【佳学基因检测】脆性 X 综合征的基因检测及创新药物治疗

脆性 X 综合征

由于人类疾病基因的高度保守性,因为具有强大而复杂的基因解码具包以及快速的生成时间，果蝇神经疾病模型对基因解码进展做出了巨大贡献。脆性 X 综合征 (FXS) 是智力障碍和自闭症谱系障碍最普遍的基因原因，果蝇脆性X综合征 疾病模型对于新的细胞间分泌机制的基因筛查发现至关重要。在这里，脆性X综合征基因解码基因检测关注三个主要信号通路的作用：BMP、Wnt 和胰岛素样肽。脆性X综合征基因解码基因检测介绍果蝇与干细胞/胚胎、谷氨酸能神经肌肉接头 (NMJ) 突触模型与发育中的成人大脑中的小鼠模型相比，脆性X综合征模型缺陷。所有这三种分泌的信号通路在脆性X综合征疾病模型中都发生了显著改变，为受损的细胞结果和神经表型提供了新的基因解码。果蝇提供了一个强大的基因筛选平台，以拓展对这些分泌机制的理解，并测试细胞在外周和中枢神经系统中的作用。这些研究证明了探索广泛的遗传相互作用和意想不到的调控机制的重要性。脆性X综合征基因解码基因检测讨论了在未来 脆性X综合征 研究和潜在疗法开发中追求 BMP、Wnt 和胰岛素信号传导的许多研究途径。

脆性 X 综合征基因检测与个性化治疗关键词： 

骨形态发生蛋白，胰岛素样肽，脆性x智力低下蛋白，无翅蝇

脆性X综合征疾病发生的基因解码及治疗现状介绍

果蝇基因组包含约 70% 的人类疾病基因的保守同源物，这些基因已被反复证明在相似的细胞和组织中介导同等功能。正向和反向遗传策略的组合用于模拟人类疾病。在正向遗传学中，突变是由化学诱变剂（例如，甲磺酸乙酯）或转座子插入（例如，p 元素）随机诱导的，并筛选感兴趣的表型。在反向遗传学中，靶向突变是通过转座子介导的诱变（例如，p 元素切除）或最近通过使用成簇的规则间隔短回文重复序列/Cas9 (CRISPR/Cas9) 进行的。为了表达或敲除基因，可靶向二元表达系统（例如，Gal4/UAS）允许对果蝇或人类基因进行救援研究，以及 RNA 干扰 (RNAi) 以减少特定时间和特定细胞中的转录物。对于神经系统疾病模型，已采用发育中的果蝇中枢神经系统 (中枢神经系统) 对个体特异的神经干细胞和神经元水平进行明确。对于关键的突触研究，果蝇谷氨酸能神经肌肉接头 (NMJ) 提供了卓越的成像和电生理通路，已被证明在模拟多种疾病状态方面非常宝贵。最近，果蝇使用复杂的转基因荧光成像研究和透射电子显微镜超微结构重建的脑神经回路映射在单细胞水平上提供了惊人的分辨率。总之，这些组合工具使果蝇神经系统疾病模型能够为发现基本的疾病原因做出巨大贡献。

果蝇筛选方法对于确定分泌的细胞间信号通路至关重要，包括发现 Wingless (Wg) 作为 Wnt 的基础配体 ，以及发现骨形态发生蛋白 (BMP) 配体。最近的反向遗传策略揭示了果蝇胰岛素样肽 (ILP) 分泌和信号传导的重要作用。这些分泌的信号对许多细胞调节过程至关重要；包括增殖、分化、迁移、生长、功能和程序性死亡。在果蝇谷氨酸能 NMJ，Wnt/BMP/ILP 配体及其受体参与双向跨突触神经元-肌肉和细胞间神经元-胶质细胞通讯。更一般地说，干扰 中枢神经系统 中这些分泌的细胞间信号通路会导致异常的神经发生/胶质发生、突触发生和神经回路重塑，从胚胎阶段开始，并因此产生缺陷感觉处理、协调运动和更高的大脑功能。一直以来，自闭症和神经退行性疾病的特征是 BMP、Wnt 和 ILP 的分泌调节不佳。例如，阿尔茨海默病模型会积累 Wnt 配体，导致突触后细胞发炎。然而，神经系统疾病状态下分泌的细胞间信号传导尚未得到充分研究，特别是对于神经发育。最近，果蝇正向和反向遗传筛选策略已经开始揭示疾病模型背景下的重要分泌机制。

脆性 X 综合征 (FXS) 是导致遗传性智力障碍的主要神经发育障碍，通常与自闭症谱系障碍 (ASD) 合并症有关。大多数 脆性X综合征 疾病病例是由于脆性 X 智力低下 1 ( FMR1 ) 基因 5' 非翻译区 CGG 重复序列 (>200) 的扩增，导致表观遗传高甲基化和脆性 X 智力迟钝蛋白 (FMRP)的丢失。一些报道的疾病病例是 FMRP RNA 结合域 (RBD) 中的点突变（例如，Gly266GLu (G266E)、Ile304Asn (I304N)），它们损害了典型的 FMRP mRNA 翻译调节功能 . 在临床上，脆性X综合征 患者表现出低智商、社交自闭症、多动症和学习/言语的发育迟缓。在哺乳动物中，FMRP 有两个旁系同源物，Fragile X Related 1 (FXR1) 和 FXR2，具有可分离的功能。只有 FMRP 丢失会导致 脆性X综合征，并且只有人类 FMRP 可以挽救果蝇脆性X综合征 模型神经系统缺陷，包括 NMJ 和大脑中的额外突触形成、大脑神经回路重塑缺陷和学习/记忆受损。最近的研究表明，BMP、ILP 和 Wnt 信号传导缺陷与果蝇脆性X综合征疾病模型表型有关。脆性X综合征的基因解码基因检测总结了果蝇中这些分泌的细胞间信号通路的关键发现脆性X综合征 模型与小鼠 脆性X综合征 模型和人类 脆性X综合征 患者的比较。脆性X综合征基因解码基因检测讨论了未来 脆性X综合征 研究信号缺陷的有希望的新途径，以及基于纠正分泌性交流障碍的新治疗策略的潜力。

第 1 部分：脆性X综合征 中的 BMP 基因如何参与疾病的发生

BMP 信号通路广泛参与细胞增殖、分化和死亡的调节。一致地，BMP 在胚胎 中枢神经系统 发育过程中的神经发生和胶质发生中具有重要作用，并且已知这些分泌的信号传导功能在 FXR 突变家族（FMR1、FXR1和FXR2 ）中受损。例如，FXR2 缺陷小鼠通过上调分泌的 BMP 结合头蛋白抑制 BMP 信号传导，该头蛋白通常在阻止 BMP 配体与其受体结合的过程中发挥作用，导致海马齿状体内神经祖细胞 (NPC) 增殖和分化回 (DG) 异常。作为 RNA 结合调节剂，FXR2 缩短了靶向noggin的半衰期mRNA，从而抑制从 DG-NPC 特异性分泌的 Noggin 蛋白水平，导致发育中的海马内神经元分化增加和星形胶质细胞分化减少。在 FXR2 敲除小鼠中，外源性 BMP2 治疗和内源性 Noggin 阻滞均可挽救 DG-NPC 的神经元和星形胶质细胞分化/增殖缺陷。BMP 信号在从 脆性X综合征 患者获得的人诱导多能干细胞 (hiPSC) 中也受到错误调节。基因表达谱显示 BMP7 配体和 BMP 2 型受体 (BMPR2) 都是 hiPSC 中的 FMRP 靶基因。然而，该报告没有将异常 BMP 信号传导与神经元分化缺陷联系起来。因此，研究 BMP 配体和 BMPR 在 脆性X综合征 条件下驱动神经发生/胶质发生的干细胞决策机制中的作用非常重要。

在神经发育后期，分泌的跨突触 BMP 信号调节果蝇幼虫谷氨酸能神经肌肉接头的突触结构和功能。图1)，包括运动神经元末端生长 、神经传递强度和维持体内平衡。三种已知的 BMP 配体 Decapentaplegic (Dpp)、玻璃底船 (Gbb) 和螺丝 (Scw) 从突触前肌肉或突触后肌肉分泌，以激活 BMP I 型受体粗静脉 (Tkv)和萨克斯管 (Sax)，以及两种 II 型受体之一如意思维 (Wit) 或平底船 (Put)。在突触前小结中，BMP 信号通过抑制 mRNA 结合的 FMRP 功能促进微管相关蛋白 (MAP) 正调节因子futsch（人类 MAP1B）mRNA 翻译，从而上调突触生长。在小鼠中，突触前 FMRP 还结合BMPR2 mRNA（果蝇Wit 同源物）以抑制全长异构体翻译，从而导致神经元内非经典 BMP 通路成分 Lin11/Isl1/Mec3 结构域激酶 1（LIMK1）的积累。结合来自果蝇的见解和小鼠模型显示下游增加的 LIMK1 过度磷酸化 cofilin 以刺激肌动蛋白聚合，进而导致果蝇NMJ bouton 和小鼠神经元树突棘过度生长，以及果蝇幼虫活动过度。在 脆性X综合征 患者的大脑皮层中，全长 BMPR2 蛋白和 phospho-cofilin 水平均增加，这与果蝇和小鼠 脆性X综合征 模型的发现一致。

图1:非规范 BMP 信号受 FMRP 限制以限制突触发生。在果蝇幼虫神经肌肉接头突触后区室（底部）中，FMRP 直接与staufen ( stau ) mRNA 结合以促进翻译。反过来，Staufen 结合coracle ( cora ) mRNA 以抑制翻译。Coracle 作为肌动蛋白支架锚定谷氨酸受体 II A 型 (GluRIIA)，与 Bruchpilot (Brp) 支架的突触前活性区相对。由突触后 FMRP 缺失引起的 GluRIIA 积累激活非规范的反式-通过 BMP 受体 (BMPR) 一厢情愿 (Wit) 的突触信号传导以驱动突触前活性区周围的疯狂磷酸化 (pMad)，导致突触小结形成。使用 BioRender ( BioRender.com ) 创建的图。

在果蝇NMJ 突触后结构域中，FMRP 抑制非经典反式突触 BMP 信号传导以负调节突触前小结的形成(图1）。突触后 FMRP 结合双链 RBP (dsRBP) staufen ( stau ) mRNA 以稳定肌肉中的转录物 (图1）。翻译后的 Stau 蛋白反过来结合coracle ( cora ) mRNA 以限制这种谷氨酸 II A 型受体 (GluRIIA) 锚定肌动蛋白支架的翻译(图1)。Coracle 属于肌动蛋白结合 4.1 ezrin-radixin-moesin (FERM) 家族，通常在其 N 端具有受体相互作用的 ERM 结构域。然而，在酵母双杂交研究中证明 Coracle C 末端与 GluRIIA 结合，因此 Coracle 的 F-肌动蛋白和谷氨酸受体结合结构域仍然不明确（图1）。尽管如此，果蝇脆性X综合征 模型中的 GluRIIA 积累可以通过突触后 FMRP-Stau-Cora 调节途径很好地解释，该途径激活突触前母亲对十脑瘫（Mad）的磷酸化，以驱动 NMJ bouton 过度生长（图1）。有趣的是，Coracle 过表达和 RNAi 表型，与其他神经发育情况一样，以及 GluRIIA 诱导的 pMad 产生不涉及 BMP 配体，但确实依赖于 BMP 受体 Wit 和 Sax。GluRIIA 被认为通过跨膜 GluR 聚集蛋白 Neto 与 Wit 相互作用，但这种依赖 FMRP 的非规范跨突触 BMP 信号传导的机制仍有待充分阐明。

最后，BMP 信号在调节神经元凋亡和自噬中也具有重要作用。由于程序性细胞死亡在维持组织稳态中起着关键作用，因此细胞死亡的失调与包括 ASD 在内的多种人类神经发育疾病有关 . 在这个过程中，BMP 受体和下游的 SMAD ( C. elegans s mall (SMA) + Drosophila Mad）信号用于连接线粒体和 Wnt 信号调节网络（见下文）。从机制上讲，增强型磷酸化 SMAD1/5/9 (pSMAD1/5/9) 与肿瘤抑制因子 p53 蛋白结合，从而防止 p53 降解与泛素连接酶小鼠双分钟 2 (MDM2) 形成复合物 . 因此，积累的 p53在BMP 1A 型受体( BMPR1a ) 突变小鼠中激活Bax介导的凋亡途径。为了抑制新生小鼠激活素 A 1 型受体（ACVR1，另一种 BMP 1 型受体）突变的颅神经嵴细胞 (CNCCs) 自噬，积累的 pSMAD1/5/9 激活哺乳动物雷帕霉素复合物 1 靶标 (mTORC1) 以阻断 β-连环蛋白降解和增加 Wnt/β-catenin 信号传导 。虽然 FMRP 与这种类型的 BMP 信号传导有很强的相互作用，但脆性X综合征 模型中 BMP 介导的神经细胞死亡缺陷尚未得到很好的研究。鉴于 RNA 结合 FMRP 与 SMAD 家族转录物结合 ，脆性X综合征基因解码基因检测假设 FMRP 控制 SMAD 蛋白水平以直接调节 BMP 信号传导，这可能会影响从神经发生到突触发生再到神经发育过程中细胞死亡调节的事件。总之，FMRP可以通过级联途径直接激活BMP信号，并靶向BMP受体和下游分子，从而调节神经元的发育和存活。

第 2 部分：脆性X综合征 中的胰岛素样肽信号传导

脆性X综合征中异常胰岛素样肽 (ILP) 信号传导的研究源于脆性X综合征 模型中升高的磷酸酶和张力蛋白 (PTEN)、雷帕霉素靶点 (TOR)、磷酸肌醇 3-激酶 (PI3K) 和活化蛋白激酶 B (Akt)，以及患者神经元，这与从小鼠脆性X综合征 模型海马的转录组分析中发现的升高的胰岛素信号传导一致。在果蝇脆性X综合征 干细胞中，FMRP 还通过LIN-28抑制胰岛素样受体 (InR) ， LIN-28 是翻译胰岛素样生长因子所需的 RNA 结合蛋白。果蝇FMRP 通过控制下游 PTEN 和磷酸化 Akt (pAkt) 激活抑制成年脑神经元的 ILP 分泌，从而实现昼夜节律行为，并促进短期和长期记忆 。通过基因技术减少dfmr1突变体中的 ILP 配体或 InR 显著挽救了昼夜节律和记忆缺陷，这与在dfmr1无效神经元中表达 pAkt 抑制剂 PTEN 的结果一致。同时，喂食二甲双胍的dfmr1突变体也显示出短期和长期记忆缺陷得到改善。同样，喂食二甲双胍的小鼠脆性X综合征模型显示出成人的认知功能改善和癫痫发作率降低。此外，二甲双胍治疗还可以挽救成年 脆性X综合征 雄性小鼠的树突过度生长、基质金属蛋白酶 9 (MMP-9) 分泌水平升高、细胞外信号调节激酶 (ERK) 信号传导和过度磷酸化真核翻译起始因子 4E (eIF4E) 的上调。与此一致地，两名接受二甲双胍临床治疗 1 年的 脆性X综合征 患者在认知和言语行为方面表现出显著改善，这表明胰岛素信号传导的校正可以为可能的脆性X综合征 治疗提供令人兴奋的新途径。

在果蝇脆性X综合征 模型中，ILP 信号的 FMRP 调节参与 中枢神经系统 发育。在果蝇祖干细胞（成神经细胞）中，随后在发育中的神经胶质细胞中，FMRP 通过抑制 ILP 信号依次限制幼虫脑成神经细胞的再激活。在靶向神经母细胞的 FMRP 基因敲除后，含有细胞周期蛋白 E（G1/S 相变标志物）的细胞数量仅在年轻动物中显著上调（幼虫孵化后 6-12 小时；ALH），表明需要 FMRP 来限制自主神经母细胞再激活。然而，在神经胶质细胞中特异性敲低 FMRP 会在后期发育阶段（12-24 小时 ALH）提高细胞周期蛋白 E 阳性细胞数，表明神经胶质细胞中的 FMRP 也是非自主成神经细胞再激活所必需的。使用 pAkt 作为 ILP 信号的阳性读数，FMRP 丢失会在成神经细胞中诱导信号上调，但在胶质细胞中不会。在开发果蝇在成人大脑中，ILP 信号随后在神经回路经历重塑并伴有程序性细胞死亡时参与神经元去除。为了维持大脑稳态，神经胶质细胞通过吞噬机制修剪神经元突起并去除整个神经元。例如在果蝇中涉及切断天线的成人损伤模型，受损神经元释放 ILP 配体，激活神经胶质 InR，导致神经胶质吞噬受体 Draper (Drpr) 的表达增强以及随后的神经胶质吞噬和轴突清除。这项工作清楚地表明 ILP 信号传导参与损伤后神经元的胶质吞噬作用，并提出了在正常大脑发育过程中类似机制的问题。

在发育瞬态色素分散因子三 (PDF-tri) 时钟神经元中，需要 FMRP 来介导从早期成年蝇大脑中去除。在果蝇脆性X综合征 模型中，神经元到胶质细胞的 ILP 信号是驱动 Dynamin ( Drosophila shibire ) 神经清除的胶质细胞吞噬机制所必需的（图 2）。在dfmr1突变体中，神经胶质膜上的磷酸化 InR (p-InR) 水平也显著降低，这与 PDF-tri 神经元的发育清除延迟有关。此外，在dfmr1基因突变中组成型激活神经胶质 InR 可恢复正常的神经元清除，表明 FMRP 依赖的神经胶质 InR 激活是吞噬作用所必需的。此外，降低dfmr1无效基因突变中 ESCRT-III 膜重塑剂 Shrub 的水平有助于恢复下调的胶质 p-InR 水平和 PDF-tri 神经元清除缺陷，这表明 FMRP 通过 Shrub 起作用以促进 InR 磷酸化和胶质吞噬作用。请注意，ILP-InR 信号的 FMRP 调节目前似乎依赖于细胞类型（例如，神经与胶质 InR）和发育阶段（例如，未成熟与成熟大脑）。目前尚不清楚神经元 FMRP 依赖性 ILP 信号如何与其他信号一起诱导神经胶质吞噬作用，包括神经元衍生的神经胶质 Draper 受体配体（图 2)。这对于胶质细胞的吞噬作用至关重要。FMRP 被提议用于调节多种神经元配体的分泌，这些配体依次或协同地作为“找到我”和“吃掉我”信号驱动胶质细胞吞噬作用（图 2）。重要的是识别和排序这些依赖 FMRP 的分泌信号，并将它们与 ILP 分层排列，以充分了解胶质细胞吞噬作用重塑机制。

图 2：由神经元 FMRP 调节的分泌信号协调胶质细胞吞噬作用。在早期成年果蝇大脑 PDF-Tri 神经元中，FMRP 被提议用于促进胰岛素样肽 (ILP) 的分泌，这些肽可驱动神经胶质胰岛素受体磷酸化 (InR-P) 以触发神经元过程的神经胶质吞噬作用。在神经胶质细胞中，Draper 吞噬受体 (Drpr) 的表达因神经元 FMRP 的丧失而升高。然而，参与这种 FMRP 依赖机制的神经元 Drpr 配体（例如 Pretaporter、磷脂酰丝氨酸）仍然未知。神经元 FMRP 可能调节许多其他“找到我”和“吃掉我”分泌的神经信号，这些神经信号募集神经胶质并指导神经胶质吞噬，范围从单个突触到全脑神经元。使用 BioRender ( BioRender.com ) 创建的图。

第 3 部分：脆性X综合征 中的 Wnt 信令

Wnt 的首字母缩略词来源于Drosophila Wingless (Wg)，其发育作用在著名的片段极性筛选 ( Nüsslein-Volhard 和 Wieschaus, 1980 ) 和小鼠 INT-1 中被确定，来自病毒诱导的乳腺肿瘤发生筛选。果蝇中有 7 个 Wnt ，小鼠中有 19 个。半胱氨酸棕榈酰化 Wnt 在七次跨膜蛋白 Wntless (Wls) 和均匀性中断 (Evi) 的帮助下分泌。Wnt 受体包括 Frizzled (Fz) 家族、低密度脂蛋白受体相关蛋白-5/6 (LRP-5/6)、受体酪氨酸激酶样孤儿受体-1/2 (ROR1/2)，并与酪氨酸 (Y) 激酶 (Ryk)。重要的是，淀粉样前体蛋白 (APP) 最近被报道为 Wnt3a/5a 的受体，可限制小鼠的神经生长。Wnt 信号通路广泛参与发育决策、组织自我更新和细胞死亡。在 脆性X综合征 疾病模型中，失调的 Wnt 信号传导会损害胚胎发育、神经发生/胶质发生和后来的突触发生。FMRP 缺乏导致 Wnt 信号减少，导致神经元分化减少，但在小鼠海马中的未成熟成人神经祖细胞 (aNPC) 中星形胶质细胞分化增加。FMRP 结合糖原合酶激酶 3β (GSK3β) mRNA，这是经典 Wnt 信号传导中众所周知的 β-连环蛋白抑制剂，FMRP 缺失会增加 GSK3β 水平以抑制 Wnt3a 阳性 aNPCs 中的 β-连环蛋白。该途径下调神经发生并促进胶质发生。该研究还报告说 FMRP 结合细胞周期蛋白 D1 和 CDK4 mRNA 以限制神经祖细胞增殖。

在小鼠 脆性X综合征 模型中，GSK3β 的药理学抑制通过挽救神经发生和神经元成熟缺陷显著改善海马依赖性学习，进一步证实 Wnt 信号传导参与 脆性X综合征 大脑发育。然而，GSK3β 抑制作为一种潜在的 脆性X综合征 治疗的临床试验显示只有微小的改善，可能是因为 FMRP 对 Wnt 信号传导的神经分化调节发生在早期发育过程中，在这些试验中被绕过。在小鼠青少年 脆性X综合征 模型中，抑制 GSK3α 还可纠正异常蛋白质合成、听源性癫痫发作、感觉皮层过度兴奋以及学习和记忆缺陷。除了 GSK3 家族之外，FMRP 还针对胚胎小鼠皮层中的其他几个 Wnt/β-catenin 信号通路成分转录物，包括 Abelson Helper Integration Site 1 (Ahi1)、Catenin Alpha 2 (Ctnna2) 和 Catenin Beta 1 （Ctnnb1）。SRY 相关的 HMG-box (SOX) 转录因子通过多种机制调节 Wnt 信号传导，包括 β-连环蛋白相互作用和辅因子募集。在 Wnt 信号传导中，SOX2/9 有助于神经发育，FMRP 抑制 SOX2 并增强 SOX9 表达以促进脆弱的 X 人神经前体细胞 (FX-NPC) 神经元与胶质细胞的比率 。这些发现表明 Wnt 信号操纵可能是一种可行的 脆性X综合征 治疗策略，并应激励研究人员继续筛选影响 Wnt 信号传导的可能靶分子。

在果蝇脆性X综合征 模型中，FMRP 调节反式突触 Wnt 信号以调节谷氨酸能 NMJ 幼虫突触发生。Wingless (Wg) 是 Wnt 配体，尽管可能涉及 Wnt2/5。Frizzled-2 (Fz2) 是 Wg 受体。FMRP 丢失增加了突触前 boutons 的 Wg 分泌，以诱导幼虫肌肉 Fz2 C 末端 (Fz2-C) 的切割，其作为第二信使转移到突触后细胞核。一致地，突触前运动神经元内的 Wg 过表达将激活突触后肌核内的 Fz2-C 积累。在里面果蝇脆性X综合征 模型，GPI 锚定的硫酸乙酰肝素蛋白多糖 (HSPG) glypican Dally 样蛋白 (Dlp) 作为 Wg 共受体，以及跨膜 HSPG 多聚体 (Sdc)，在 NMJ 突触末端均高度升高。在dfmr1基因突变体中，突触前 Wg 分泌和突触后 Dlp 共受体水平升高驱动幼虫多余的突触 bouton 形成和神经传递强度升高。在dfmr1 null中通过基因恢复 Dlp 和 Sdc独立地挽救了 NMJ 结构和功能缺陷。由于 Dlp 受到分泌的硫酸乙酰肝素 6-O-内硫酸酯酶 (Sulf1) 的负调控，从而促进 Fz2-C 信号传导，dfmr1突变体中核 Fz2-C 水平降低表明，可能需要 FMRP 通过维持 Sulf1 来限制 Dlp，从而增加 Fz2-C 易位至突触后核。总之，FMRP 在多个水平上调节 Wg反式突触信号传导，包括突触前 Wg 分泌、突触后 Wg 共受体控制以及切割的 Fz2-C 受体第二信使进入突触后核的信号转导。

在果蝇脆性X综合征 模型中，FMRP 调节基质金属蛋白酶 1 (MMP1) 的分泌，这是一种切割细胞外蛋白的蛋白酶，通过调节分泌的 Wnt 信号传导来调节幼虫突触结构和功能。空dfmr1突变体表现出 MMP1 和 MMP1 蛋白水解酶活性在谷氨酸 NMJ 处突触前 boutons 周围的上调。果蝇只有两种 MMP（分泌的 MMP1 和 GPI 锚定的 MMP2），分泌的蛋白酶特别受 FMRP 影响。在小鼠成年 脆性X综合征 模型中，分泌的 MMP7/9 同样在至少 23 个 MMP 中呈正上调，与 Wnt 信号传导差异相关。虽然尚未在小鼠中报道 Wnt-MMP 调节网络的直接研究，但突触 MMP1 上调dfmr1幼虫基因突变可通过基因校正突触 Dlp 水平来防止。该机制在神经元活动的下游起作用，以控制快速突触 bouton 形成，Dlp 促进局部突触 MMP1 蛋白水解活性。这些发现表明 FMRP-Wg-Dlp-MMP1 调节网络在分泌的突触基质空间中相互作用，以控制依赖于活动的 NMJ 突触发生。该机制的一个提示是 MMP2 在果蝇卵巢中切割 Dlp，使其不再充当 Wg 共受体。因此可以假设 MMP2 依赖性 Dlp 加工可能会拮抗 MMP1-Dlp 相互作用，从而导致 脆性X综合征 条件下的突触后 Fz2-C 易位减少。虽然该机制需要进一步研究，但这些研究表明 脆性X综合征 突触发生中的 Wnt 信号传导失调，为寻求可能的治疗提供了新的方向。

脆性 X 综合征基因检测入个性化治疗的下一步工作安排

突触处依赖 FMRP 的 BMP/ILP/Wnt 信号传导

脆性 X 综合征的基因解码基因检测研究回顾并讨论了脆性 X 综合征 (脆性X综合征) 在不同发育阶段，特别是在神经系统中的 BMP、ILP 和 Wnt 分泌信号功能障碍。新发现表明，FMRP 在连接 BMP、ILP 和 Wnt 调节网络的核心作用，这些调节网络在神经回路重塑过程中介导神经发生、胶质发生、突触发生和神经胶质功能。为了研究这种 FMRP 依赖性信号传导调节的突触发生和神经传递功能，果蝇谷氨酸能 NMJ 提供了一个有吸引力的模型来测试配体分泌、受体激活、共受体功能和下游第二信使级联。对于 BMP 信令，一种新的非规范反式-突触通路涉及突触后 FMRP 和 Staufen RNA 结合蛋白调节谷氨酸受体的 FERM Coracle 支架，通过突触前 BMP 受体进行通讯，以激活局部 Mad 磷酸化 (p-Mad) 并驱动突触小结形成 。这种新的 FMRP-Staufen-Coracle-GluRIIA-BMPR-pMad 通路可增强神经传递（图1）。虽然突触前末端的 FMRP-BMPR-LIMK1-cofilin 通路限制了 bouton 发育的机制，但研究相对较好，但脆性X综合征基因解码基因检测不知道突触后 FMRP 如何通过BMP 受体诱导跨突触信号传导. 尽管有充分的证据表明 pMad 在突触后 FMRP 去除后会在突触前活动区周围积聚，但 pMad 被诱导并与其他相互作用物一起调节突触发生的机制仍有待研究。由于众所周知 pMad 与辅助因子 Medea (Med) 一起用作转录因子 ，在靶向突触后敲除 FMRP 后，绘制与突触前 pMad-Med 相互作用调节的突触发育相关的基因表达图将会很有趣。

大量研究表明 BMP 信号传导与胰岛素信号传导双向相互作用以调节细胞代谢、生长和程序性死亡。在果蝇运动神经元中，胰岛素信号传导还通过真核起始因子 4e 结合蛋白 (4eBP) 翻译抑制剂的 FOXO 依赖性调节负调节突触前神经递质释放 。测试突触前 FMRP 是否作用于 PTEN-PI3K-pAkt-FOXO 通路的上游以控制这种功能性分泌机制是很重要的。最近还报道了 FMRP 在小鼠 脆性X综合征 模型中调节活性依赖性大量内吞作用 (ADBE)，这表明需要进一步测试突触小泡循环和运输机制。在幼虫果蝇NMJ 的突触后侧，InR 介导的信号通过鸟嘌呤核苷酸交换因子 dPix 促进突触发育 (Dlg) 支架募集到肌肉突触网 (SSR)。新的证据表明突触后 FMRP 限制了突触前小结的形成（图1)，突触后 FMRP-BMP-ILP 网络可能通过分泌的配体和受体激活来调节 NMJ 的生长扩张。进一步扩大这种相互作用，脆性X综合征 疾病模型中的 NMJ Wnt (Wg) 信号可能也与这个网络有关。在dfmr1基因突变中，突触前 Wg 分泌升高，但脆性X综合征基因解码基因检测还不知道这种增加的分泌是否受突触前 FMRP、突触后 FMRP 或可能两者兼而有之。虽然突触后 FMRP 被怀疑参与切割的 Fz2-C 细胞内易位或降解，但这种参与仍然是推测性的。继续探索 FMRP 依赖的跨突触信号机制控制仍然是一个高度优先事项。

神经元到胶质细胞通信中依赖 FMRP 的 BMP/ILP/Wnt 信号传导

多个依赖 FMRP 的分泌信号可能在大脑发育和电路重塑中介导神经元和神经胶质之间的细胞间通讯（图 2）。在 中枢神经系统 中，BMP 调节神经元代谢、突触可塑性、血脑屏障功能和细胞死亡。小鼠 BMP2-10 广泛分布于整个大脑，而 BMP11-15 尚未得到很好的研究。果蝇在中枢神经系统中的BMP 配体（Dpp、Gbb、Scw）的特征没有进行明确确描述，但可能表现出类似的稳健分布。在小鼠和果蝇中，多份报告表明，BMP 信号在神经元和神经胶质细胞的发育、损伤后的神经重塑和衰老过程中的通讯中发挥着重要作用。然而，尚未研究 BMP 信号在 脆性X综合征 疾病模型的 中枢神经系统 中的作用。在果蝇脆性X综合征 模型中，神经元中需要 FMRP，而不是神经胶质，用于脑时钟电路重塑过程中的神经胶质吞噬作用（图 2）。FMRP 结合果蝇BMPR2 同源物 Wit mRNA 以抑制翻译，表明它可能会限制受体侧的 BMP 信号传导。FMRP 还可以调节分泌的“找到我”或“吃掉我”信号，以影响成人脑回路重塑过程中的神经元清除（图 2）。在这个假设中，神经胶质分泌的 BMP 是否有可能反馈到神经元 FMRP 调节的吞噬信号？此外，FMRP 的缺失会增加神经元中的 pMad 信号传导，并且减少的神经元 pMad 可能会损害 脆性X综合征 模型中神经胶质依赖性神经元的清除。测试可能的胶质细胞吞噬作用的 FMRP-pMad 机制将很重要。

FMRP 依赖性胰岛素和 Wnt 信号在神经元-胶质细胞通讯中的作用刚刚开始研究。怀疑神经分泌的 ILP 会激活神经胶质吞噬以清除神经元。然而，尚不清楚分泌的 ILP 信号是“找到我”还是“吃掉我”信号，激活了神经胶质 InRs（图 2）。损伤后神经元清除以及限制寿命延长需要果蝇在鞘状胶质细胞和星形胶质细胞样胶质细胞中的InRs。在小鼠中，星形胶质细胞中的 InR 缺乏会导致异常的形态、线粒体功能和电路连接。在果蝇中，激活的神经胶质 InRs 下游的信号传导促进 Akt 磷酸化，这对于 Draper 吞噬受体表达至关重要 。这些发现提供了令人兴奋的提示，即神经元 FMRP 可能通过促进 Draper 表达来促进 ILP 分泌以激活胶质细胞吞噬功能，这也可以激活胶质细胞对神经元 FMRP 控制的“吃我”信号作出反应（图 2）。整合拟议的激活 Draper 的神经元“吃我”配体的作用非常重要，例如磷脂酰丝氨酸 (PS) 和 Pretaporter 。此外，Wnt 信号也可能在 脆性X综合征 模型中的神经元-胶质细胞通讯中发挥作用。也许脆性X综合征基因解码基因检测可以从神经退行性疾病模型中了解神经元胶质细胞 Wnt 信号？例如，小鼠帕金森病 (PD) 模型显示 Wnt/β-连环蛋白通路在星形胶质细胞和小胶质细胞对神经炎症、神经线粒体功能障碍、多巴胺能神经保护和氧化应激的反应中发挥核心作用。同样，测试神经胶质细胞 Wnt (Wg) 信号级联在 脆性X综合征 模型中的可能作用也很重要。脆性X综合征基因解码基因检测需要探索 Wnt 信号如何与分泌的 BMP 和 ILP 信号协同工作以调节脑回路重塑过程中的胶质细胞吞噬作用。大量研究表明，Wnt 和 BMP 信号双向调节胰岛素依赖网络以实现发育稳态。BMP-Wnt 交叉相互作用也有助于维持生理过程。然而，很难在此信号中定义上游和下游角色。尽管 FMRP 在所有三个信号级联中都有许多直接靶标，但迫切需要分析重叠的核心靶标以指导 脆性X综合征 动物模型和临床试验的药物设计。迫切需要确定治疗方法来对抗 脆性X综合征 患者的破坏性神经损伤。

Front Cell Dev Biol. 2022; 10: 934662.

Published online 2022 Jul 6. doi: 10.3389/fcell.2022.934662

Dysregulation of BMP, Wnt, and Insulin Signaling in Fragile X Syndrome