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一个抽动相关变异,为何早期与成年补偿效果不同

Science advances · 2025-03-28

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Science Advances · 研究前沿

一个抽动相关变异,为何早期与成年补偿效果不同

WWC1 变异小鼠的蛋白稳定性、纹状体信号与突触平衡改变;早期补充正常基因改善多项表型,成年补充后的分子变化未伴随行为改善。

AI 概念插画:蛋白泛素标记与蛋白酶体降解

一个蛋白上的单个氨基酸变化,可能怎样影响脑发育和行为?2025 年 3 月 28 日发表于《Science Advances》的研究,把在人类 Tourette 综合征相关研究中发现的 WWC1-W88C 变异引入小鼠,追踪到 KIBRA 蛋白更快降解、纹状体多巴胺信号变化,以及兴奋与抑制输入失衡。研究还比较了不同生命阶段的补偿:出生早期补充正常 WWC1 改善多项表型,成年后虽然部分分子指标回转,行为却没有随之改善,显示发育时间在这个模型中的分量。

关键发现

W88C 变异连接蛋白稳定性与神经发育相关变化;早期补偿及成年行为未改善的对照,共同限定了正常 WWC1 的作用时间范围。

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重复动作增加,感觉运动门控减弱

纯合 W88C 雄鼠在熟悉笼内表现出更多重复头部动作、嗅探、挖掘和梳理。在新环境中,行走距离下降,开始探索前等待更久。声音前的轻微提示,本应减弱随后惊跳,模型小鼠的这种预脉冲抑制却较弱,而基本惊跳反应仍相近。

杂合小鼠的基础表现较轻,压力之后才更易观察到相关变化;雌性纯合小鼠的部分重复动作和门控变化也较轻。这个模型呈现的是特定变异、基因剂量与条件共同塑造的表现,并未重现 Tourette 综合征的全部特征,例如发声抽动。

原论文图 1雄性纯合小鼠的行为与门控变化
雄性纯合小鼠的行为与门控变化
原论文 Figure 1:重复动作、探索启动、爬杆及预脉冲抑制比较,显示雄性纯合模型的多项变化。
来源:Lv J et al. · Science advances · CC BY-NC
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转录量基本不变,蛋白更快被降解

WWC1 编码的 KIBRA 蛋白参与细胞信号与突触调节。变异小鼠的基因转录量基本不变,蛋白量却下降,提示问题发生在转录之后。细胞实验进一步显示,带有 W88C 的蛋白消退更快,人源和鼠源版本都有相同方向的变化。

抑制蛋白酶体相关降解可使变异蛋白积累,抑制受测的溶酶体降解没有同样保护作用;变异蛋白的泛素化也增加。一个小小的氨基酸替换,由此连接到蛋白被标记、送入降解系统的过程。

原论文图 2KIBRA 的稳定性变化
KIBRA 的稳定性变化
原论文 Figure 2:转录量与蛋白量的差异、细胞降解实验及泛素化检测,支持变异加快蛋白酶体相关降解。
来源:Lv J et al. · Science advances · CC BY-NC
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不同表现,对受体阻断的响应也不同

背侧纹状体的多巴胺传感器记录中,纯合小鼠的信号峰出现更频繁,单次峰值幅度却与对照相近。另一个传感器在声音测试中显示较强响应。变化既涉及自发事件的频率,也涉及特定感觉事件引起的信号。

行为检验显示,D2 受体拮抗剂氟哌啶醇减少重复动作,却没有改善预脉冲抑制;D1 受体拮抗剂 SCH23390 则改善后者。不同表型对受体相关作用的响应并不一样,提示重复动作与门控异常涉及的调节环节有所区别。

原论文图 3多巴胺信号与不同的行为响应
多巴胺信号与不同的行为响应
原论文 Figure 3:比较纹状体传感器信号,并展示氟哌啶醇对重复动作、SCH23390 对预脉冲抑制的行为作用。
来源:Lv J et al. · Science advances · CC BY-NC
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兴奋事件增多,抑制事件减少

纹状体中型棘状细胞的电学记录显示,兴奋性突触事件频率增加,抑制性事件频率减少,两类事件的幅度基本不变。兴奋与抑制的比例朝前者偏移,皮层—纹状体的群体电响应也增强。

背侧纹状体与初级运动皮层的活动标记增加,给这一平衡变化补充了区域层面的观察。与此同时,海马虽也有 KIBRA 减少,受测突触电流和多项记忆表现仍基本相近。相同蛋白的变化,在不同脑区并未产生完全一致的结果。

原论文图 5纹状体突触输入与区域活动
纹状体突触输入与区域活动
原论文 Figure 5:活动标记增加,兴奋性事件频率升高、抑制性频率降低而幅度基本不变,皮层—纹状体群体响应增强。
来源:Lv J et al. · Science advances · CC BY-NC
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树突分支增多,Hippo 相关修饰改变

模型小鼠的纹状体中型棘状细胞树突分支更复杂,棘突密度和突触后致密物大小却没有明显改变。Hippo 通路中的 LATS 和 YAP 磷酸化增加,受测核心蛋白总量则基本稳定,显示形态变化伴随信号状态改变。

出生早期在脑内神经元中补充正常 WWC1,能使相关磷酸化与树突复杂度回转,区域活动标记减少,多巴胺信号峰的过高频率也下降。蛋白、形态及活动的变化,在这次早期补偿中朝一致的恢复方向移动。

原论文图 6早期补偿后的分子与细胞变化
早期补偿后的分子与细胞变化
原论文 Figure 6:出生早期补充正常 WWC1 后,Hippo 相关修饰、树突复杂度、活动标记及多巴胺事件频率改善,峰值幅度与持续时间差异不明显。
来源:Lv J et al. · Science advances · CC BY-NC
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多项行为随早期补偿改善

这次出生早期的补充,也减少纯合雄鼠的重复动作、增加探索距离,缩短开始探索和爬杆任务的延迟。预脉冲抑制提高,社会互动时间增加;正常对照小鼠的行为没有出现同样明显改变。

分子与多项行为同时回转,支持 WWC1 变异对这些表现的贡献。这里补充发生在神经发育早期,因此最直接的问题随之而来:如果等到成年、相关网络已经形成后再补充,结果还会一样吗?

原论文图 7出生早期补偿的行为作用
出生早期补偿的行为作用
原论文 Figure 7:出生早期补充正常 WWC1 改善纯合雄鼠的重复动作、探索启动、预脉冲抑制及互动时间。
来源:Lv J et al. · Science advances · CC BY-NC
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成年分子指标回转,行为仍未改善

成年后补充正常 WWC1,表达和分布与早期处理相近,LATS、YAP 的磷酸化也降低,行为却没有明显改善。分子指标的恢复因此未必足以让已经形成的行为表型同步回转,早期与成年两组结果显示了这个模型中的时间差。

这项研究围绕一种风险变异建立了从蛋白稳定性到神经活动的联系,也保留了基因剂量、性别和脑区的差异。下一步怎样拆开 Hippo 调节与其他 KIBRA 作用,解释成年阶段为何出现这种分离,是比单一“指标恢复”更深入的问题。

原论文图 8作者提出的变异—突触信号模型
作者提出的变异—突触信号模型
原论文 Figure 8:作者将 KIBRA 降解、Hippo 相关变化、纹状体信号及行为联系起来的工作模型。
来源:Lv J et al. · Science advances · CC BY-NC
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论文信息

Lv J, Liang S, Qin P, Liu X, Ge X, Guo Y, Xia S, Jing W, Lu Y, Zhang T, Li H.
WWC1 mutation drives dopamine dysregulation and synaptic imbalance in Tourette's syndrome
Science advances · 2025-03-28
DOI: 10.1126/sciadv.adr4588