AS3MTd2d3异构体：揭开精神分裂症早期神经发育异常的关键 “钥匙”

为探究精神分裂症（SZ）与 AS3MTd2d3异构体的关联机制，研究人员构建 AS3MTd2d3-Tg 小鼠模型开展研究。结果发现该异构体影响神经发育，导致小鼠脑室扩大、行为异常等。这为解释 SZ 早期病理特征提供依据，助力相关研究。

　　

精神分裂症（Schizophrenia，SZ）作为一种严重的精神障碍，如同隐藏在大脑中的 “恶魔”，影响着全球约 1% 的人口。患者常出现认知、情感及社交方面的缺陷，同时大脑结构也会发生改变，比如脑室扩大。然而，其背后的具体发育过程和分子机制却如同迷雾一般，一直未被完全揭开。众多全基因组关联研究表明，AS3MT（arsenite methyltransferase，亚砷酸盐甲基转移酶）基因的遗传变异与 SZ 密切相关，特别是 AS3MT^d2d3异构体的表达增加。但这个异构体在大脑发育过程中究竟扮演着怎样的角色，此前却鲜有人探究。为了深入了解 SZ 的发病机制，来自 Pohang University of Science and Technology（POSTECH）的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在动物模型构建方面，他们将小鼠 As3mt 基因 1 - 306 碱基对缺失的 cDNA 插入特定载体，并与 Emx1 - Cre 小鼠杂交，建立了 AS3MT^d2d3条件性过表达的转基因小鼠模型（AS3MT^d2d3-Tg）。在细胞和分子层面分析时，运用了单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）和单细胞核 RNA 测序（snRNA - seq）技术，以探究细胞组成和转录组变化。同时，通过免疫组织化学（IHC）、免疫印迹（Immunoblotting）等实验，对蛋白表达和定位进行研究。此外，还利用蛋白质结晶和结构测定技术，解析 AS3MT 蛋白结构。

研究结果如下：

• AS3MT^d2d3-Tg 小鼠脑室扩大：研究人员利用原位杂交技术检测发现，在人 42 天的前脑类器官（hFOs）中，SOX2⁺神经祖细胞（NPCs）的 AS3MT^d2d3表达显著高于 TUBB3⁺未成熟神经元。构建的 AS3MT^d2d3-Tg 小鼠模型经检测，成年后其大脑侧脑室增大，而大脑皮层体积无明显变化。
• AS3MT^d2d3-Tg 小鼠出现 SZ 相关行为缺陷：对 10 - 12 周龄的 AS3MT^d2d3-Tg 小鼠进行多种行为学测试。在预脉冲抑制（PPI）测试中，小鼠对预脉冲的抑制作用降低，表明感觉门控受损；在三室社交互动测试中，小鼠对陌生小鼠无明显偏好，嗅闻陌生小鼠的时间也显著减少，社交行为异常；但在 Y 迷宫测试中，其工作记忆未出现明显缺陷，在旷场实验和高架十字迷宫测试中，焦虑样行为也与对照组相似。
• AS3MT^d2d3-Tg 小鼠大脑兴奋性神经元组成改变：通过对成年 AS3MT^d2d3-Tg 小鼠和对照小鼠大脑进行 snRNA - seq 分析，发现 AS3MT^d2d3-Tg 小鼠大脑中兴奋性神经元的比例发生改变，尤其是在皮层 2/3 层（以 Cux2 和 Calb1 为标记），Tshz2⁺神经元数量显著减少。免疫组化实验进一步验证了这一结果。
• AS3MT^d2d3表达干扰神经干细胞（NSC）命运：scRNA - seq 分析 E15.5 的 AS3MT^d2d3-Tg 小鼠和对照小鼠胚胎大脑皮层发现，AS3MT^d2d3-Tg 小鼠神经元发育路径出现差异，细胞过早分化，神经祖细胞池过早耗尽。体内电穿孔实验和 hFOs 实验也证实了 AS3MT^d2d3会诱导 NSC 过早分化。
• AS3MT^d2d3定位于中心体并促进胚胎神经发生中的不对称分裂：研究发现，与 AS3MT^full主要分布在细胞质不同，AS3MT^d2d3在中心体有更强的信号。在 AS3MT^d2d3表达的细胞中，有丝分裂纺锤体定向发生改变，水平分裂增多，导致不对称分裂频率增加。此外，还发现 AS3MT^d2d3与中心体相关蛋白 NPM1 相互作用，影响微管组织和染色体分离。
• AS3MT^d2d3暴露的疏水残基驱动中心体定位和纺锤体错向：通过蛋白质结构分析和突变实验，发现 AS3MT^d2d3因 N 端缺失暴露的疏水残基（如 V129 和 F131）对其中心体定位至关重要。在人源类器官实验中，突变这些疏水残基后，AS3MT^d2d3的中心体定位和纺锤体定向异常均得到改善。

研究结论和讨论部分指出，本研究构建的 AS3MT^d2d3-Tg 小鼠模型，模拟了 SZ 患者中 AS3MT^d2d3表达增加的情况，成功诱导出与 SZ 患者相似的大脑结构和行为表型。这表明 AS3MT^d2d3在神经发育过程中起着关键作用，其异常表达可能是导致 SZ 发病的重要因素之一。该研究不仅为理解 SZ 的发病机制提供了新的视角，也为开发针对 SZ 的潜在治疗策略提供了理论依据，具有重要的科学意义和临床价值。未来，进一步探究 AS3MT^d2d3影响神经发育的具体分子机制，以及其与其他相关基因和信号通路的相互作用，将有助于更深入地了解 SZ 的病理过程，推动相关领域的研究进展。