RELN启动子甲基化在精神分裂症发病和治疗中的研究进展

　　RELN启动子甲基化在精神分裂症发病和治疗中的研究进展

　　宋佳起 赵青 陈科 陈大春

　　【摘要】精神分裂症是一组常见的原因未明的重性精神疾病，临床研究显示RELN启动子CpG岛甲基化调控和精神分裂症的发病存在相应联系，本文就RELN启动子甲基化调控与精神分裂症关系的相关研究作一综述。

　　【关键词】RELN;精神分裂症;DNA甲基化

　　【中图分类号】R749.3 【文献标识码】A 【文章编号】1673-2952( 2018) 05-0791-04

　　精神分裂症(Schizophrenia)是一种常见的重性精神疾病，病因和发病机制尚不清楚，神经发育障碍假说是目前重要的病理机制假说之-[1]。在哺乳动物脑结构神经发育过程中RELN基因发挥重要的作用，RELN的表达参与了神经的发育和脑结构的形成。研究显示，精神分裂症患者在中枢和外周组织RELN基因表达水平常常发生改变，其中DNA甲基化调控是影响RELN基因表达的重要因素。这种DNA甲基化调控模式可能为今后精神疾病的发病机制研究提供了新的方向，同时为药物治疗提供了新的作用靶点。现就关于RELN甲基化调控与精神分裂症的相关研究进行综述。

　　1 RELN基因

　　Reelin( RELN)存在于几乎所有的脊椎动物大脑内，人类RELN基因位于染色体7q22，对哺乳动物胚胎期大脑皮质、海马、脑干以及板状结构的正常发育、维持中枢神经系统功能稳定方面均发挥着至关重要的作用。Reelin蛋白是一种由3461个氨基酸残基组成、分子量大约是420KD的细胞基质外糖蛋白，在胚胎时期主要由边缘层的Cajal-Retzius( C-R)细胞合成和分泌，在神经元迁徙过程完成后，主要由r一氨基丁酸能神经元分泌，在海马、脑皮层和嗅神经的表达高。

　　二RELN信号转导通路

　　RELN信号转导通路中，Reelin(络丝蛋白)通过结合细胞膜上极低密度脂蛋白受体( VLDLR)、载脂蛋白E受体2( ApoE R2)和整合素受体后进入神经细胞，在酪氨酸激酶( SFK)的协同作用下使胞浆内的衔接蛋白Disabled-l( Dabl)磷酸化，Dabl磷酸化可激活胞内其他下游分子，终作用于神经元的微管蛋白和肌动蛋白，使迁徙的神经元发生形态学的改变，并确定其分布位置。然而RELN的异常表达常常会导致信号通路受损，影响突触的结构和功能，进而影响成熟神经元的迁移和定位。有研究证实，精神分裂症患者前额皮质、海马和小脑内RELN表达水平和中间神经元显著减少，尤其是在新皮质的I层。Iafrati等发现Reeler大鼠和正常对照组相比RELN的表达含量减少约50%，脑区中树突棘的密度减少，长时程增强效应( Long-term potentiation，LTP)也存在一定的缺失。以上结果表明成熟大脑中的RELN通过调节突触结构和功能，参与神经元的发生和迁移，也进一步证实RELN基因参与了制、维持成熟大脑发育的过程。

　　三 RELN甲基化

　　随着分子生物学的发展，表观遗传学调控在精神分裂症发病机制的研究中受到越来越多的关注，表观遗传学现象包括DNA甲基化、组蛋白修饰、microRNA、染色质重塑、基因组印记、X染色体失活等。其中DNA甲基化是目前已知重要的表观遗传修饰方式之一。DNA甲基化指在DNA甲基化转移酶( DNMTs)的催化作用下，以S腺苷甲硫氨酸( S-adenosyl-L-methionine，SAM)为甲基供体，DNA特异区域CpG岛胞嘧啶第5碳原子与甲基供体的以共价键方式结合，5-胞嘧啶被修饰成5-甲基胞嘧啶，在不改变DNA分子一级结构的情况下使DNA区域构象改变，从而影响基因的表达水平门。精神分裂症被公认为是一种多基因遗传病，脑源性神经营养因子BDNF、络丝蛋白基因RELN，、多巴胺、五羟色胺、谷氨酸等候选基因都与发病相关，其中RELN是近期研究热门的精神分裂症致病候选基因之一，多项研究显示精神分裂症患者RELN启动子CpG岛常常发生甲基化改变，导致基因表达的异常。

　　1 脑组织中RELN甲基化和精神分裂症的关联

　　国外有研究报道显示，在精神分裂症患者尸检脑组织的前额叶皮层、颞叶皮层、尾状核、小脑等多个脑区结构中发现RELN表达下降50%左右，推测RELN表达减少可能和神经元中DNA甲基转移酶( DNMTI)的上调有关。Grayson等发现RELN是精神分裂症的风险基因，在实验组的多个脑区中Reelin mRNA含量减少，当RELN沉默时，RELN启动子CpG的甲基化程度更加严重;当基因转录增多时，RELN甲基化程度减轻，研究者认为Reelin蛋白含量依赖于RELN启动子的甲基化程度。DNA甲基化调控模式可能抑制了反式作用元件的交互作用，进而影响基因的表达，也可能是甲基化过程结合一些转录抑制因子，例如甲基CpCJ结合蛋白2(MeCP2)、甲基化CPG粘附蛋白2( MBD2)、DNMT1等，这些负性因子对甲基化序列具有高度亲和力，通过诱导染色体凝聚阻碍RELN表达过程。研究者表示无论哪种作用机制，目前研究上不系统全面，需要更多的实验加以验证。美国学者Abdolmaleky等研究发现在人体脑组织中RELN表达含量是高的，运用MS-PCR方法检测精神分裂症组RELN甲基化程度高达73%，而对照组的仅24%，推测RELN高度甲基化参与了精神分裂症的发病过程，可能和启动子区域的cAMP反应元件有关，同时表示实验存在样本量不足的缺点，需要扩大样本量进行检测RELN启动子区环磷酸腺苷(CRE)和刺激蛋白-1(Spl)位点的甲基化程度，由此来探索RELN甲基化和精神分裂症之间的关系。

　　2外周血中RELN甲基化和精神分裂症的关联

　　在研究精神分裂症的发病机制中，由于可供的脑组织资源较少、操作较为繁琐、伦理制约，导致精神分裂症脑组织样本方面的研究较少，相比之下外周血获取更容易、操作更加简单，所以外周血成为目前实验研究多的样本选择。

　　近马来西亚Fikri等I21通过对1 10名精神分裂症患者和122名健康人的外周血检测发现，患者组的RELN启动子区甲基化水平是对照组的25倍，而Reelin蛋白表达含量较对照组明显减少，推测RELN甲基化可能参与了精神分裂症的发病过程;进一步分析发现男性患者的甲基化水平差异更加显著，而女性患者无明显差异。研究者认为这种性别差异可能与男性样本量更大有关(160名男性，72名女性);另外，此研究未发现RELN甲基化水平和年龄、PANSS分有关，这可能与精神病性症状是否稳定，抗精神病药物是否干预等有关。杨悦等口发现精神分裂症组RELN甲基化阳性率为78.95%，而健康对照组的阳性率为35%，推测精神分裂症患者外周血中RELN启动子区DNA呈超甲基化状态，基因高甲基化状态是精神分裂症的危险因素，同时发现女性患者的甲基化率( 86.36%，38/44)明显高于男性(68.75 010，22/32)，分析这可能与女性雌激素有关。

　　近期也有研究显示双胞胎患者中存在甲基化的异常，Bonsch等[12]发现精神分裂症双胞胎组全基因组甲基化程水平(52.3%)较正常双胞胎组(65.7%)减少约13.4%，进一步在精神分裂症患者中发现，同卵双生的双胞胎外周血中RELN启动子区甲基化程度明显低于异卵双生的双胞胎(21.4±14.8 vs 42.5±20.3)，据此研究人员推测遗传因素可能在基因启动子区的调控模式中发挥一定作用。

　　然而也有一些研究并未发现RELN甲基化和精神分裂症有关，如Alel d-Paz等[13]通过检测29名精神分裂症患者15个大脑额叶区的19个神经递质相关基因(包括SLC6A4.DRD1，DRD4，SLC6A3、MB-COMT、GABBR1、GABBR2、RELN、GAD1、GAD2、DTNBP1、GRIN1、GRM7、GRIK3、NG2、CNP、HINT1、BDNF、DISCl)启动子甲基化的程度，未发现RELN存在超甲基化或者去甲基化的改变，研究人员分析可能是RELN甲基化的变化对周围的环境比较敏感，比如采集样本组织血供、重亚硫酸盐处理方式、代谢的水平、发育情况等都会造成DNA甲基化改变。同样Mamoru等[14]在脑额叶、灰质和白质样本中未发现RELN甲基化改变(<5%)，其中死亡时间、样本PH值、药物对所测结果均无影响。Tamura等[15]也发现精神分裂症患者和正常人尸检脑组织前额叶RELN基因启动子BssHII位点( GCGCGC)区域甲基化无显著性差异，推测选取的基因甲基化区域不同可能是造成结果不一致的原因。

　　四 RELN和抗精神病药

　　研究人员发现抗精神病药物所导致的GABA神经递质传递功能紊乱，可能与RELN基因启动子去甲基化有关。目前研究多的是丙戊酸钠( VPA)，VPA广泛应用于精神分裂症、双相情感障碍等精神疾病中，作为一种组蛋白去乙酰化酶( HDAC)抑制剂，可以穿越血脑屏障，在脑组织中可以诱导RELN基因启动子去甲基化，致使reelin RNA和蛋白表达增多，从而达到改善临床精神症状的效果。国外Dong等对精神分裂症小鼠分别给予单药(氯氮平、奥氮平、氟哌啶醇、舒必利)和药物+VPA，检测RELN启动子-414—-225bp附近甲基化程度，结果发现药物+VPA组较单一药物组的小鼠前额叶脑组织的RELN启动子甲基化程度明显降低，同时发现氯氮平+VPA和舒必利+VPA两组的RELN去甲基化作用更加显著。研究者推测药物联合VPA能降低RELN启动子甲基化的机制可能独立于单胺神经递质系统，并不是直接通过抑制DNMT来降低DNA甲基化，可能与MeCP2、MDB2、MBD4相关。Guidotti等[17]的研究也证实氯氮平、奥氮平和喹硫平能够影响DNA甲基化。同时，Dong等在小鼠的纹状体区也检测出这样类似的结果，但在肝脏中未检测到相关结果，Guidotti等人推测抗精神病药物DNA去甲基化的过程可能主要发生在中枢神经系统，尤其是GABA神经能系统，通过“DNA去甲基化酶，降低RELN甲基化，使组蛋白乙酰化增加，诱导染色质重塑，从而达到治疗疾病的作用。

　　五RELN基因与其他

　　近年研究报道青春期可以影响脑组织RELN基因甲基化进程，Carla Lintas等[19]发现未成年组和成年组在优势半球颞叶区RELN启动子- 131bp和一98 bp的DNA甲基化具有显著性差异，研究者认为童年时期的神经元突触具有较强的可塑性，这可能和RELN基因启动子低甲基化有关，随着青春期性激素的增多可能诱导RELN基因超甲基化，进而抑制了突触的可塑性，增加了神经发育障碍可能性，导致神经精神疾病的发生。Da Silva等[20]将雄激素和DNA甲基化联系起来，通过连续给Swiss小鼠注射氟他胺(一种非甾体类抗雄激素药物)，发现Swiss鼠血浆睾酮的降低和位于RELN启动子-860bp附近的胞嘧啶的甲基化有相关性。

　　众所周知精神分裂症通常起病于青春期，青春期是性激素发生剧烈改变的时期，那么关于性激素和精神分裂症发病过程有无明确关系，目前国内外研究较少，这方面可台甑茎会成为将来精神分裂症发病机制相关研究的热点。

　　六总结与展望

　　综上所述，目前大多数研究认为精神分裂症患者存在RELN启动子区CpG岛甲基化的异常，这种变化可能参与了精神分裂症的发病过程，但是也存在一些阴性结果，可能是和样本量的不足、抗精神病药物的干预、病情的不统一等有关。

　　近年来药物学研究也成为精神分裂症研究的一大热点，利用RELN启动子甲基化与抗精神病药物的关系可为后续新治疗策略的提出提供有益的参考价值，积极的干预RELN启动子甲基化进程可能为今后新药物研发提供很好的靶点。然而RELN启动子甲基化调控的研究还处于起步阶段，还需更多更深入的研究揭示RELN启动子甲基化在精神分裂症中的调控机制。

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