精神分裂癥斷裂基因1在精神分裂癥發(fā)病機制中的研究進展＊

張 翔 ，盧 楠 ，顏懷城 ，謝 馨 ，肖 嵐

(1.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)員旅二隊，重慶 400038; 2.第三軍醫(yī)大學(xué)組織胚胎學(xué)教研室，重慶 400038)

Clair等在研究1個患有精神疾病的大樣本蘇格蘭家族中1號和11號染色體之間的平衡易位時，發(fā)現(xiàn)精神分裂癥斷裂基因1(DISC1)是神經(jīng)精神疾病的主要致病因素之一[1]。研究者已經(jīng)成功地在轉(zhuǎn)基因小鼠、果蠅和斑馬魚中建立了DISC1相關(guān)的疾病模型，且在DISC1突變的小鼠身上，發(fā)現(xiàn)了與精神疾病相關(guān)的行為學(xué)和解剖學(xué)異常。Leliveld等[2]在散發(fā)的病例中發(fā)現(xiàn)，細胞中DISC1蛋白多聚化和異常折疊可能會引起精神疾病，從而使人們能夠在分子水平和生物整體水平上分析DISC1所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)。Tropepe等[3]描述，斑馬魚的DICS1是前腦發(fā)育和糖原合成酶激酶3β/β－連環(huán)蛋白(GSK3β/β－catenin)信號通路的基礎(chǔ)基因。Mao等[4]在對小鼠的試驗中發(fā)現(xiàn)，DISC1可以調(diào)節(jié)嚙齒動物皮質(zhì)和齒狀回中神經(jīng)祖細胞的分化和增生。這些新的研究將會為探討神經(jīng)精神疾病的發(fā)病機制和治療方法提供思路，筆者在此作如下介紹，僅供參考。

1 DISC1導(dǎo)致精神疾病的分子基礎(chǔ)

在患有精神疾病的蘇格蘭家庭中，患者1號和11號染色體的平衡易位無疑是發(fā)病的關(guān)鍵，并且這種易位導(dǎo)致了DISC1基因的斷裂[1]。早期對其易位點的克隆研究提示，1號染色體上的DISC1基因與11號染色體上的基因沙漠(gene desert)產(chǎn)生易位[5]，而最近一種叫做DISC1聚合體1(DISC1 fusion partner 1，DISC1FP1)的新基因的發(fā)現(xiàn)卻改變了這一說法，11號染色體的易位造成了這個基因的斷裂。DISC1和DISC1FP1處于同一個位點，而且在其發(fā)生易位后，它們?nèi)员磉_同一種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和蛋白質(zhì)，這一發(fā)現(xiàn)提示這種疾病機制可能不僅僅是因為基因的斷裂那么簡單[6]。

DISC1/DISC1FP1的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能夠從易位攜帶者的類淋巴細胞系衍生染色體中分離出來。由于DISC1FP1外顯子的剪切，來源于衍生1號染色體的聚合轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能夠產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)。這種基因的開放式閱讀框架會發(fā)生多次剪切，而這些剪切會使異常的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物發(fā)生無義介導(dǎo)降解(nonsense－mediated decay)。來源于衍生11號染色體的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編碼了DISC1的羧基端片段，而此片段可以干擾小鼠中正常DISC1蛋白的功能[7]。

除了易位之外，通過對患者DISC1外顯子的測序，一些公認(rèn)為有致病性的突變被發(fā)現(xiàn)。例如，在一個精神分裂癥患者中發(fā)現(xiàn)的十分稀有的R37W突變，能夠使DISC1蛋白在線粒體中局限化，并且導(dǎo)致線粒體形態(tài)上的畸形[8]。

2 DISC1蛋白的聚合和水解與精神疾病的關(guān)系

一組群體遺傳學(xué)數(shù)據(jù)證實，在正常人中也存在DISC1蛋白，而DISC1蛋白的異常聚合與一些散發(fā)的病例相關(guān)[9]。DISC1蛋白是一個具有4個螺旋結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)蛋白，其翻譯后修飾包括磷酸化、類泛素化修飾、多聚化和蛋白質(zhì)水解，而其不正常的多聚化可能是影響其功能的主要因素。Leliveld等[10]也描述了上述蘇格蘭家族中DISC1的羧基端片段可能存在同聚化和二聚化的結(jié)構(gòu)域，這些結(jié)構(gòu)域的丟失影響了蛋白質(zhì)正常的聚合。當(dāng)DISC1蛋白在人體內(nèi)短暫地表達后，將會裂解成不可溶的聚集體(aggresomes)，而這些不可溶的DISC1蛋白與精神疾病具有相關(guān)性，并且在DISC1蛋白短暫過度表達的細胞中DISC1蛋白水解產(chǎn)物有多聚化的習(xí)性，然而DISC1蛋白是否能被蛋白酶水解成有生理功能的小片段尚未清楚?，F(xiàn)階段研究者已經(jīng)證實，人大腦中存在DISC1的羧基端片段，并且在轉(zhuǎn)基因小鼠中誘導(dǎo)表達的羧基端片段具有潛在的顯性負(fù)效應(yīng)[7]。這些發(fā)現(xiàn)提示，DISC1蛋白的水解片段能夠調(diào)節(jié)細胞活動，并且與全長的DISC1蛋白競爭結(jié)合位點。因此，DISC1蛋白的水解和DISC1多聚化為解釋未突變的DISC1基因如何表達提供了可參考的思路。

3 利用斑馬魚模型對DISC1蛋白的功能進行分析

目前，有學(xué)者已經(jīng)使用斑馬魚模型來分析DISC1的功能。斑馬魚是分析與基因相關(guān)聯(lián)的精神疾病的很好模型，因為它不僅可幫助分析蛋白質(zhì)的功能改變，而且能快速地分析基因突變。斑馬魚的DISC1蛋白在胚胎中樞系統(tǒng)中表達活躍。為了研究胚胎時期DISC1蛋白的作用，Brandou等[11]向胚胎中注射了嗎啉代反義寡核苷酸(MOs)，用以削減胚胎時期的基因表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，注射了DISC1靶向反義寡核苷酸(D1MO)的胚胎出現(xiàn)了很明顯的表型異常，包括前腦發(fā)育的缺陷和大量軸突生長的欠缺。研究數(shù)據(jù)表明，DISC1蛋白在Wnt信號通路中發(fā)揮作用。在DISC1基因丟失后，前腦表達出現(xiàn)了與Wnt8b缺失相似的改變;在Wnt信號通路中，DISC1功能的降低也減少了報道基因的表達;在DISC1喪失功能的突變種中，使用糖原合成酶激酶－3β(GSK3β)抑制劑能夠恢復(fù)基因的表達;可誘導(dǎo)的β－連環(huán)蛋白(β－catenin)能夠恢復(fù)因DISC1功能喪失所丟失的表型。由此可見，DISC1可通過GSK3β/β－catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)細胞中的相關(guān)反應(yīng)。

4 DISC1在神經(jīng)祖細胞增殖中的作用

精神分裂癥被描述成一種神經(jīng)發(fā)育的障礙，并且神經(jīng)發(fā)育時期的異常能夠?qū)е戮穹至寻Y的發(fā)生。最新的研究發(fā)現(xiàn)，DISC1蛋白可以作為一種調(diào)控因子在胚胎和成人的神經(jīng)遺傳病中發(fā)揮重要作用。DISC1在胚胎時期的腦室和室下區(qū)呈高度表達，而這些區(qū)域是神經(jīng)祖細胞存在的地方，提示DISC1蛋白可能調(diào)節(jié)了這些細胞的增殖和分化。Mao等通過子宮電穿孔技術(shù)，將DISC1相關(guān)的RNAi(RNA interference)導(dǎo)入到正在發(fā)育中的小鼠皮質(zhì)中，結(jié)果顯示這一操作在很大程度上減少了神經(jīng)祖細胞的增殖，并且導(dǎo)致了細胞周期的停止和過早的神經(jīng)分化。然而，DISC1在細胞中過度表達能夠造成截然相反的表型，說明神經(jīng)祖細胞的分化是由細胞中DISC1的表達量所決定的[4]。

在研究 DISC1影響神經(jīng)精神病學(xué)的機制中，Mao等[4]發(fā)現(xiàn)DISC1蛋白水平的下調(diào)能夠抑制Wnt3a刺激神經(jīng)祖細胞增殖的能力，也提示DISC1蛋白通過作用于Wnt信號途徑抑制祖細胞增殖?？傊珼ISC1作為一個重要的細胞調(diào)劑，可通過Wnt信號途徑來調(diào)節(jié)神經(jīng)祖細胞的增殖。

5 展望

現(xiàn)有的研究表明，DISC1在正常大腦發(fā)育中起著十分重要的作用。從DISC1基因突變到相關(guān)蛋白質(zhì)的研究，為精神病的病因?qū)W提供了參考。隨著DISC1調(diào)節(jié)信號途徑的發(fā)現(xiàn)，針對DISC1的治療措施也會相應(yīng)出現(xiàn);而日益成熟的動物模型和飛速發(fā)展的細胞生物學(xué)，會為精神疾病發(fā)病機制的進一步研究提供新的手段和方法，同時也會為治療這些疾病提供思路。

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