LPLAT11/MBOAT7通过调控磷脂酰肌醇重塑保障发育中新皮质放射状胶质细胞完整性

《iScience》：LPLAT11/MBOAT7-driven phosphatidylinositol remodeling ensures radial glial cell integrity in developing neocortex

本研究聚焦MBOAT7缺陷导致小头畸形的机制，通过体内外实验揭示其通过介导磷脂酰肌醇（PI）花生四烯酸化，调控PI(4,5)P2水平，进而维持放射状胶质细胞（RGC）高尔基体形态、顶端E-钙黏蛋白定位及细胞周期进程，最终保障皮质神经元正常生成。该研究为神经发育障碍提供了新的脂代谢视角。

　　

大脑发育过程中，神经前体细胞的精确调控是形成正常皮质结构的关键。放射状胶质细胞（RGC）作为皮质神经元的主要来源，其功能异常会导致小头畸形等严重神经发育障碍。近年来，脂质代谢在脑发育中的作用逐渐受到关注，其中磷脂酰肌醇（PI）因其独特的花生四烯酸富集特性尤为突出。膜结合O-酰基转移酶7（MBOAT7，又称LPLAT11）是催化PI花生四烯酸化的关键酶，其突变在人类和小鼠中均引起小头畸形，但具体机制尚未完全阐明。

为揭示MBOAT7缺陷导致小头畸形的细胞分子机制，研究团队通过构建全身性及神经特异性Mboat7基因敲除小鼠模型，结合细胞生物学、脂质组学和药理学方法，系统分析了胚胎期皮质发育过程中的细胞表型与脂质代谢变化。关键实验技术包括：免疫组织化学与免疫荧光染色（用于细胞标记、凋亡与细胞周期分析）、体内BrdU/IdU标记（细胞周期追踪）、体外皮质半球培养（药理干预评估）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）与超临界流体色谱-质谱联用（SFC-MS）（磷脂及磷酸肌醇定量）、RNA测序（转录组分析）以及子宫内电穿孔（基因功能挽救实验）。

Mboat7 KO小鼠表现为上层神经元减少及皮质凋亡增加

通过免疫标记分析E18.5和P5小鼠皮质分层，发现Mboat7敲除（KO）小鼠皮质II-IV层神经元数量减少约50%，V层神经元减少30%，而VI层神经元无显著变化。凋亡检测显示，E13.5-E15.5阶段KO小鼠皮质中cleaved caspase-3阳性细胞显著增加，且主要分布于RGC（Sox2⁺）及部分IPC（Tbr2⁺），神经元（Ctip2⁺）中未见明显凋亡。

Mboat7缺陷损害RGC向IPC分化并延长细胞周期

BrdU标记实验表明，KO小鼠中RGC（Pax6⁺）向IPC（Tbr2⁺）的分化率降低，直接神经发生（RGC向神经元分化）未受影响。IdU/BrdU双标记结合细胞周期相位分析显示，KO小鼠RGC和IPC的细胞周期总时长延长，其中RGC的M期（尤其是前中期）延长最为显著。进一步通过Aurora B染色证实，KO小鼠RGC的前中期比例增加，且凋亡多发生于G1期未能进入S期的细胞。

E-钙黏蛋白顶端表达异常与RGC顶端脱离

Nestin免疫染色显示KO小鼠RGC顶端纤维排列紊乱，顶端连接减弱。E-钙黏蛋白在E12.5 KO小鼠顶端表面表达降低，而N-钙黏蛋白和ZO-1表达正常；至E13.5，三种连接蛋白表达均下降。子宫内电穿孔过表达E-钙黏蛋白未能挽救KO小鼠顶端定位缺陷，提示其胞内运输障碍。

Mboat7缺陷引起高尔基体形态异常并早于顶端脱离

GM130染色发现，E12.0 KO小鼠RGC的高尔基体由 elongated形态变为 rounded，且此变化早于p-H3⁺RGC的顶端脱离（E12.5）。RNA-seq显示E11.5皮质基因表达无显著差异，提示表型始于E12.0后的脂代谢紊乱。

PI(4,5)P₂水平下降是表型的关键脂质基础

LC-MS/SFC-MS分析显示，KO小鼠皮质中花生四烯酸型PI（如38:4 PI）减少，非花生四烯酸型PI增加；总PI(4,5)P₂水平自E12.5起下降，而PI和PI4P总量不变。PI(4,5)P₂免疫染色及成像MS进一步验证其降低。药理学抑制PI4P 5-激酶γ（PIPKIγ）或LPLAT11活性（分别用UNC3230和Sevenin-1）可模拟KO小鼠的高尔基体变圆及E-钙黏蛋白表达下降，且Sevenin-1对Mboat7 KO皮质无附加影响，表明表型依赖于LPLAT11酶活。

神经特异性敲除小鼠重现全身性表型

通过Sox1-Cre介导的神经特异性Mboat7敲除（Mboat7-Sox1-KO）小鼠，证实皮质细胞自主性Mboat7缺陷足以引起小头畸形、RGC凋亡、高尔基体变圆及PI(4,5)P₂降低，且 postnatal致死，排除外周脂代谢干扰。

本研究阐明MBOAT7通过调控PI花生四烯酸化，维持PI(4,5)P₂水平，从而保障RGC高尔基体形态、极性及细胞周期进程，最终促进正常神经发生。研究不仅揭示了脂质重塑在皮质发育中的核心作用，还为MBOAT7相关小头畸形的治疗提供了潜在靶点（如补充花生四烯酸或激活PIPKIγ）。