拷貝數變異（CNV）是染色體結構變異的一種形式，一般指長(cháng)度為1 kb 以上的基因組大片段的拷貝數增加或者減少, 主要表現為亞顯微水平的缺失和重復。CNV位點(diǎn)的突變率遠高于SNP(Single nucleotide polymorphism), 是人類(lèi)疾病的重要致病因素之一。最近在歐洲人群大規模GWAS研究中發(fā)現確定了精神分裂癥患者染色體位點(diǎn)7q36.3的拷貝數變異比健康個(gè)體高出14倍，這些變異都出現一個(gè)基因上-VIPR2（1）。由致病性CNV引起的基因和基因座的改變?yōu)檠芯看竽X發(fā)育疾病的關(guān)鍵神經(jīng)生物學(xué)機制開(kāi)辟了新的研究方向。
2019年6月20日路易斯安那州大學(xué)健康科學(xué)中心藥理學(xué)Xiao-Hong Lu研究團隊在Molecular Psychiatry雜志上發(fā)表Dosage sensitivity intolerance of VIPR2 microduplication is disease causative to manifest schizophrenia-like phenotypes in a novel BAC transgenic mouse model（2） 通過(guò)構建VIPR2 BAC轉基因小鼠，這種小鼠具有精神分裂癥樣行為，實(shí)現了將基因易感性轉化為具體的疾病模型。
研究人員將人類(lèi)VIpR2（hvipr2）拷貝數變異整合到小鼠的基因組中，構建了VIPR2 BAC轉基因小鼠。通過(guò)基因組DNA的定量PCR分析表明，A品系和F品系vipr2-CNV小鼠分別具有大約1倍和4倍人類(lèi)vipr2拷貝數變異。因此，A品系可模擬人類(lèi)的VIPR2變異，F品系可用于研究hvipr2在小鼠體內的基因劑量效應。vipr2-CNV A品系小鼠中的人源性vipr2表達在額葉皮質(zhì)，紋狀體，海馬，嗅球和下丘腦(圖1)，其中紋狀體中的表達比皮層要多。盡管存在vipr2拷貝數的變異，但是不影響其他內源性基因的表達。
圖1，vipr2-CNV小鼠中vipr2的表達
研究人員利用多個(gè)行為學(xué)實(shí)驗檢測vipr2-CNV 品系小鼠的行為表型，具體如下：T字迷宮實(shí)驗發(fā)現vipr2-CNV A和F品系小鼠存在空間學(xué)習障礙，三箱社交實(shí)驗也發(fā)現這兩個(gè)品系小鼠表現出社交障礙；新物體識別實(shí)驗表明這兩個(gè)品系小鼠存在識別記憶障礙；這兩種品系小鼠也出現了前脈沖抑制（PPI）降低（一種經(jīng)典的感覺(jué)運動(dòng)門(mén)控模型，可用于評價(jià)精神分裂癥）。這些結構表明vipr2-CNV 品系小鼠具有精神分裂癥樣行為，可作為精神分裂癥的模型。
先前研究表明紋狀體多巴胺受體2介導的多巴胺神經(jīng)傳遞功能增強可能是精神分裂癥發(fā)病機制的潛在機制（3）?；谶@個(gè)發(fā)現，免疫熒光發(fā)現vipr2-CNV A和F品系小鼠的背側紋狀體多巴胺受體2表達增加，而在腹側紋狀體并沒(méi)有變化。高效液相色譜儀也發(fā)現背側紋狀體多巴胺水平增加。為了進(jìn)一步探究vipr2-CNV 品系小鼠具有精神分裂癥表型的分子學(xué)機制，研究人員檢測了野生型小鼠和vipr2-CNV在成年期和出生后第18天的cAMP水平和PKA（cAMP依賴(lài)蛋白激酶）水平，結果發(fā)現只有在出生后第18天vipr2-CNV小鼠的cAMP、PKA水平增加，這進(jìn)一步表明vipr2-CNV小鼠cAMP-PKA信號通路存在障礙。
既然vipr2-CNV紋狀體分子水平發(fā)生了變化，那么該腦區是否會(huì )發(fā)生結構學(xué)變化？研究人員利用免疫熒光發(fā)現出生后第14天的vipr2-CNV小鼠的紋狀體棘突投射神經(jīng)元的興奮性突觸前標志物VGLUTs表達增加，這個(gè)結果表明vipr2-CNV小鼠接受更多的興奮性突觸的輸入。此外，紋狀體棘突投射神經(jīng)元的樹(shù)突復雜性減低（圖2），未成熟的樹(shù)突棘增加，而成熟的樹(shù)突棘減少?？偟膩?lái)說(shuō)，出生早期vipr2-CNV小鼠紋狀體的興奮性突觸輸入增多，但樹(shù)突棘則存在發(fā)育障礙。
圖2，vipr2-CNV小鼠紋狀體棘突投射神經(jīng)元的形態(tài)學(xué)變化
vipr2-CNV小鼠具有兩個(gè)Loxp位點(diǎn)，因此可與cre小鼠雜交后實(shí)現特定時(shí)間的敲除vipr2。研究人員將vipr2-CNV小鼠與多巴胺受體1-cre小鼠雜交，特異性敲除多巴胺受體1陽(yáng)性神經(jīng)元上的vipr2，結果發(fā)現背側紋狀體多巴胺受體2恢復至正常水平，空間記憶能力、社交能力也恢復了。最重要的是前脈沖抑制（PPI）在一定程度上增加。這些結果表明敲除多巴胺受體1陽(yáng)性神經(jīng)元上的vipr2后，vipr2-CNV小鼠的精神分裂癥樣行為表型都消失了。這在一定程度上支持了精神分裂癥多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)增強的神經(jīng)學(xué)生物機制。
總的來(lái)說(shuō)，文章構建了VIPR2 CNV轉基因小鼠，這種小鼠具有精神分裂癥的表型，發(fā)現了VIPR2在多巴胺神經(jīng)元過(guò)度表達參與精神分裂癥的病理過(guò)程。此外這種模型小鼠也可用于神經(jīng)發(fā)育疾病的研究，可被廣泛作為臨床前模型使用。
參考文獻
1. Vacic V, McCarthy S, Malhotra D, Murray F, Chou HH, Peoples A,et al. Duplications of the neuropeptide receptor gene VIPR2 confer significant risk for schizophrenia. Nature. 2011;471:499–503
2，Dosage sensitivity intolerance of VIPR2 microduplication is disease causative to manifest schizophrenia-like phenotypes in a novel BAC transgenic mouse model，https://doi.org/10.1038/s41380-019-0492-3 3. Kellendonk C, Simpson EH, Polan HJ, Malleret G, Vronskaya S,Winiger V, et al. Transient and selective overexpression of dopamine D2 receptors in the striatum causes persistent abnormalities in prefrontal cortex functioning. Neuron. 2006;49:603–15.
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