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研究人员构建 Cdkl5492stop小鼠模型研究 CDKL5 截断突变，发现其受 NMD 途径调控致蛋白缺失，为 CDD 研究提供新视角。
在神经发育的奇妙世界里，有一种神秘的基因 —— 细胞周期蛋白依赖性激酶样 5 基因（CDKL5），它一旦发生突变，就会引发 CDKL5 缺陷障碍（CDD）。这是一种严重的神经发育疾病，就像给小天使们的成长之路设置了重重障碍，让他们饱受早期婴儿癫痫性脑病、自闭症谱系障碍和智力残疾等问题的困扰。然而，尽管科学家们已经知道 CDKL5 基因的重要性，可对于 CDD 发病的具体机制，仍然像雾里看花，模糊不清，也一直没有找到有效的治疗方法。尤其是 C 末端截断突变在体内会产生什么样的影响，是让基因功能丧失还是获得新的功能，以及是否存在截断的 CDKL5 蛋白，这些问题都亟待解答。
为了揭开这些谜团，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、上海科技大学生命科学与技术学院等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项意义非凡的研究。他们的研究成果发表在《Neuroscience Bulletin》上，为我们深入了解 CDD 带来了新的曙光。
研究人员在此次研究中主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 CRISPR/Cas9 基因编辑技术构建了 Cdkl5492stop小鼠模型，模拟患者中的 C 末端截断突变；然后，运用多种行为学测试方法，如转棒试验、悬丝试验、旷场试验等，评估小鼠的行为表现；此外，通过蛋白质免疫印迹（Western blot）检测蛋白表达情况，采用聚合酶链式反应（PCR）分析基因表达水平。
研究结果如下：
- 小鼠模型的构建与验证：研究人员精心挑选了 CDD 患者中突变高频位点 —— 外显子 12 中的第 492 位氨基酸，通过 CRISPR/Cas9 技术构建了 Cdkl5492stop小鼠模型。经检测，492stop/Y 小鼠的前脑提取物中，CDKL5 蛋白的表达和功能完全消失，和之前研究中的敲除小鼠类似。
- 行为学异常：492stop/Y 小鼠出现了多种行为缺陷。在运动方面，转棒试验和悬丝试验表明其运动协调能力和学习能力受损；焦虑相关行为测试中，旷场试验和明暗转换试验显示它们焦虑水平增加；社交行为测试里，三腔社交试验和筑巢试验发现其存在社交障碍；恐惧条件反射试验则证明它们的学习和记忆能力下降。
- 自发癫痫与高死亡率：对 492stop/Y 小鼠进行长期视频记录和脑电图（EEG）、肌电图（EMG）监测，发现部分小鼠会出现自发癫痫行为，且死亡率较高。这些癫痫行为具有致死性、突发性和低频性的特点，和其他 Cdkl5 敲除小鼠模型不同。
- 神经元形态改变：分析 492stop/Y 小鼠不同脑区的神经元形态，发现海马 CA1 区锥体神经元的树突棘密度增加，而小脑浦肯野细胞和体感皮层 II/III 层锥体神经元的树突棘密度降低，这表明 CDKL5 在树突棘的成熟和突触功能可塑性方面起着关键作用。
- 蛋白降解机制：研究发现，492stop/Y 小鼠体内 CDKL5 蛋白缺失，并非由于 mRNA 合成受损，而是异常降解导致。进一步研究表明，Cdkl5 受无义介导的 RNA 衰变（NMD）途径调控。构建不同截断位点的细胞系实验显示，当提前终止密码子（PTCs）位于第 763 位氨基酸上游时，CDKL5 蛋白会发生降解，导致 CDKL5 缺陷。抑制 NMD 途径后，CDKL5 的表达会增加。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功构建的小鼠模型，其突变与 CDD 患者的提前终止密码子相似。由于 mRNA 监测和无义介导的衰变导致突变转录本不稳定，进而造成 CDKL5 蛋白缺失，使 492stop/Y 小鼠出现了与疾病相关的表型。这一模型为研究神经系统疾病和探索 CDD 的治疗方法提供了宝贵的工具。此外，研究还发现人类 CDKL5 的突变 mRNA 水平也表现出稳定性降低，说明同样受到 NMD 途径的调控，而且 PTC 的位置对 NMD 至关重要。不过，截断的 CDKL5 蛋白的存在和功能仍存在争议，患者中截断突变的严重程度存在差异，可能与镶嵌现象有关。总体而言，该研究揭示了 CDKL5 缺陷的病理作用，为 CDD 的潜在治疗干预提供了重要的见解。
