内皮素和神经素的相互作用触发神经上皮自噬并维持神经管发育

神经管缺陷 (NTD) 是人类第二常见的先天性畸形，每 1,000 名活产儿中约有 1 人患有神经管缺陷，影响中枢神经系统发育。 包括 HSPG2 基因在内的 300 多个基因与小鼠 NTD 相关。

然而，在识别 NTD 致病性突变方面仍然存在相当大的临床障碍，特别是考虑到通过在散发性人类 NTD 病例中进行 DNA 测序而发现的 NTD 相关基因中罕见变异的扩散。

在一项研究中 发表 在日记中 科学通报，卢等人。 在 369 个人类 NTD 中发现了 34 个罕见的杂合 HSPG2 突变，而在 200 个对照中检测到了 8 个罕见突变。

值得注意的是，硫酸乙酰肝素蛋白多糖 2 (HSPG2) 是分析的 300 个 NTD 相关基因中最重要的一个。 HSPG2 编码基质蛋白基底膜蛋白 (Perlecan)，分泌肽内皮素 (endorepellin) 从基底膜蛋白 (Perlecan) 中被裂解，源自基底膜蛋白 (Perlecan) 的结构域 V。 然而，内皮素在神经发育中的确切作用仍不清楚。

他们提出，当携带查询人类 HSPG2 突变的 KI 小鼠模型能够重现 NTD 时，归因于致病性突变是合理的。 他们利用半克隆技术与 CRISPR/Cas9 相结合的类精子干细胞，在六个月内迅速培育出了 19 个 KI 小鼠品系。

尽管在 NTD 病例中发现了罕见的 HSPG2 突变，但对 KI 小鼠的表型分析显示，致病性突变主要集中在 Perlecan 的 V 域（即内皮素）内。

更重要的是，他们证明内皮素与神经上皮细胞中的膜蛋白 Neurexin 相互作用。 这种相互作用对于触发自噬水平升高、抑制神经元干细胞分化和促进正常神经管发育至关重要。 他们首次阐明内皮素和神经素的相互作用促进神经上皮自噬，这对于维持神经管发育至关重要。

总之，这项研究提出了一个识别复杂遗传性疾病（如 NTD）致病突变的范例。 产生具有点突变的小鼠可能具有挑战性，特别是当目标基因的双等位基因突变会导致小鼠不育或致死时。

基于类精子干细胞的半克隆技术有效地规避了这一障碍，能够快速分析多种突变的致病性。 使用同样通过半克隆技术生成的双原位标签成功鉴定了配体蛋白内皮素和膜蛋白受体神经素之间的体内相互作用。

HSPG2 致病性突变引起的自噬激活破坏和神经元分化抑制扰乱被发现是 NTD 发生的重要决定因素。 神经元干细胞的早熟分化会增加 NTD 的风险这一发现表明，神经干细胞的早期分化抑制剂可能作为治疗剂来预防因有害的 HSPG2 突变或内皮素功能破坏而导致的 NTD。

该研究由复旦大学附属妇产科医院生殖与发育研究所、代谢与综合生物学研究所王红艳教授、上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所李劲松教授领导。 ，雷云平教授（贝勒医学院精准环境健康中心）。