精神分裂症近期发作与慢性期患者神经元来源细胞外囊泡中microRNA表达谱的差异性研究

《Schizophrenia》：Distinct microRNA profiles in neuron-derived extracellular vesicles between recent-onset and chronic-phase schizophrenia

本研究针对精神分裂症（Schizophrenia）发病关键窗口期（近期发作）的分子机制研究难题，通过富集血浆神经元来源细胞外囊泡（NEVs），系统比较了近期发作（ROS）与慢性期（CS）患者NEVs中microRNA（miRNA）表达谱。研究发现ROS阶段存在17个差异表达miRNA，而CS阶段仅2个，提示miRNA动态变化在疾病早期尤为显著；功能分析揭示ROS期miRNA主要调控神经投射发育等神经发育过程，CS期则与突触可塑性调节相关。研究证实hsa-miR-143-3p对ROS具有极高诊断价值（AUC=0.933），为精神分裂症的早期诊断和神经发育异常机制研究提供了新视角。

　　

精神分裂症是一种复杂的神经发育障碍，其症状通常在青春期晚期和成年早期出现，这一时期恰好是大脑成熟的关键阶段。尽管越来越多的证据表明，microRNA（miRNA）——一类小的非编码RNA，在神经发育和突触连接中扮演关键角色——与精神分裂症的病理生理学有关，但直接研究活体人脑在该疾病关键发病窗口期的分子变化极具挑战性。传统的尸脑研究无法捕捉疾病动态发展的过程，而外周血样本虽然易于获取，但其成分复杂，难以反映大脑特异性的变化。因此，开发一种能够无创、特异地反映大脑内部分子状态的研究工具，对于理解精神分裂症的发病机制至关重要。

近年来，细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）尤其是神经元来源的细胞外囊泡（Neuron-Derived Extracellular Vesicles, NEVs）的出现为解决这一难题带来了希望。这些由细胞释放的脂质双层囊泡携带了来源细胞的蛋白质、核酸等分子信息，如同细胞的“分子信件”。通过使用神经元特异性表面标志物（如L1CAM）从血浆中富集NEVs，研究人员有望间接“窥探”大脑内部的分子活动。发表在《Schizophrenia》杂志上的这项研究，正是利用这一前沿技术，首次系统比较了精神分裂症近期发作（Recent-Onset Schizophrenia, ROS，指发病5年内）患者和慢性期（Chronic-Phase Schizophrenia, CS，指发病15年以上）患者NEVs中的miRNA表达谱，旨在揭示疾病不同阶段的特异性分子特征及其潜在的生物学意义。

为开展本研究，研究人员主要应用了几项关键技术：1. 从东京都立松泽医院招募了近期发作（ROS, n=14）和慢性期（CS, n=8）精神分裂症患者以及年龄、性别匹配的健康对照（CROS, n=15; CCS, n=8），采集其外周血血浆样本。2. 使用ExoQuick试剂从血浆中分离总EVs，并通过纳米颗粒追踪分析（NTA）和透射电子显微镜（TEM）对其进行表征。3. 利用L1CAM抗体通过免疫沉淀法从总EVs中富集NEVs，并通过抗体芯片验证其神经元标志物（如L1CAM, ENO2, MAPT）和外泌体标志物（CD81, TSG101）的表达。4. 从NEVs中提取RNA，进行小RNA测序（small RNA-seq），并使用生物信息学方法进行差异表达分析、功能富集分析（Gene Ontology, GO）以及诊断效能评估（如受试者工作特征曲线下面积AUC计算）。

研究结果

NEV富集与验证

研究人员首先证实了从血浆中成功分离并富集了NEVs。NTA显示总EVs的粒径分布峰值在162±9.9 nm，TEM观察到了典型的囊泡形态。对L1CAM+ NEVs富集物的抗体芯片分析显示，其富含外泌体标志物CD81和TSG101以及神经元标志物L1CAM、ENO2和MAPT，而内质网标志物CANX为阴性，表明NEVs富集成功且细胞碎片污染较少。

NEVs中miRNA的组织来源估计

对NEVs中小RNA测序数据进行分析，在45个样本中共检测到2884个miRNA，其中128个在超过75%的样本中稳定表达。这些miRNA中包含已知的脑特异性miRNA，如miR-134和miR-128。进一步对这128个miRNA的预测靶基因进行组织特异性富集分析，发现这些基因在前额叶皮层、中脑、扣带回等脑区显著富集，有力地支持了NEVs中miRNA的神经元来源。

miRNA差异表达分析

差异表达分析揭示了疾病不同阶段的特异性miRNA变化。在ROS组与CROS对照组比较中，共有17个miRNA存在显著差异表达（错误发现率FDR < 5%，且倍数变化>2或<0.5），其中10个上调，7个下调。与之形成鲜明对比的是，在CS组与CCS对照组比较中，仅发现2个miRNA（hsa-miR-184和hsa-let-7c-5p）显著下调。值得注意的是，hsa-miR-184在ROS和CS组中均下调，提示它可能在精神分裂症的整个疾病进程中持续发挥作用。此外，研究发现hsa-miR-122-5p和hsa-miR-193a-5p的表达分别与苯二氮卓受体激动剂催眠药和抗抑郁药的剂量相关，因此在后续分析中被排除。

miRNA作为近期发作精神分裂症生物标志物的性能

研究人员评估了15个与药物剂量无关的差异表达miRNA对ROS的诊断潜力。通过单变量逻辑回归和5折交叉验证，发现下调的hsa-miR-143-3p表现出最高的诊断效能，其AUC值高达0.933（95% CI: 0.803-1.00），灵敏度为100%，特异性为93.3%，准确度为96.6%，表明其作为ROS诊断生物标志物的巨大潜力。

miRNA的功能分析

为了理解差异表达miRNA的生物学意义，研究团队对它们的预测靶基因进行了GO分析，并特别关注了这些靶基因在谷氨酸能神经元、GABA能神经元和星形胶质细胞中的功能。

在ROS组，差异miRNA的靶基因显著富集在与神经发育密切相关的生物学过程上，包括神经元投射发育、轴突发生、树突发育以及突触组织等。这表明在疾病发作初期，miRNA的失调可能主要影响了神经环路的形成和精细化。

在CS组，尽管差异miRNA数量很少，但其靶基因主要与内质网-核信号通路（ER-nucleus signaling pathway）和突触后膜神经递质受体水平的调节等过程相关。这些过程更多地涉及细胞应激反应和突触稳态的维持，反映了慢性期疾病病理的持续性变化。

研究结论与意义

本研究首次利用血浆NEVs平台，系统描绘了精神分裂症近期发作期和慢性期患者大脑来源的miRNA表达谱。研究发现，miRNA的异常在近期发作阶段远比慢性阶段显著和复杂，这强烈提示疾病的早期（发病后5年内）是一个分子变化尤为活跃的关键窗口期，与精神分裂症的神经发育假说高度吻合。该时期miRNA的失调可能通过影响神经投射发育、突触形成等关键过程，参与了疾病的发生。

研究的另一个重要发现是鉴定出hsa-miR-143-3p作为区分近期发作精神分裂症患者与健康对照的强效潜在生物标志物，为精神分裂症的早期、无创诊断提供了新的希望。功能分析进一步揭示了疾病不同阶段可能存在的差异化病理机制：近期发作阶段以神经发育异常为主，而慢性阶段则可能更侧重于突触功能维持和细胞应激应答的失调。

当然，本研究也存在一些局限性，例如样本量较小、L1CAM富集方法的特异性有待进一步提高、慢性期组缺乏女性参与者等。然而，它无疑凸显了NEVs作为一种强大的、微创的“液体活检”工具，在探索精神分裂症等脑部疾病分子机制方面的巨大价值。未来的研究需要在更大的队列中验证这些发现，并探索这些特异性miRNA能否成为新的治疗靶点。这项研究为理解精神分裂症的神经生物学基础打开了新的窗口，推动该领域向更早期干预和精准诊疗的方向迈进。