概要：
研究人员揭示了瑞特综合征的最早细胞起源。该研究通过在分析前物理分离同一嵌合女性大脑中基因健康和突变的脑细胞，避开了传统的组织水平障碍。研究团队在海马体内结合了整体和单核RNA测序。数据显示，一个核心的12基因无症状标志物导致早期突触功能障碍，并确定了一种高度特化的细胞类型——三层中间神经元——在临床症状出现之前就对早期基因衰变异常敏感。
关键发现
嵌合体之谜：瑞特综合征是一种罕见且严重的神经发育障碍，由X连锁基因MECP2的突变引起，该基因作为数千个下游基因的主调节因子。由于女性细胞经历随机X染色体失活，女孩的大脑变成嵌合体：约50%的神经元是健康的(MeCP2阳性)，50%携带突变(MeCP2阴性)。
规避组织重叠：从历史上看，整个组织的"整体"RNA测序掩盖了早期细胞衰变，因为健康细胞稀释了突变细胞的信号。为解决这一问题，Zoghbi实验室从同一嵌合女性海马体中物理分离了MeCP2阳性和MeCP2阴性细胞，首次绘制了单个细胞谱型。
12基因无症状蓝图：通过比较两性间的单个细胞读数，共同第一作者Ashley Anderson博士和Yan Li分离出12个基因的核心分子标志物，这些基因在无症状阶段的突变细胞中持续受到干扰。这些基因调控突触构建，证明神经元间通讯中断是疾病进程的第一步。
三层中间神经元缺陷的发现：单核数据显示了一个完全出乎意料的细胞靶点：三层中间神经元。这些特化细胞横跨海马体的多层，协调复杂的大规模数据路由。在MECP2功能障碍下，三层中间神经元表现出比任何其他神经元类型更严重的基因干扰。
有毒细胞邻域效应：重要的是，该研究证明女性大脑内的基因正常(MeCP2阳性)细胞也无法幸免于损害。邻近突变细胞的存在主动扭曲了周围的微环境，改变健康神经元的基因表达，解释了为什么瑞特综合征会引发广泛、系统的脑功能障碍。
早期干预的转化意义：绘制这些细胞特异性切入点为科学家提供了评估治疗效果的客观生物标志物。Zoghbi博士强调，早期靶向这12个核心基因或保护高度易损的三层中间神经元，可以打开一个关键窗口，减缓、停止或在症状出现前潜在地预防瑞特综合征的进展。
来源： 贝勒医学院
为了更好地理解瑞特综合征症状出现的驱动因素，贝勒医学院和德克萨斯儿童医院邓肯神经科学研究所以的研究人员仔细观察了症状出现前瑞特综合征模型小鼠的脑细胞。他们确定了一组功能失调的基因和对早期基因变化敏感的特定细胞类型。该研究发表在《科学进展》上。
瑞特综合征是一种罕见的遗传性神经疾病，主要影响女孩。患有瑞特综合征的女孩在婴儿期通常发育正常，但在6至18个月大时，她们开始失去语言、有意运动和社交互动等技能。
MECP2突变触发核心12基因突触干扰谱型，对三层中间神经元影响最为严重，并通过嵌合体邻域效应主动扭曲邻近健康细胞。图片来源：Neuroscience News
"瑞特综合征是由一个名为MECP2的基因突变引起的，该基因在调节脑细胞中其他基因的开启和关闭方面起着关键作用，"贝勒医学院杰出服务教授、邓肯NRI主任、霍华德·休斯医学研究所研究员Huda Zoghbi博士说。
"这些突变导致基因失去功能，影响数千个其他基因的适当调节。'MECP2基因位于X染色体上，'"Zoghbi实验室分子与人类遗传学博士后Ashley Anderson博士说。
"女性细胞有两条X染色体，但每个细胞随机关闭其中一条染色体，形成嵌合细胞环境，约一半的脑细胞使用健康的MECP2版本(MeCP2阳性细胞)，另一半使用突变版本(MeCP2阴性细胞)。然而，男性只有一条X染色体，因此所有细胞都有突变的MECP2，导致生命早期出现更严重的疾病。"
"使瑞特综合征研究特别具有挑战性的是，健康和突变细胞以我们刚刚开始理解的方式相互影响，"Zoghbi实验室研究生、共同第一作者Yan Li说。"通过研究反映这种嵌合条件的雌性小鼠，以及只携带突变拷贝的雄性小鼠，我们开始解开这些效应。"
研究人员研究了海马体（参与学习和记忆的大脑区域，已知在疾病早期受到影响）中细胞的基因表达模式或基因活性。本研究的一项关键技术进步是在研究细胞前物理分离MeCP2阳性和MeCP2阴性细胞，使研究人员首次能够比较来自同一嵌合女性大脑的突变和健康细胞中的基因活性。
"我们应用了两种分子技术来测量这些细胞中哪些基因被开启或关闭，"Li说。"整体RNA测序向我们展示了整个组织的基因活性，而单核RNA测序使我们能够分析单个细胞中的基因活性。使用这两种技术使我们既能看到'整体情况'，又能放大到特定的细胞类型。"
在雌性小鼠中，当测量整个脑组织时，基因活性的总体变化看起来很小。然而，当研究人员检查单个细胞时，出现了截然不同的情况。"我们发现，重要变化在整体测量中并不明显，因为它们只发生在某些细胞中，"Li说。"例如，携带Mecp2突变的细胞只在特定细胞类型中表现出强烈的基因干扰，而我们在整体研究中分析细胞混合物时没有检测到这一点。这表明在瑞特综合征等嵌合条件下，研究单个细胞对于充分理解疾病至关重要。"
"Anderson说："我们发现了12个在疾病非常早期阶段且仅在Mecp2突变细胞中持续改变的基因。这些基因无论性别或疾病严重程度如何，都以相同方式上调或下调。我们提出，这些基因可能代表早期的'核心疾病标志物'。这些基因中的许多都参与脑细胞(突触)之间的通信，表明神经元连接和信号传导的干扰可能是瑞特综合征的最早步骤之一。"
"虽然这项研究在Mecp2阴性细胞中发现了核心疾病标志物，但也揭示了即使在女性中，健康细胞(具有正常Mecp2基因)也并非完全不受影响。"我们发现，一些具有正常Mecp2的脑细胞由于邻近缺陷细胞的存在而发生基因活性变化，"Anderson说。"这表明细胞可以受到环境的影响，有助于解释为什么即使许多细胞在基因上是正常的，瑞特综合征也会导致广泛的脑功能障碍。"
一个令人惊讶的发现是，一种称为三层中间神经元的神经元，以前从未与瑞特综合征相关联，在MeCP2功能障碍时表现出比其他神经元类型更强的干扰。这些细胞连接海马体的多个层次，帮助协调大脑内的通信。需要进一步研究以更好地了解这些中间神经元在瑞特综合征中的作用。
"Zoghbi说："理解这些早期和细胞特异性变化提供了监测干预效果的标志物，以及理解驱动瑞特特征的脑回路的切入点。如果科学家能够靶向最早的分子干扰，或保护最易受损的细胞类型，就有可能减缓或防止瑞特综合征的进展。此外，这项工作为研究涉及嵌合现象或影响特定脑细胞群体的其他遗传状况提供了参考。"
贝勒医学院和/或邓肯NRI的Guantong Qi、Sih-Rong Wu、Jean-Pierre Revelli、Hu Chen和Zhandong Liu也为这项工作做出了贡献。
资助： 本工作由国家神经障碍和中风研究所(R01NS057819，F32N122920-01A1)和霍华德·休斯医学研究所支持。本研究部分得到了贝勒医学院RNA原位杂交核心设施的支持，该设施由邓肯神经科学研究所以、美国国立卫生研究院的共享仪器补助金(1S10OD016167)和尤妮丝·肯尼迪·施莱佛国家儿童健康与人类发展研究所的NIH IDDRC补助金P50 HD103555支持。
关键问题解答：
问：为什么患有瑞特综合征的女孩在婴儿期似乎完全正常发育，然后突然失去技能？
答： 因为潜在的基因损伤在身体症状显现之前在细胞水平上悄悄积累。这项贝勒研究显示，在言语或运动技能下降之前，参与突触通信的一组12个核心基因在突变脑细胞内悄悄受到干扰。一旦这些神经连接的关键数量崩溃，大脑就无法再进行补偿，导致在6至18个月大时突然出现症状。
问：什么是细胞嵌合现象，为什么它使过去的瑞特综合征研究如此困难？
答： 嵌合现象意味着儿童的大脑是两种完全不同细胞类型的混合物。由于MECP2基因位于X染色体上，女性每细胞随机关闭一条X染色体，因此患有瑞特综合征的女孩的大脑一半是完全健康的细胞，一半是突变细胞。过去，科学家在测试过程中将这些细胞混合在一起，导致健康细胞稀释并隐藏了突变细胞内部发生的早期预警信号。
问：什么是三层中间神经元，为什么它们的发现改变了我们对疾病的理解？
答： 三层中间神经元是特化的协调细胞，横跨海马体的多层以管理数据流量。研究人员发现，当MECP2功能障碍时，这些特定的中间神经元比标准神经元遭受更严重的基因干扰。确定它们为科学家提供了一个精确的细胞靶点进行保护，表明保护这种单一细胞类型可能有助于保持整体脑回路通信。
编辑注：
- 本文由Neuroscience News编辑编辑。
- 完整审阅了期刊论文。
- 工作人员添加了额外背景。
关于这项自闭症和遗传学研究新闻
作者：Graciela Gutierrez
来源：贝勒医学院
联系人：Graciela Gutierrez – 贝勒医学院
图片：图片归功于Neuroscience News
原始研究： 开放获取。
"单核分析揭示早期瑞特综合征的核心疾病标志物和细胞类型特异性脆弱性"，作者Yan Li、Ashley G. Anderson、Guantong Qi、Sih-Rong Wu、Jean-Pierre Revelli、Hu Chen、Zhandong Liu和Huda Y. Zoghbi，《科学进展》
DOI:10.1126/sciadv.aeb4265
摘要
单核分析揭示早期瑞特综合征的核心疾病标志物和细胞类型特异性脆弱性
瑞特综合征(RTT)是一种由MECP2突变引起的X连锁神经疾病，在女性(嵌合体)与男性(非嵌合体)中创造不同的细胞环境。
尽管女性患者占大多数，但嵌合现象如何在分子上促进RTT发病机制，特别是在无症状阶段，仍知之甚少。为解决这一问题，我们使用整体和单核RNA测序对年轻雌性和雄性RTT小鼠的海马体转录组进行了分析。
我们在RTT模型中仅在MeCP2−细胞中识别出一个核心疾病标志物，即持续失调的基因。此外，我们在女性MeCP2+兴奋性神经元中发现了仅有的非细胞自主效应，表明这些回路在嵌合RTT环境中早期更为脆弱。单核数据还揭示了一种被低估的MeCP2−中间神经元亚型，在雄性和雌性RTT海马体中都表现出最多的转录失调。
总之，这些数据强调了MeCP2缺失对嵌合和非嵌合环境中兴奋性和抑制性回路的不同影响，在早期RTT发病机制中具有重要意义。
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