Neuron丨吴海涛/初波团队合作破解小脑浦肯野细胞发育与存活调控密码

现代神经科学之父Ramón y Cajal手绘小脑浦肯野细胞（Purkinje cell,PC） 图已成为脑科学领域经典之作（图1）。人脑中包含约1500万个PCs，PCs是小脑皮层中体积最大、结构最复杂的一类神经元，也是小脑皮层发送输出的唯一神经元，其轴突直接投射并支配小脑深部核团，在运动及包括认知和情感在内的非运动功能中均发挥重要调控作用【1-3】。与大脑皮层相比，人类小脑的发育时间相对漫长，在一定程度上叠加了罹患神经系统疾病的风险【3】。

图1.Cajal手绘小脑浦肯野细胞原图。（摘自 “The Beautiful Brain: The Drawings of Santiago Ramon y Cajal”, New York: Abrams, 2017）

自1977年Walter Gilbert提出可变剪接（Alternative splicing,AS） 概念以来，AS作为前体mRNA加工与成熟的重要调控方式，其在神经系统发生、皮层发育、突触形成、稳态维持和衰老等过程中的重要功能逐渐被认识【4】。比如，剪接因子RBM17和NOVA2及RNA结合蛋白RBFOX2和ATXN2等可通过AS依赖方式调控PCs迁移、树突发育和生理功能【5-8】。临床上，剪接体复合物U5组分EFTUD2突变或功能缺失可导致下颌骨颅面发育不全伴小头畸形 （MFDM） ，部分患者伴有小脑发育不良和运动障碍等症状【9,10】，提示EFTUD2可能在小脑发育过程中发挥重要作用，但其确切的生理功能与作用机制不明。

2024年8月16日，军事医学研究院吴海涛课题组与山东大学初波团队合作在Neuron上，在线发表Spliceosomal GTPase Eftud2 deficiency-triggered ferroptosis leads to Purkinje cell degeneration的论文。该研究发现小脑浦肯野细胞发育与存活依赖剪接体复合物U5核心组件Eftud2，揭示其可通过调控应激反应性转录因子Atf4可变剪接，靶向调节硬脂酰辅酶A去饱和酶1（Scd1）和GTP环水解酶1（Gch1）转录与表达，发挥抑制脂质过氧化作用，保护和避免浦肯野细胞发生铁死亡（图2）。

该研究中，课题组发现小脑PCs中高表达Eftud2，在PCs中特异性敲除Eftud2可导致小鼠出现小脑萎缩、运动功能障碍和PCs树突丢失和退变等表型，与临床部分MFDM患者症状相似。通过bulk RNA-seq和单细胞转录组学联合分析，发现PCs中脂质代谢和氧化应激等铁死亡通路显著激活，其中，两个抗铁死亡关键分子Scd1和Gch1表达显著下降。在突变小鼠PCs中联合过表达Scd1和Gch1基因，可显著挽救Eftud2缺失诱发的PCs退变表型。

进一步，利用二代转录组可变剪切分析、单细胞多重阵列测序 （MAS-Seq） 技术和转录因子预测分析等策略，筛选到Eftud2可靶向调控应激反应性转录因子Atf4 mRNA可变剪接，Eftud2缺失可导致Atf4内含子2保留 （intron 2 retention） ，产生提前终止密码子，导致其表达量显著降低。Atf4除了可调控Scd1和Gch1转录外，其本身也直接参与介导了铁死亡抵抗作用。因此，Atf4异常剪接和表达障碍可能是介导Eftud2缺失诱发PCs铁死亡的重要分子机制。

研究还发现，PCs中双敲除Eftud2和p53无法挽救铁死亡和小脑萎缩表型，表明Eftud2缺失可通过p53非依赖方式诱导铁死亡发生，给予铁死亡抑制剂维生素E或Ferrostatin-1均能显著减缓PCs退变表型。此外，在PCs缺失Eftud2小鼠中，进一步敲除铁死亡代谢通路重要催化酶—长链酰基辅酶A合成酶4 （Acsl4） ，也能显著挽救Eftud2缺失小鼠PCs铁死亡和运动功能障碍表型。

综上，该研究不仅拓展了对剪接因子参与调控PCs和小脑发育的认识，还揭示了可变剪接调控铁死亡通路的新机制，证明了药物或遗传学方法抑制铁死亡可能是一种有前景的治疗EFTUD2缺陷或铁死亡相关疾病的潜在策略。

图2. Eftud2调控小脑浦肯野细胞发育与功能工作模式图

军事医学研究院杨国超硕士、宋志红博士、陈丽萍博士和山东大学杨迎红硕士为论文共同第一作者，军事医学研究院吴海涛研究员为论文最后通讯作者，山东大学初波教授为论文共同通讯作者。论文中部分生信分析得到南京医科大学何元林副教授大力协助。吴海涛课题组近年来在解析小脑发育与社交行为调控机制方面取得一系列研究进展【11-14】（详见2019年2月18日BioArt报道“”；2021年9月1日BioArt报道“”；2022年8月16日BioArtMED报道“”；2022年9月3日BioArt报道“”） 。相关工作为深入理解脑发育与认知调控机制提供了实验依据，也为相关脑疾病的精准诊治提供了理论参考。

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.07.020

制版人：十一

参考文献

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14. Zhao, Z., et al., Encoding of social novelty by sparse GABAergic neural ensembles in the prelimbic cortex. Sci Adv, 2022. 8(35): p. eabo4884.

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