等，進(jìn)而參與RTT、MDS、ASD、FASD等疾病的發(fā)生，引起異常臨床表現(xiàn)，但是，對MECP2在腦組織的定量表達(dá)和不同神經(jīng)細(xì)胞定位差異性精準(zhǔn)調(diào)控，是各種復(fù)雜生理病理過程的基礎(chǔ)。

盡管許多神經(jīng)調(diào)節(jié)通路、作用靶點被發(fā)現(xiàn)，但具體機(jī)制尚不明確，還需要沿著MECP2已知的相關(guān)通路、基因，深入探究新的上下游突變，同時結(jié)合臨床大數(shù)據(jù)、多中心、前瞻性研究等，從基礎(chǔ)和臨床兩個維度去探究MECP2在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用，這樣，能更加客觀、全面對其結(jié)構(gòu)和功能研究，有利于為認(rèn)知障礙性疾病提供新的臨床精準(zhǔn)治療靶點。