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神经管缺陷（NTDs）发病机制不明，为探究载脂蛋白 M（ApoM）在 NTDs 中的作用及机制，研究人员开展相关研究。结果发现 ApoM 通过 Zic3-ApoM-Elavl2-Nnt 轴维持细胞稳态，这为理解胚胎神经发育及 NTDs 治疗提供依据。
神经管缺陷（Neural Tube Defects，NTDs）是一种严重的神经系统先天性畸形，全球患病率约为 1.86‰ 。它发生在怀孕的前 21 - 28 天，是由于神经管未能正常闭合导致的。尽管近年来对 NTDs 病因的研究取得了一些进展，但对其发病机制的理解仍不充分，这极大地限制了治疗手段的发展。同时，载脂蛋白与 NTDs 的关系也尚不明确，其中载脂蛋白 M（Apolipoprotein M，ApoM）在 NTDs 发生中的作用及机制更是有待探索。为了深入了解这些问题，中国医科大学附属盛京医院的研究人员展开了相关研究。
研究人员通过一系列实验，发现 ApoM 在 NTDs 大鼠模型和人类胎儿脊髓样本中的表达均降低。缺乏 ApoM 会导致 Elavl2 在细胞质中的定位减少，进而引起 Nnt mRNA 降解，最终破坏细胞稳态，促进 NTDs 的形成。此外，研究还揭示了 Zic3 能够直接与 ApoM 的启动子相互作用并激活其转录。通过体内实验，研究人员发现向 NTDs 大鼠胎儿羊膜腔内注射腺病毒重组 Zic3 或 ApoM，能够促进线粒体自噬（Mitophagy），减轻细胞凋亡（Apoptosis），改善细胞稳态。这些研究结果发表在《Cell Death and Disease》上，为理解胚胎神经发育过程提供了新的视角，也为 NTDs 的潜在治疗靶点提供了实验依据。
在研究过程中，研究人员使用了多种关键技术方法。他们收集了人类胎儿脊髓样本和构建了大鼠 NTDs 模型，以获取研究样本。运用小干扰 RNA（siRNA）和质粒构建技术，调控相关基因的表达。通过实时定量逆转录 PCR（qRT-PCR）和蛋白质免疫印迹（Western Blotting），检测基因和蛋白的表达水平。此外，还利用了共免疫沉淀（Co-IP）、RNA 免疫沉淀 - qPCR（RIP-qPCR）等技术，探究蛋白质与 RNA 之间的相互作用。
下面来详细看看研究结果：
- ApoM 和 Nnt 在 NTDs 大鼠模型和人类胎儿脊髓中表达下调：研究人员对正常和 NTDs 大鼠胚胎脊髓进行检测，发现不同孕周（E11、E12、E14）的 NTDs 组中 ApoM 的表达均降低。在人类胎儿脊髓样本中也得到了类似的结果。进一步研究发现，Nnt 基因作为 ApoM 的潜在下游靶点，在 NTDs 组中的表达也显著降低，而 Onecut1 基因的表达不稳定。
- 沉默 ApoM 诱导线粒体损伤：在 C17.2 细胞中沉默 ApoM 后，细胞内活性氧（ROS）水平升高，线粒体通透性转换孔（mPTP）开放，线粒体膜电位降低，线粒体形态受损，表现为线粒体肿胀、嵴缩短和基质空泡化。同时，沉默 ApoM 还减少了自噬体的数量，促进了细胞凋亡。
- 沉默 ApoM 通过抑制线粒体自噬和促进细胞凋亡影响细胞稳态：ApoM 能够调节 PINK1-PRKN 介导的线粒体自噬，沉默 ApoM 会抑制线粒体自噬相关蛋白的表达，降低 LC3 和 TOMM20 的共定位。此外，沉默 ApoM 还会导致线粒体中细胞色素 c 和凋亡诱导因子（AIF）释放到细胞质中，激活凋亡相关蛋白的表达，促进细胞凋亡。在 NTDs 大鼠模型中也观察到了类似的现象。
- ApoM 通过作用于 Nnt 维持细胞稳态：沉默 Nnt 会抑制线粒体自噬，促进细胞凋亡；而过表达 Nnt 则会产生相反的效果。同时，过表达 Nnt 能够逆转 ApoM-siRNA 诱导的线粒体自噬抑制和细胞凋亡促进作用，表明 ApoM 通过作用于 Nnt 来维持细胞稳态。
- ApoM 作为支架蛋白招募 Elavl2 维持 Nnt mRNA 稳定性：ApoM 对 Nnt 的调节并非通过转录机制，而是在转录后水平影响 Nnt mRNA 的稳定性。研究发现，ApoM 能够与 Elavl2 相互作用，将其招募到细胞质中，稳定 Nnt mRNA。沉默 ApoM 会导致 Elavl2 在细胞核中的定位增加，削弱其与 Nnt mRNA 的结合，从而降低 Nnt mRNA 的稳定性。
- ApoM 由 Zic3 转录激活：研究人员预测并验证了 Zic3 是 ApoM 的转录因子。在 NTDs 大鼠模型中，Zic3 的表达降低。体外实验表明，沉默 Zic3 会降低 ApoM 的表达，而过表达 Zic3 则会增加 ApoM 的表达。进一步研究发现，Zic3 能够直接结合到 ApoM 启动子的特定区域，激活 ApoM 的转录。
- Zic3 通过 ApoM-Nnt 轴维持细胞稳态：沉默 Zic3 会抑制线粒体自噬，促进细胞凋亡；而过表达 Zic3 则会促进线粒体自噬，抑制细胞凋亡。同时，过表达 ApoM 或 Nnt 能够逆转 Zic3-silencing 相关的线粒体自噬抑制和细胞凋亡促进作用，表明 Zic3 通过 ApoM-Nnt 轴维持细胞稳态。
- Zic3 或 ApoM 腺病毒改善线粒体自噬和细胞凋亡之间的稳态：研究人员向 NTDs 大鼠胎儿羊膜腔内注射表达 Zic3 或 ApoM 的腺病毒载体，发现注射后胎儿神经管中 Zic3、ApoM 和 Nnt 的水平显著升高，细胞质中 Elavl2 的丰度增加，线粒体自噬激活标记物增加，细胞凋亡相关蛋白减少，表明 Zic3 或 ApoM 腺病毒能够改善细胞稳态。
研究结论表明，ApoM 在 NTDs 的发生中起着重要作用，其通过 Zic3-ApoM-Elavl2-Nnt 轴维持细胞稳态，影响线粒体自噬和细胞凋亡。这一发现揭示了 ApoM 在亚细胞蛋白定位和基因转录后调控中的新功能，为理解胚胎神经发育提供了新的机制基础。同时，研究还证实了 Zic3 和 ApoM 对 NTDs 的治疗效果，为 NTDs 的潜在治疗靶点提供了有力的实验证据。然而，该研究也存在一些局限性，如仅研究了细胞凋亡这一种细胞死亡类型，未在其他细胞模型中验证相关机制，且仅使用了特定孕周的人类胎儿样本。未来的研究可以针对这些局限性展开，进一步深入探索 Zic3-ApoM-Nnt 轴在 NTDs 发生发展中的作用，为 NTDs 的防治提供更全面的理论支持和潜在的治疗策略。
