顯微鏡應用：DISC-Δ3可變剪切抑制興奮性突觸生長導致精神分裂癥
陸軍軍醫大學的博士生庾光丹與
中山大學附屬第七醫院助理研究員蘇一洵
精神分裂癥（Schizophrenia）是一種復雜的神經精神疾病，癥狀包括幻覺，妄想與難以清晰思考等，在全球300人中即可確診一例[1]。DISC1（Disrupted-in-schizophrenia-1, DISC1）是較為明確的精神分裂癥風險基因之一[2, 3]。
研究發現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）在精神分裂癥病人中顯著升高[4]，但其致病機制仍不清楚。功能上，DISC1除了可調控神經元功能，也在膠質細胞中發揮重要作用，如DISC1可調控少突膠質前體細胞的分化[5]。RNA測序數據顯示，DISC1在人與小鼠的少突膠質前體細胞中高度表達[6, 7]。
長期以來，少突膠質前體細胞（OPC）僅被認為是作為少突膠質細胞的前體，進行髓鞘再生，課題組近期研究也發現了OPC在神經精神疾病中獨立于髓鞘之外的新作用[8]。然而，OPC中DISC1可變剪切的作用以及在精神分裂癥中是否參與了疾病的發生發展，仍需進一步研究。
2022年9月21日，陸軍軍醫大學牛建欽教授團隊在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。
該論文利用精神分裂癥病人組織樣本，發現精神分裂癥病人的不同腦區中OPC都呈現出異常的復雜形態，并且這種OPC的異常形態在作者構建的在OPC中增強DISC1-Δ3表達的小鼠中得以復現。
作者進一步證實，這種DISC1-Δ3增強表達的異常OPC，而非少突膠質細胞或髓鞘化異常，驅動了精神分裂癥發生。OPC中DISC1-Δ3的表達促使了細胞內Wnt/β-catenin通路的過度激活，導致下游Wif1的表達增強。Wif1作為Wnt配體的拮抗蛋白，抑制神經元的非經典Wnt通路，導致了興奮性突觸形成減少，神經元興奮性突出后電位幅度降低。
在OPC特異表達DISC1-Δ3的模型小鼠中敲低或敲除OPC中Wif1的表達，可挽回小鼠的突觸生長抑制以及小鼠的精神分裂癥癥狀。論文揭示了OPC中DISC1-Δ3表達在精神分裂癥中的致病機制，提出Wif1為潛在的藥物靶點。
論文作者圍繞精神分裂癥中OPC的作用進行了探索，并首先關注了精神分裂癥病人中OPC的組織學變化。在病人的海馬、皮層、以及杏仁核樣本中通過OPC標記物NG2染色發現，精神分裂癥病人中OPC的數量沒有發生變化，然而OPC的展現出更為復雜的形態（圖2）。
圖2 精神分裂癥病人中少突膠質前體細胞的異常復雜形態
為模擬病人腦中的病理改變，作者構建了DISC1-exon3-flox小鼠，與NG2-CreERT小鼠交配得到NG2-CreERT:DISC1-exon3-flox/+小鼠（以下簡稱DISC1-Δ3小鼠），可在OPC中特異增強DISC1-Δ3的表達。在出生第25天（P25）的免疫組化檢測顯示，DISC1-Δ3小鼠展現出與病人同樣的OPC形態復雜化，同時也伴隨髓鞘形成減少。
有趣的是，DISC1-Δ3小鼠同樣展現出精神分裂癥癥狀，以及病人中類似的興奮性突觸減少[9, 10]（圖3）。作者進一步設計實驗，證明DISC1-Δ3小鼠中的突觸形成缺陷與神經精神癥狀是OPC本身的異常導致，而非髓鞘形成缺陷介導。
圖4 DISC1-Δ3 OPC中Wnt/β-catenin異常激活
作者進一步分析RNA測序數據發現，DISC1-Δ3 OPC中一系列分泌蛋白的表達升高，尤其Wnt/β-catenin信號通路下游的Wif1，并通過免疫熒光等一系列實驗驗證。同樣的，精神分裂癥病人樣本中Wif1免疫染色的信號也顯著提高。Wif1可通過與Wnt配體結合，阻止它們與受體的互作，從而抑制細胞的Wnt下游通路激活。作者分離了DISC1-Δ3小鼠中海馬神經元，發現其中非經典Wnt信號通路受到了抑制。
體外實驗發現，Wif1處理的確可以抑制神經元的非經典Wnt通路，伴隨突觸形成減少。作者進一步特異敲低或敲除了DISC1-Δ3小鼠OPC中WIF1，發現可挽救DISC1-Δ3小鼠中海馬的興奮性突觸形成以及精神分裂癥相關行為缺陷（圖5）。
圖5 OPC來源的Wif1介導DISC1-Δ3小鼠的興奮性突觸缺陷與精神分裂癥相關行為產生
綜上所述，該研究發現了DISC1-Δ3可變剪切體在OPC中的增強表達模擬了病人中的異常OPC形態，并足以導致突觸形成缺陷與精神分裂癥癥狀。DISC1-Δ3導致OPC中Wnt/β-catenin的過度激活與下游Wif1過表達，從而通過抑制神經元中非經典Wnt通路，抑制突觸形成。這些研究發現為精神分裂癥的治療提供了新的理論基礎與新靶點。
文章中精神分裂組和對照組的海馬區域神經突觸的電流記錄，使用了Olympus BX51WI結合電生理設備進行了可視化記錄，并使用Olympus激光掃描共聚焦顯微鏡FV3000采集神經元突觸。這套Olympus FV3000配置了60X 超高分辨率OHR系列專用物鏡，其數值孔徑高達1.5，OHR系列物鏡是在獲得高數值孔徑高分辨率的同時，兼顧了高平場性和復消色差校正，確保量化數據更為直觀準確。
左下：Olympus 研究級全玻片掃描系統 VS200
右上：Olympus 專業物鏡
右下：Olympus BX51WI
陸軍軍醫大學的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。
2. Sachs, N.A., et al., A frameshift mutation in Disrupted in Schizophrenia 1 in an American family with schizophrenia and schizoaffective disorder. Mol Psychiatry, 2005. 10(8): p. 758-64.
3. Hennah, W., et al., DISC1 association, heterogeneity and interplay in schizophrenia and bipolar disorder. Mol Psychiatry, 2009. 14(9): p. 865-73.
4. Ma, L., et al., Cloning and characterization of Disc1, the mouse ortholog of DISC1 (Disrupted-in-Schizophrenia 1). Genomics, 2002. 80(6): p. 662-72.
5. Vasistha, N.A., et al., Familial t(1;11) translocation is associated with disruption of white matter structural integrity and oligodendrocyte-myelin dysfunction. Mol Psychiatry, 2019. 24(11): p. 1641-1654.
6. Lake, B.B., et al., Integrative single-cell analysis of transcriptional and epigenetic states in the human adult brain. Nat Biotechnol, 2018. 36(1): p. 70-80.
7. Zhang, Y., et al., An RNA-sequencing transcriptome and splicing database of glia, neurons, and vascular cells of the cerebral cortex.J Neurosci, 2014. 34(36): p. 11929-47.
8. Wang, Y., et al.,Reduced Oligodendrocyte Precursor Cell Impairs Astrocytic Development in Early Life Stress. Adv Sci (Weinh), 2021.8(16): p. e2101181.
9. Gao, R. and P. Penzes, Common mechanisms of excitatory and inhibitory imbalance in schizophrenia and autism spectrum disorders. Curr Mol Med, 2015. 15(2): p. 146-67.
10. Canitano, R. and M. Pallagrosi, Autism Spectrum Disorders and Schizophrenia Spectrum Disorders: Excitation/Inhibition Imbalance and Developmental Trajectories. Front Psychiatry, 2017. 8: p. 69.
