精神分裂癥斷裂基因1在精神分裂癥發病機制中的研究進展＊

張 翔 ，盧 楠 ，顏懷城 ，謝 馨 ，肖 嵐

(1.第三軍醫大學學員旅二隊，重慶 400038; 2.第三軍醫大學組織胚胎學教研室，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，發現精神分裂癥斷裂基因1(DISC1)是神經精神疾病的主要致病因素之一[1]。研究者已經成功地在轉基因小鼠、果蠅和斑馬魚中建立了DISC1相關的疾病模型，且在DISC1突變的小鼠身上，發現了與精神疾病相關的行為學和解剖學異常。Leliveld等[2]在散發的病例中發現，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所產生的生物學效應。Tropepe等[3]描述，斑馬魚的DICS1是前腦發育和糖原合成酶激酶3β/β－連環蛋白(GSK3β/β－catenin)信號通路的基礎基因。Mao等[4]在對小鼠的試驗中發現，DISC1可以調節嚙齒動物皮質和齒狀回中神經祖細胞的分化和增生。這些新的研究將會為探討神經精神疾病的發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導致精神疾病的分子基礎

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病的關鍵，并且這種易位導致了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)的新基因的發現卻改變了這一說法，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，而且在其發生易位后，它們仍表達同一種轉錄產物和蛋白質，這一發現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的轉錄產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號染色體的聚合轉錄產物能夠產生新的蛋白質。這種基因的開放式閱讀框架會發生多次剪切，而這些剪切會使異常的轉錄產物發生無義介導降解(nonsense－mediated decay)。來源于衍生11號染色體的轉錄產物編碼了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，一些公認為有致病性的突變被發現。例如，在一個精神分裂癥患者中發現的十分稀有的R37W突變，能夠使DISC1蛋白在線粒體中局限化，并且導致線粒體形態上的畸形[8]。

2 DISC1蛋白的聚合和水解與精神疾病的關系

一組群體遺傳學數據證實，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的病例相關[9]。DISC1蛋白是一個具有4個螺旋結構域的結構蛋白，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構域，這些結構域的丟失影響了蛋白質正常的聚合。當DISC1蛋白在人體內短暫地表達后，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性，并且在DISC1蛋白短暫過度表達的細胞中DISC1蛋白水解產物有多聚化的習性，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。現階段研究者已經證實，人大腦中存在DISC1的羧基端片段，并且在轉基因小鼠中誘導表達的羧基端片段具有潛在的顯性負效應[7]。這些發現提示，DISC1蛋白的水解片段能夠調節細胞活動，并且與全長的DISC1蛋白競爭結合位點。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，有學者已經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聯的精神疾病的很好模型，因為它不僅可幫助分析蛋白質的功能改變，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，結果發現，注射了DISC1靶向反義寡核苷酸(D1MO)的胚胎出現了很明顯的表型異常，包括前腦發育的缺陷和大量軸突生長的欠缺。研究數據表明，DISC1蛋白在Wnt信號通路中發揮作用。在DISC1基因丟失后，前腦表達出現了與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)抑制劑能夠恢復基因的表達;可誘導的β－連環蛋白(β－catenin)能夠恢復因DISC1功能喪失所丟失的表型。由此可見，DISC1可通過GSK3β/β－catenin信號轉導途徑調節細胞中的相關反應。

4 DISC1在神經祖細胞增殖中的作用

精神分裂癥被描述成一種神經發育的障礙，并且神經發育時期的異常能夠導致精神分裂癥的發生。最新的研究發現，DISC1蛋白可以作為一種調控因子在胚胎和成人的神經遺傳病中發揮重要作用。DISC1在胚胎時期的腦室和室下區呈高度表達，而這些區域是神經祖細胞存在的地方，提示DISC1蛋白可能調節了這些細胞的增殖和分化。Mao等通過子宮電穿孔技術，將DISC1相關的RNAi(RNA interference)導入到正在發育中的小鼠皮質中，結果顯示這一操作在很大程度上減少了神經祖細胞的增殖，并且導致了細胞周期的停止和過早的神經分化。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影響神經精神病學的機制中，Mao等[4]發現DISC1蛋白水平的下調能夠抑制Wnt3a刺激神經祖細胞增殖的能力，也提示DISC1蛋白通過作用于Wnt信號途徑抑制祖細胞增殖。總之，DISC1作為一個重要的細胞調劑，可通過Wnt信號途徑來調節神經祖細胞的增殖。

5 展望

現有的研究表明，DISC1在正常大腦發育中起著十分重要的作用。從DISC1基因突變到相關蛋白質的研究，為精神病的病因學提供了參考。隨著DISC1調節信號途徑的發現，針對DISC1的治療措施也會相應出現;而日益成熟的動物模型和飛速發展的細胞生物學，會為精神疾病發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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[11]Brandon NJ，Millar JK，Korth C，et al.Understanding the role of DISC1 in psychiatric disease and during normal development[J].Journal of Neuroscience，2009，29(41):12 768－12 775.