MECP2在認知障礙性疾病中的研究進展

楊 燦, 李學斌，楊皓翔綜述，張彥可，孔慶霞，李秋波審校

甲基CpG結合蛋白2(methyl-CpG-binding protein 2，MECP2)是大腦中DNA甲基化的主要標志物，是一種核蛋白，是中樞神經系統的重要調控因子。MECP2特異性與二核苷酸5CpG的胞嘧啶甲基化的DNA結合，能夠參與突觸重塑、神經發育、大腦功能維持、促使行為改變、電位平衡調節等神經系統生理過程。MeCP2在腦內分布有差異性，缺失或過表達均會導致神經系統疾病，改變機體社交行為、精神活動等，受到靶基因、激素等反饋調節。Rett綜合征(Rett Syndrome，RTT)、MeCP2重復綜合征(MECP2 Duplication Syndrome，MDS)、胎兒酒精譜系障礙(Fetal Alcohol Spectrum Disorders，FASD)、孤獨癥譜系障礙(Autistic Spectrum Disorder，ASD)等認知障礙性疾病均與MECP2突變有關，本文對以往研究綜合分析、系統闡述，深入剖析MECP2在認知障礙性疾病中的作用，為Rett綜合征、MDS、ASD、FASD治療尋找新的靶點，提供臨床精準診治。

1 MECP2概述

MECP2基因由4個編碼外顯子和3個內含子組成，在神經系統發育及神經調控中發揮重要的功能。MeCP2蛋白的主要功能結構域有：甲基CpG結構域、轉錄抑制結構域、C末端結構域、域間結構域[1]，參與維持DNA甲基化、轉錄、RNA剪接、蛋白質翻譯、調節染色體結構等[2]。有研究表明，MeCP2過度表達會抑制TH1細胞產生干擾素-γ，進而引起免疫功能障礙，破環神經-體液-免疫調節。MeCP2蛋白廣泛存在于多種組織，在大腦中表達量最高。MeCP2蛋白作為神經染色質的主要組成部分[3]，其表達量在出生時較低，隨著神經元成熟和突觸形成而增加[4]，Albizzatl等[5]報道，與星形膠質細胞和未成熟神經元相比，MECP2在成熟神經元表達量高。MECP2過表達或抑制都會產生病理狀態，這與MDS和RTT的發病機制有關；MECP2在不同神經元分布有差異，影響電位興奮/抑制平衡；MeCP2/Rbfox/LASR復合體影響神經元興奮；其靶基因的修飾能夠調節ASD行為；MECP2的表達也受到相關激素的調控等等，MECP2在神經調控中發揮重要功能，對其深入研究，有助于深入了解神經系統疾病發生、發展、變化、轉歸。

2 MECP2與Rett綜合征

Rett綜合征是一種神經系統性疾病。本病在患兒6～18個月時發育正常，隨后出現進行性智力減退、言語障礙、運動功能退化、癲癇發作、呼吸紊亂、神經功能障礙、自閉癥表現等[6]，隨著年齡的增長，嚴重者可能出現類似帕金森的癥狀[7]。男性MECP2突變后，基因功能完全喪失，男性患兒通常在嬰兒期死亡，所以女性的發病率遠大于男性。Rett綜合征是女孩智力障礙的第二大病因。目前，MECP2在RTT綜合征中的研究越來越多，其中MECP2基因突變，阻礙MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132通路、導致MeCP2/Rbfox/LASR蛋白復合體解體，影響突觸傳遞，進一步導致癲癇發作、記憶力減退、自閉癥等表現。

2.1 MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132與Rett綜合征 Rett綜合征的臨床表現與MECP2突變的位置有關，多數MECP2突變發生在外顯子3和外顯子4上，少數發生在外顯子1，目前尚沒有報道表明外顯子2突變與RTT發生有關[8]。研究發現，在動物模型中，基因MECP2R168X點突變后，產生的肽鏈缺失甲基化位點，不能折疊形成有活性的結構域，導致無法正確發揮原有功能[9]。此外，MeCP2 E1和MeCP2 E2是MeCP2研究較多的兩個剪接體，在人腦額葉、海馬、杏仁核和小腦中MeCP2 E1表達量較E2高[10]。有報道稱，miR132是MeCP2表達的抑制劑，而腦源性神經營養因子(Brain-derived neurotrophic factor，BNDF)誘導miR132的表達，因此，小腦中可能存在MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132的特異性調節通路，在RTT動物模型中研究發現，BNDF的轉錄翻譯產物未表現出特異性，因此潛在的調節點在于控制BDNF的前體proBDNF蛋白[11]。在轉錄和翻譯水平上，MeCP2 E1與proBDNF呈負相關，MeCP2 E2與proBDNF呈正相關，二者均與BDNF無關[12]。BDNF對microRNA的表達有促進作用，microRNA對MeCP2蛋白的表達有抑制作用，而MeCP2表達含量降低會導致RTT的發生。BNDF與MeCP2 E1/E2同在MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132軸上，MeCP2通過調節proBDNF來影響BDNF，因此，如何通過調節MeCP2進而調控BDNF的表達量，或許成為阻止RTT的發生或緩解RTT的進程的重要研究點。

2.2 MeCP2/Rbfox/LASR復合體與Rett綜合征 MeCP2是復合體MeCP2/Rbfox/LASR結合的重要亞基，MeCP2缺陷會影響復合體結構[13]。在RTT大鼠模型中，MECP2突變或者缺失會導致MeCP2/Rbfox/LASR復合體發生解離，導致Rbfox與前體mRNA結合能力大大降低，并且導致Neurexin和Neuroligin發生可變性剪接突變。而Neurexin基因與Neuroligin基因支配突觸的可塑性、發生、發育與功能，因此MeCP2/Rbfox/LASR復合體解離會影響正常的突觸傳遞[13]，進而產生RTT的智力減退、癲癇發作、語言障礙等臨床表現。Vuong等[14]研究報道，Rbfox蛋白的改變會導致神經系統功能紊亂，敲除Rbfox1的小鼠特異性表現出癲癇發作和神經元過度興奮。這與臨床研究結論一致，在癲癇患者中發現了Rbfox1/3基因的缺失[15]。另外，在自閉癥患者中發現了Rbfox1基因的缺失、突變和易位。在細胞模型研究中發現，MeCP2突變體會使促復合物Rbfox/LASR凝聚力減弱，MeCP2失去了與Rbfox蛋白相互作用的能力。其中Rbfox2是Rbfox家族成員之一，與MeCP2結合具有高度特異性，是LASR復合體的組成部分[16]，通常調節剪接突變。綜上所述，復合體MeCP2/Rbfox/LASR結構的完整性對于RTT臨床癥狀穩定性至關重要，其結構破壞會通過影響復合體而引起RTT發生，然而具體通路和機制尚不明確，有待進一步研究。

3 MECP2與MECP2重復綜合征

MECP2重復綜合征是由Xq28間質染色體MECP2重復引起的嚴重神經障礙和發育退化疾病，通常發生于男性，MDS的典型癥狀是刻板動作，以手掌、手臂的扭動為主，還包括運動障礙、認知障礙、癲癇發作等。MDS臨床癥狀的嚴重程度可能與MDS有關基因序列重復的長度和特定基因含量有關[17]，Gao等[18]研究報道，基因RAB39B與基因MECP2相似，位于Xq28間質染色體上，編碼神經元發育所需的GTP酶。基因RAB39B與小頭畸形、運動障礙更為密切[19]，RAB39B和MECP2重復越大，MDS臨床表現越嚴重。反義寡核苷酸(ASOs)治療可以減少MDS小鼠模型中MeCP2蛋白的數量，并逆轉MDS的其他特征。ASOs在治療神經系統疾病中的優勢在于高靶標特異性、低毒性、半衰期長和劑量精準等。Shao等人[20]發現在小鼠側腦室里注射ASOs能下調MECP2的表達，減輕了部分行為缺陷。ASOs對行為缺陷的改善呈劑量依賴性，并恢復了全腦MECP2基因的表達，但是，治療MDS過程中，若MeCP2的量降低到生理水平以下可能會導致RTT癥狀[21]。因此，對于ASOs劑量的控制成為改善MDS小鼠行為缺陷的關鍵。

MECP2過表達會導致MDS發生，引起神經系統障礙，但過度抑制MECP2，其表達降低又會引起Rett綜合征，因此，無論是反義寡核苷酸，亦或是其他藥物，對MECP2表達量的精準調控是治療RTT和MDS的關鍵，未來研發針對MECP2靶點治療的藥物時，應首先考慮藥物對MECP2在組織中表達量的動態調控。

4 MECP2與孤獨癥譜系障礙

孤獨癥譜系障礙是一種在男性中發病率較高的神經認知發育障礙，也是全球增長速度最快的神經系統疾病之一。ASD主要影響患者的社交行為，表現為溝通能力差、興趣狹窄、行為刻板，最終導致發育遲緩和智力減退[22]，大多數兒童18個月～3歲時可確診。許多研究表明，ASD是由于胎兒期受到的損傷所致，其中以孕早期最為顯著。神經元興奮/抑制失衡可能是ASD發病原因之一，MECP2在GABA能神經元分布較多，對GABA影響更大，缺少MECP2使GABA神經元抑制作用降低，興奮/抑制失衡，進而可能引起社交障礙、記憶減退、刻板等臨床癥狀[23]，還有實驗報道，在雄性動物海馬中基因MECP2的表達顯著增加[24]。

MECP2基因抑制或激活作用可能取決于相關靶基因的翻譯后修飾或者胞嘧啶修飾狀態，如5-羥甲基胞嘧啶(5-hmC)，在ASD患者的腦中觀察到MECP2啟動子甲基化增加和MeCP2蛋白表達降低[25]，MeCP2更易與RELN、GAD1的啟動子結合，這種現象與ASD患者小腦中5-hmC富集水平顯著增加有關[26]，進而促使ASD患者表現出異常行為。在動物模型中研究發現，MECP2啟動子特異性甲基化后，能下調MECP2的表達并誘導小鼠產生自閉癥樣行為，例如社交互動減少、焦慮抑郁增強、記憶力減退等。進一步研究表明，特異性增加海馬MECP2啟動子甲基化足以誘導大多數正常行為向ASD異常行為發生改變。

綜上所述，MECP2在海馬與皮質分布有差異性，海馬中MECP2對行為控制更顯著，并且對神經元興奮/抑制平衡產生影響，其靶基因的翻譯后修飾對MECP2激活/抑制作用反饋調控。進一步對MECP2干預觀察ASD患者的臨床癥狀，能更好地理解MECP2導致ASD的機制，探尋ASD治療的新靶點。

5 MECP2與胎兒酒精譜系障礙

胎兒酒精譜系障礙是由于母體產前乙醇暴露引起的一系列神經系統障礙疾病，表現為特殊面容、生長發育遲緩、認知缺陷、學習、記憶和社交障礙等。FASD包括：胎兒酒精綜合征、部分胎兒酒精綜合征、酒精相關神經發育障礙、酒精相關出生缺陷。動物研究中發現，在大腦中酒精最易對海馬區域造成損傷，表現為神經元減少、樹突棘密度減低、神經電生理減弱等，這些結構的異常會進一步導致學習和記憶障礙[27]。以社交障礙為主要臨床表現的FASD患者中，出現了性別差異，通常男性更為嚴重。對孕期母體乙醇喂養的胎鼠額葉皮質研究發現，雄性小鼠基因MECP2表達受到抑制，而雌性小鼠表達正常[28]。研究發現，在雄性子代的海馬中觀察到MECP2等基因的表達顯著增加，然而當母體在孕期補充低劑量甲狀腺激素時，可以逆轉上述基因表達，同時改善子代成年后的社交障礙。

發育性酒精暴露會影響表觀基因組調控因子變化，特別對DNA甲基轉移酶1(DNMT1)、MECP2影響顯著，酒精暴露增加DNMT活性，影響DNMT對MECP2招募，在海馬中使得MECP2轉錄抑制、表達降低[29]，進而引起FASD異常行為表現。新的研究表明，DNMT活性增加和MECP2表達降低可能產生一種特定的表達模式，二者均會影響神經元分化[30]。我們已知酒精干預會增加DNMT的活性，進而影響DNMT對MECP招募作用，因此，對DNMT與MECP2二者相互作用深入研究，可能為FASD的發病機制、治療靶點提供新思路。此外，低劑量甲狀腺激素對于FASD患者的社交障礙有緩解作用，甲狀腺激素對于神經系統發育極為重要,必不可少，我們猜測，甲狀腺激素與MECP2二者之間是否存在相互關系？是否MECP2在下丘腦-垂體-甲狀腺軸也有作用？這些都需要進一步深入探究，為FASD診治提供更寬廣的新方法。

6 展 望

甲基CpG結合蛋白2(MECP2)與神經系統生理、病理過程密切相關。在神經正常分化、腦的發育以及在突觸傳遞、神經元放電、興奮/抑制電位平衡過程，都有MECP2的參與，此外，MECP2通過調控神經系統，也參與調控個體的行為、精神、社交、記憶等高級生理活動。進一步研究發現，MECP2多是通過影響突觸傳遞、調節電位平衡、調節激素、調控靶基因修飾、維持MeCP2/Rbfox/LASR復合體結構完整等，進而參與RTT、MDS、ASD、FASD等疾病的發生，引起異常臨床表現，但是，對MECP2在腦組織的定量表達和不同神經細胞定位差異性精準調控，是各種復雜生理病理過程的基礎。

盡管許多神經調節通路、作用靶點被發現，但具體機制尚不明確，還需要沿著MECP2已知的相關通路、基因，深入探究新的上下游突變，同時結合臨床大數據、多中心、前瞻性研究等，從基礎和臨床兩個維度去探究MECP2在神經系統中的作用，這樣，能更加客觀、全面對其結構和功能研究，有利于為認知障礙性疾病提供新的臨床精準治療靶點。