麻省理工学院（MIT）的研究人员发现，导致雷特综合征（Rett syndrome）的两种常见基因突变都会触发相同的分子级联反应，从而破坏发育中脑血管的结构完整性，使其出现渗漏。这项研究将问题追溯至特定微小RNA（miRNA-126-3p）的过度表达，并表明降低该miRNA的水平有助于修复血管缺陷。
雷特综合征是一种严重的发育障碍，影响大脑和身体。它由广泛表达的MECP2基因的各种突变引起，但首批症状要到患儿（多为女孩）2-3岁时才显现。由于这一阶段正是脑血管发育的关键时期，MIT皮考尔学习与记忆研究所（Picower Institute for Learning and Memory）的神经科学家开始研究两种常见但不同的MeCP2突变如何影响血管发育，并促成该疾病的严重神经病理表现。
为了开展这项研究（近期发表在《分子精神病学》（Molecular Psychiatry）上），第一作者Tatsuya Osaki（大崎达也）和资深作者Mriganka Sur（苏瑞甘卡）开发了先进的人体组织培养模型来模拟血管发育，分别培养含有和不含MeCP2突变的细胞。这些培养物不仅使研究人员能够模拟并密切观察突变如何影响血管，还使他们能在分子层面剖析所观察到的问题，并随后测试一种有效干预手段。
Sur表示：“微小RNA在雷特综合征中的作用已有所显示，但现在证明miRNA-126-3p实际上是MeCP2的下游分子，并直接涉及内皮细胞功能障碍，这是雷特综合征拼图中的重要一块。”Sur是皮考尔研究所和MIT大脑与认知科学系的牛顿神经科学教授。
构建血管与发现渗漏
基于多年的组织工程经验（包括在共同作者、MIT机械工程与生物工程教授Roger D. Kamm实验室担任博士后），Osaki利用雷特综合征患者捐赠的诱导多能干细胞（iPS细胞）构建了“三维微血管网络”。这些捐赠细胞被诱导成为干细胞，再分化成内皮细胞（血管的骨架）。内皮细胞嵌入凝胶中与成纤维细胞混合后，自行组装成管状网络，随后Osaki将其连接至微流体系统以提供循环。
一组培养物携带R306C突变。Osaki还创建了基因完全相同但无该突变的对照微血管。另一组培养物携带R168X突变。同样，Osaki利用CRISPR技术制作了除突变外完全相同的对照培养物。
Sur表示，研究团队选择这两种突变是因为它们相对常见，但对MeCP2基因的影响不同。发现这两种不同的雷特致病突变最终都会上调miRNA-126-3p并破坏血管完整性，这表明血管问题确实是该疾病的核心特征。
Sur说：“这些突变之间存在共同之处。”
具体而言，实验室测试显示，携带任一种突变的血管中，一种名为ZO-1的蛋白表达降低，而ZO-1对于确保血管内皮细胞之间形成紧密密封（如同瓷砖地板中的填缝剂）至关重要。ZO-1也无法定位到细胞连接处。进一步的测试证实，与对照相比，雷特突变血管培养物的渗漏性更高。
团队创建的另一细胞培养物中也出现了类似缺陷：他们在其中加入了星形胶质细胞，以更贴近地模拟血脑屏障（BBB）。血脑屏障严格调控物质进出血管并进入大脑。血脑屏障问题被普遍认为与阿尔茨海默病、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆等神经退行性疾病有关。
为了解血管问题如何损害雷特综合征的神经功能，研究人员将神经元暴露于来自雷特血管培养物的培养基中。这些神经细胞的电活动减少，表明雷特内皮细胞的分泌物可能干扰了神经元。
锁定元凶
一般来说，MeCP2的作用是抑制其他基因的表达。因此科学家预期，当MeCP2因突变受损时，会导致许多基因过度表达。然而ZO-1表达却下调了。必须有什么原因导致这一现象，微小RNA被列为嫌疑对象，Osaki说，因为它们充当基因表达的调节因子。
Osaki说：“这就是为什么我们假设在MeCP2突变与ZO-1下调以及血脑屏障通透性增加之间应该存在某种中介。我们将重点放在了微小RNA上。”
通过分析雷特培养物和对照培养物中的微小RNA谱，科学家发现miRNA-126-3p过度表达。通过RNA测序，团队还鉴定出更多维持血管完整性所必需、但在雷特培养物中失调的分子通路。
虽然测序和谱图将miRNA-126-3p上调与改变的分子级联反应相联系，Osaki和Sur寻求更确切的证据。为此，他们用“反义”分子（一种可降低miRNA-126-3p水平的分子）处理雷特突变培养物。结果导致ZO-1表达增加，内皮细胞屏障功能部分恢复——即血管培养物中渗漏减少。敲低该miRNA的表达还使科学家追踪的分子通路恢复到更健康的状态。
目前有一种名为miRisten的药物可抑制miR-126，正在进行白血病的临床试验。Osaki和Sur表示，他们计划将该药物用于雷特综合征小鼠模型，以观察其是否有效。
除Osaki、Sur和Kamm外，该论文的共同作者还包括Zhengpeng Wan（万正鹏）、Koji Haratani（原田浩二）、Ylliah Jin、Marco Campisi和David Barbie。
该研究的资金来自美国国立卫生研究院、MURI基金、Freedom Together基金会以及西蒙斯社会脑中心等机构。
【全文结束】