MECP2在认知障碍性疾病中的研究进展

杨 灿, 李学斌，杨皓翔综述，张彦可，孔庆霞，李秋波审校

甲基CpG结合蛋白2(methyl-CpG-binding protein 2，MECP2)是大脑中DNA甲基化的主要标志物，是一种核蛋白，是中枢神经系统的重要调控因子。MECP2特异性与二核苷酸5CpG的胞嘧啶甲基化的DNA结合，能够参与突触重塑、神经发育、大脑功能维持、促使行为改变、电位平衡调节等神经系统生理过程。MeCP2在脑内分布有差异性，缺失或过表达均会导致神经系统疾病，改变机体社交行为、精神活动等，受到靶基因、激素等反馈调节。Rett综合征(Rett Syndrome，RTT)、MeCP2重复综合征(MECP2 Duplication Syndrome，MDS)、胎儿酒精谱系障碍(Fetal Alcohol Spectrum Disorders，FASD)、孤独症谱系障碍(Autistic Spectrum Disorder，ASD)等认知障碍性疾病均与MECP2突变有关，本文对以往研究综合分析、系统阐述，深入剖析MECP2在认知障碍性疾病中的作用，为Rett综合征、MDS、ASD、FASD治疗寻找新的靶点，提供临床精准诊治。

1 MECP2概述

MECP2基因由4个编码外显子和3个内含子组成，在神经系统发育及神经调控中发挥重要的功能。MeCP2蛋白的主要功能结构域有：甲基CpG结构域、转录抑制结构域、C末端结构域、域间结构域[1]，参与维持DNA甲基化、转录、RNA剪接、蛋白质翻译、调节染色体结构等[2]。有研究表明，MeCP2过度表达会抑制TH1细胞产生干扰素-γ，进而引起免疫功能障碍，破环神经-体液-免疫调节。MeCP2蛋白广泛存在于多种组织，在大脑中表达量最高。MeCP2蛋白作为神经染色质的主要组成部分[3]，其表达量在出生时较低，随着神经元成熟和突触形成而增加[4]，Albizzatl等[5]报道，与星形胶质细胞和未成熟神经元相比，MECP2在成熟神经元表达量高。MECP2过表达或抑制都会产生病理状态，这与MDS和RTT的发病机制有关；MECP2在不同神经元分布有差异，影响电位兴奋/抑制平衡；MeCP2/Rbfox/LASR复合体影响神经元兴奋；其靶基因的修饰能够调节ASD行为；MECP2的表达也受到相关激素的调控等等，MECP2在神经调控中发挥重要功能，对其深入研究，有助于深入了解神经系统疾病发生、发展、变化、转归。

2 MECP2与Rett综合征

Rett综合征是一种神经系统性疾病。本病在患儿6～18个月时发育正常，随后出现进行性智力减退、言语障碍、运动功能退化、癫痫发作、呼吸紊乱、神经功能障碍、自闭症表现等[6]，随着年龄的增长，严重者可能出现类似帕金森的症状[7]。男性MECP2突变后，基因功能完全丧失，男性患儿通常在婴儿期死亡，所以女性的发病率远大于男性。Rett综合征是女孩智力障碍的第二大病因。目前，MECP2在RTT综合征中的研究越来越多，其中MECP2基因突变，阻碍MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132通路、导致MeCP2/Rbfox/LASR蛋白复合体解体，影响突触传递，进一步导致癫痫发作、记忆力减退、自闭症等表现。

2.1 MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132与Rett综合征 Rett综合征的临床表现与MECP2突变的位置有关，多数MECP2突变发生在外显子3和外显子4上，少数发生在外显子1，目前尚没有报道表明外显子2突变与RTT发生有关[8]。研究发现，在动物模型中，基因MECP2R168X点突变后，产生的肽链缺失甲基化位点，不能折叠形成有活性的结构域，导致无法正确发挥原有功能[9]。此外，MeCP2 E1和MeCP2 E2是MeCP2研究较多的两个剪接体，在人脑额叶、海马、杏仁核和小脑中MeCP2 E1表达量较E2高[10]。有报道称，miR132是MeCP2表达的抑制剂，而脑源性神经营养因子(Brain-derived neurotrophic factor，BNDF)诱导miR132的表达，因此，小脑中可能存在MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132的特异性调节通路，在RTT动物模型中研究发现，BNDF的转录翻译产物未表现出特异性，因此潜在的调节点在于控制BDNF的前体proBDNF蛋白[11]。在转录和翻译水平上，MeCP2 E1与proBDNF呈负相关，MeCP2 E2与proBDNF呈正相关，二者均与BDNF无关[12]。BDNF对microRNA的表达有促进作用，microRNA对MeCP2蛋白的表达有抑制作用，而MeCP2表达含量降低会导致RTT的发生。BNDF与MeCP2 E1/E2同在MeCP2 E1/E2-BDNF-miR132轴上，MeCP2通过调节proBDNF来影响BDNF，因此，如何通过调节MeCP2进而调控BDNF的表达量，或许成为阻止RTT的发生或缓解RTT的进程的重要研究点。

2.2 MeCP2/Rbfox/LASR复合体与Rett综合征 MeCP2是复合体MeCP2/Rbfox/LASR结合的重要亚基，MeCP2缺陷会影响复合体结构[13]。在RTT大鼠模型中，MECP2突变或者缺失会导致MeCP2/Rbfox/LASR复合体发生解离，导致Rbfox与前体mRNA结合能力大大降低，并且导致Neurexin和Neuroligin发生可变性剪接突变。而Neurexin基因与Neuroligin基因支配突触的可塑性、发生、发育与功能，因此MeCP2/Rbfox/LASR复合体解离会影响正常的突触传递[13]，进而产生RTT的智力减退、癫痫发作、语言障碍等临床表现。Vuong等[14]研究报道，Rbfox蛋白的改变会导致神经系统功能紊乱，敲除Rbfox1的小鼠特异性表现出癫痫发作和神经元过度兴奋。这与临床研究结论一致，在癫痫患者中发现了Rbfox1/3基因的缺失[15]。另外，在自闭症患者中发现了Rbfox1基因的缺失、突变和易位。在细胞模型研究中发现，MeCP2突变体会使促复合物Rbfox/LASR凝聚力减弱，MeCP2失去了与Rbfox蛋白相互作用的能力。其中Rbfox2是Rbfox家族成员之一，与MeCP2结合具有高度特异性，是LASR复合体的组成部分[16]，通常调节剪接突变。综上所述，复合体MeCP2/Rbfox/LASR结构的完整性对于RTT临床症状稳定性至关重要，其结构破坏会通过影响复合体而引起RTT发生，然而具体通路和机制尚不明确，有待进一步研究。

3 MECP2与MECP2重复综合征

MECP2重复综合征是由Xq28间质染色体MECP2重复引起的严重神经障碍和发育退化疾病，通常发生于男性，MDS的典型症状是刻板动作，以手掌、手臂的扭动为主，还包括运动障碍、认知障碍、癫痫发作等。MDS临床症状的严重程度可能与MDS有关基因序列重复的长度和特定基因含量有关[17]，Gao等[18]研究报道，基因RAB39B与基因MECP2相似，位于Xq28间质染色体上，编码神经元发育所需的GTP酶。基因RAB39B与小头畸形、运动障碍更为密切[19]，RAB39B和MECP2重复越大，MDS临床表现越严重。反义寡核苷酸(ASOs)治疗可以减少MDS小鼠模型中MeCP2蛋白的数量，并逆转MDS的其他特征。ASOs在治疗神经系统疾病中的优势在于高靶标特异性、低毒性、半衰期长和剂量精准等。Shao等人[20]发现在小鼠侧脑室里注射ASOs能下调MECP2的表达，减轻了部分行为缺陷。ASOs对行为缺陷的改善呈剂量依赖性，并恢复了全脑MECP2基因的表达，但是，治疗MDS过程中，若MeCP2的量降低到生理水平以下可能会导致RTT症状[21]。因此，对于ASOs剂量的控制成为改善MDS小鼠行为缺陷的关键。

MECP2过表达会导致MDS发生，引起神经系统障碍，但过度抑制MECP2，其表达降低又会引起Rett综合征，因此，无论是反义寡核苷酸，亦或是其他药物，对MECP2表达量的精准调控是治疗RTT和MDS的关键，未来研发针对MECP2靶点治疗的药物时，应首先考虑药物对MECP2在组织中表达量的动态调控。

4 MECP2与孤独症谱系障碍

孤独症谱系障碍是一种在男性中发病率较高的神经认知发育障碍，也是全球增长速度最快的神经系统疾病之一。ASD主要影响患者的社交行为，表现为沟通能力差、兴趣狭窄、行为刻板，最终导致发育迟缓和智力减退[22]，大多数儿童18个月～3岁时可确诊。许多研究表明，ASD是由于胎儿期受到的损伤所致，其中以孕早期最为显著。神经元兴奋/抑制失衡可能是ASD发病原因之一，MECP2在GABA能神经元分布较多，对GABA影响更大，缺少MECP2使GABA神经元抑制作用降低，兴奋/抑制失衡，进而可能引起社交障碍、记忆减退、刻板等临床症状[23]，还有实验报道，在雄性动物海马中基因MECP2的表达显著增加[24]。

MECP2基因抑制或激活作用可能取决于相关靶基因的翻译后修饰或者胞嘧啶修饰状态，如5-羟甲基胞嘧啶(5-hmC)，在ASD患者的脑中观察到MECP2启动子甲基化增加和MeCP2蛋白表达降低[25]，MeCP2更易与RELN、GAD1的启动子结合，这种现象与ASD患者小脑中5-hmC富集水平显著增加有关[26]，进而促使ASD患者表现出异常行为。在动物模型中研究发现，MECP2启动子特异性甲基化后，能下调MECP2的表达并诱导小鼠产生自闭症样行为，例如社交互动减少、焦虑抑郁增强、记忆力减退等。进一步研究表明，特异性增加海马MECP2启动子甲基化足以诱导大多数正常行为向ASD异常行为发生改变。

综上所述，MECP2在海马与皮质分布有差异性，海马中MECP2对行为控制更显著，并且对神经元兴奋/抑制平衡产生影响，其靶基因的翻译后修饰对MECP2激活/抑制作用反馈调控。进一步对MECP2干预观察ASD患者的临床症状，能更好地理解MECP2导致ASD的机制，探寻ASD治疗的新靶点。

5 MECP2与胎儿酒精谱系障碍

胎儿酒精谱系障碍是由于母体产前乙醇暴露引起的一系列神经系统障碍疾病，表现为特殊面容、生长发育迟缓、认知缺陷、学习、记忆和社交障碍等。FASD包括：胎儿酒精综合征、部分胎儿酒精综合征、酒精相关神经发育障碍、酒精相关出生缺陷。动物研究中发现，在大脑中酒精最易对海马区域造成损伤，表现为神经元减少、树突棘密度减低、神经电生理减弱等，这些结构的异常会进一步导致学习和记忆障碍[27]。以社交障碍为主要临床表现的FASD患者中，出现了性别差异，通常男性更为严重。对孕期母体乙醇喂养的胎鼠额叶皮质研究发现，雄性小鼠基因MECP2表达受到抑制，而雌性小鼠表达正常[28]。研究发现，在雄性子代的海马中观察到MECP2等基因的表达显著增加，然而当母体在孕期补充低剂量甲状腺激素时，可以逆转上述基因表达，同时改善子代成年后的社交障碍。

发育性酒精暴露会影响表观基因组调控因子变化，特别对DNA甲基转移酶1(DNMT1)、MECP2影响显著，酒精暴露增加DNMT活性，影响DNMT对MECP2招募，在海马中使得MECP2转录抑制、表达降低[29]，进而引起FASD异常行为表现。新的研究表明，DNMT活性增加和MECP2表达降低可能产生一种特定的表达模式，二者均会影响神经元分化[30]。我们已知酒精干预会增加DNMT的活性，进而影响DNMT对MECP招募作用，因此，对DNMT与MECP2二者相互作用深入研究，可能为FASD的发病机制、治疗靶点提供新思路。此外，低剂量甲状腺激素对于FASD患者的社交障碍有缓解作用，甲状腺激素对于神经系统发育极为重要,必不可少，我们猜测，甲状腺激素与MECP2二者之间是否存在相互关系？是否MECP2在下丘脑-垂体-甲状腺轴也有作用？这些都需要进一步深入探究，为FASD诊治提供更宽广的新方法。

6 展 望

甲基CpG结合蛋白2(MECP2)与神经系统生理、病理过程密切相关。在神经正常分化、脑的发育以及在突触传递、神经元放电、兴奋/抑制电位平衡过程，都有MECP2的参与，此外，MECP2通过调控神经系统，也参与调控个体的行为、精神、社交、记忆等高级生理活动。进一步研究发现，MECP2多是通过影响突触传递、调节电位平衡、调节激素、调控靶基因修饰、维持MeCP2/Rbfox/LASR复合体结构完整等，进而参与RTT、MDS、ASD、FASD等疾病的发生，引起异常临床表现，但是，对MECP2在脑组织的定量表达和不同神经细胞定位差异性精准调控，是各种复杂生理病理过程的基础。

尽管许多神经调节通路、作用靶点被发现，但具体机制尚不明确，还需要沿着MECP2已知的相关通路、基因，深入探究新的上下游突变，同时结合临床大数据、多中心、前瞻性研究等，从基础和临床两个维度去探究MECP2在神经系统中的作用，这样，能更加客观、全面对其结构和功能研究，有利于为认知障碍性疾病提供新的临床精准治疗靶点。