LINC02449 rs149707223等位基因特異性表達增益通過CPLX1介導的突觸傳遞異常促進精神疾病發生

《Nature Communications》：Gain of Alternative Allele Expression of LINC02449 at rs149707223 in Schizophrenia and Bipolar Disorder: Inducing Synaptic Transmission and Behavioral Deficits in Mice

【字體： 大 中 小 】 時間：2025年11月06日 來源：Nature Communications 15.7

　　

在精神疾病研究領域，雙相情感障礙(BD)和_{精神分裂癥}(SZ)作為兩種最具挑戰性的復雜精神疾病，長期以來困擾著臨床醫生和研究人員。這兩種疾病不僅癥狀表現復雜多樣，其發病機制更涉及遺傳、表觀遺傳和環境因素的復雜交互作用。盡管全基因組關聯研究(GWAS)已鑒定出大量疾病相關遺傳變異，但大多數位于非編碼區，其通過調控基因表達影響疾病易感性的具體機制仍不明確。

等位基因特異性表達(ASE)作為一種重要的基因表達調控機制，為理解這種復雜性提供了新的視角。ASE是指特定基因座上一個等位基因相對于另一個等位基因的表達失衡現象，這種失衡可能受到環境因素、健康狀態和疾病條件的影響。特別是在單卵雙生子(MZ)中，由于他們共享相同的遺傳背景、年齡、性別等影響因素，表型不一致的雙生子為研究ASE在疾病中的作用提供了理想模型。

在這項發表于《Nature Communications》的研究中，Tengfei Yang、Jin-Ming Liu等研究人員通過整合基因組學和轉錄組學分析，在BD和SZ表型不一致的單卵雙生子中系統探究了ASE模式。他們的工作不僅揭示了LINCO2449這一長鏈非編碼RNA(lncRNA)在rs149707223位點的ASE異常與精神疾病易感性的關聯，更通過多層次的功能驗證，闡明了其影響突觸功能和行為的分子機制。

研究人員首先招募了9對表型不一致的單卵雙生子(4對SZ不一致，5對BD不一致)，通過全基因組測序(WGS)和鏈特異性RNA測序(RNA-seq)技術，系統篩選疾病相關的ASE-lncRNA。他們開發了基于貝葉斯因子的嚴格統計方法，從7696個lncRNA中鑒定出9個與精神疾病相關的ASE-lncRNA，其中LINCO2449在rs149707223(C/G)位點表現出最顯著的等位基因特異性轉換。

關鍵實驗技術包括：單卵雙生子隊列的基因組和轉錄組測序分析、等位基因特異性表達定量、lncRNA功能預測、重組腺相關病毒(rAAV)介導的基因操作、行為學測試、電生理記錄、RNA測序分析、染色質RNA純化(ChIRP)等技術方法。

rs149707223在LINC02449中的替代等位基因ASE增益與MZ雙胞胎的疾病易感性相關

研究人員發現，在BD不一致的雙生子對中，rs149707223位點表現出明顯的等位基因特異性轉換，患病個體中傾向于表達替代G等位基因，而未患病個體則傾向于表達參考C等位基因。通過Triplex Domain Finder(TDF)預測和共表達分析，他們發現LINCO2449可能通過形成RNA:DNA三鏈體結構調控428個潛在靶基因，這些基因顯著富集于AMPA受體活性調節、化學突觸傳遞等神經相關通路。

LINC0249在小鼠中的等位基因特異性過表達誘導與BD相關的社交缺陷和刻板行為

為了驗證LINCO2449的功能，研究人員構建了攜帶不同等位基因的重組腺相關病毒(rAAV)，并將其注射到小鼠內側前額葉皮層(mPFC)。行為學實驗顯示，過表達LINCO2449 G等位基因(Alt)的小鼠表現出明顯的社交互動缺陷和刻板行為增強，包括三室社交測試中社交偏好指數降低、自我理毛時間延長和埋珠數量增加。值得注意的是，這些行為改變具有等位基因特異性，且不影響一般運動活性、焦慮樣行為或認知功能。

LINC0249表現出mPFC-NAc回路中興奮性傳輸的等位基因特異性增強

RNA測序分析發現，LINCO2449過表達誘導的差異表達基因(DEGs)顯著富集于神經元投射發育、突觸等生物學過程。電生理記錄進一步揭示，Alt組小鼠的伏隔核(NAc)神經元微小興奮性突觸后電流(mEPSC)頻率和振幅顯著增加，表明mPFC-NAc環路的興奮性突觸傳遞增強。光遺傳學實驗證實，激活mPFC-NAc通路足以損害小鼠的社交行為。

全基因組分析顯示CPLX1是LINC0249調控的關鍵下游靶點

通過整合小鼠mPFC和SK-N-SH細胞的RNA測序數據，并結合GTEx人腦數據庫的共表達分析，研究人員發現CPLX1(complexin 1)是LINCO2449調控的關鍵下游靶點。CPLX1表達在LINCO2449過表達的細胞和小鼠腦組織中均顯著上調，且與LINCO2449表達呈正相關。ChIRP實驗證實LINCO2449直接結合CPLX1上游調控區域，FM4-64成像顯示G等位基因過表達增強囊泡釋放，且這一效應依賴于CPLX1。

Cplx1表達敲低可改善由LINC02449替代G等位基因增益引起的小鼠行為和突觸缺陷

最關鍵的功能挽救實驗表明，在LINCO2449 G等位基因過表達小鼠中敲低Cplx1表達，能夠顯著改善其社交缺陷和刻板行為，并使NAc神經元的mEPSC頻率和振幅恢復正常。這一結果直接證明了CPLX1在LINCO2449介導的突觸和行為異常中的核心作用。

研究結論與討論部分強調，該研究首次系統揭示了ASE在精神疾病發病機制中的重要作用，特別是LINCO2449在rs149707223位點的等位基因特異性表達失衡通過調控CPLX1影響突觸功能，最終導致行為異常。這一發現不僅為理解BD和SZ的分子機制提供了新視角，也為未來開發靶向ASE的治療策略奠定了基礎。

值得注意的是，雖然CPLX1被確定為主要效應因子，但研究人員也指出STMN2等其他候選基因可能共同參與這一調控網絡。此外，研究存在的局限性包括行為學測試未能完全覆蓋臨床異質性，以及神經環路研究的范圍相對有限。未來需要在更大樣本中驗證這些ASE模式，并整合染色質可及性、甲基化等多組學數據，進一步闡明已鑒定ASE-SNP的生物學意義。

這項研究的創新性在于將ASE分析與lncRNA功能研究相結合，在分子、細胞、環路和行為多個層面驗證了LINCO2449-CPLX1軸在精神疾病中的作用，為復雜精神疾病的機制研究和精準診療提供了重要線索。