G6PD缺陷通过诱导突触功能障碍引发精神分裂症样行为：一项转化医学研究

《Translational Psychiatry》：G6PD deficiency in brain induces schizophrenia-like behaviors and synaptic dysfunction

本研究针对精神分裂症（schizophrenia）病因不明的难题，通过构建脑特异性G6PD（glucose-6-phosphate dehydrogenase）条件性敲除（CKO）小鼠模型，首次证实G6PD缺陷可直接导致精神分裂症样行为。研究发现G6PD缺失通过破坏突触稳态（synaptic homeostasis），引起突触前囊泡密度降低、SNARE复合体组装异常和树突棘密度减少等突触功能障碍。该研究为精神分裂症的发病机制提供了新的代谢-突触轴理论框架，并提示G6PD可能成为潜在治疗靶点。

　　

在精神医学研究领域，精神分裂症（schizophrenia）始终是困扰科学家的重大难题。这种严重的精神障碍以思维、感知和情感功能的全面紊乱为特征，全球约有1%的人口受其影响。尽管遗传学研究显示该疾病具有高达80%的遗传度，且全基因组关联分析（GWAS）已识别出数百个风险基因位点，但大多数病例的确切病因仍不清楚。特别值得注意的是，许多风险基因都与突触的组织、发育和传递密切相关，暗示突触功能障碍可能是精神分裂症发病的核心环节。然而，当前遗传学发现仅能解释部分病例，凸显了这种疾病的复杂多基因本质。

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）作为戊糖磷酸途径（PPP）的关键限速酶，在维持细胞氧化还原稳态中扮演着不可或缺的角色。它催化葡萄糖-6-磷酸氧化反应，生成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH），后者不仅是抗氧化防御系统的核心物质，也是生物合成反应的重要辅因子。自20世纪60年代以来，临床观察就提示G6PD缺陷与精神分裂症可能存在关联，例如有研究发现紧张型精神分裂症患者中G6PD缺陷患病率较高，精神分裂症患者白细胞中G6PD酶活性降低等。然而，这些观察性研究始终缺乏直接的生物学证据来证实两者之间的因果关系。

为了解决这一科学难题，研究团队在《Translational Psychiatry》上发表了最新研究成果。他们通过精巧的实验设计，首次在动物模型中证实了脑特异性G6PD缺陷可直接诱发精神分裂症样行为，并深入揭示了其背后的突触机制。

研究人员主要运用了条件性基因敲除技术构建脑特异性G6PD缺陷小鼠模型，结合蛋白质组学分析、亚细胞组分分离、电子显微镜观察、SNARE复合体组装检测、高尔基染色树突棘分析以及一系列行为学测试（包括旷场实验、三室社交交互测试、前脉冲抑制测试等）来系统评估G6PD缺陷对神经功能和行为的影響。所有动物实验均经过同济大学动物伦理委员会批准。

G6PD条件性敲除小鼠的构建与验证

研究团队首先通过将G6PD^flox/+雌鼠与Emx1-Cre雄鼠交配，成功获得了大脑皮层和海马特异性敲除G6PD的雄性条件性敲除（CKO）小鼠。Western blot和酶活性检测均证实CKO小鼠皮层中G6PD蛋白水平和酶活性显著降低。虽然还原型谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）的绝对水平未见明显变化，但GSH/GSSG比值显著下降，提示细胞内氧化应激状态加剧。尼氏染色和原位杂交结果显示，G6PD CKO小鼠的大脑皮层组织结构、分层标志物（Cux2、RORβ、Sox5、Tle4）表达以及中间神经元分布（Gad1、Sst）均未见明显异常，表明G6PD缺失并未引起大脑宏观结构的显著改变。

G6PD缺陷小鼠表现出精神分裂症样行为

在行为学测试中，G6PD CKO小鼠表现出多方面的行为异常：旷场实验中总运动距离增加，提示多动症状；三室社交测试中对新引入的陌生鼠缺乏偏好，表明社交互动缺陷；前脉冲抑制（PPI）测试在82dB预脉冲条件下抑制率显著降低，反映感觉运动门控功能受损；T迷宫测试中正确臂选择率降低且潜伏期延长，新物体识别测试中对新物体探索时间减少，情境恐惧条件化测试中短期记忆受损，这些结果共同表明G6PD CKO小鼠存在明显的工作记忆和情景记忆障碍。这些行为表型与精神分裂症的阳性症状、阴性症状和认知缺陷高度吻合。

值得注意的是，G6PD CKO小鼠在黑暗-光选择测试、高架十字迷宫测试和蔗糖偏好测试中均未表现出焦虑样或抑郁样行为异常，在莫里斯水迷宫测试中也显示出正常的空间学习和记忆能力，表明G6PD缺陷对行为的影响具有特定性，主要局限于精神分裂症相关表型。

突触蛋白表达谱的紊乱

蛋白质组学分析揭示了G6PD缺陷对大脑蛋白表达的广泛影响。在鉴定出的5745个蛋白质中，有482个在CKO小鼠皮层中表达异常，其中272个下调，210个上调。基因本体（GO）分析显示，下调蛋白主要富集于线粒体功能、ATP合成、生物合成过程以及代谢途径；而上调蛋白则显著富集于突触小泡融合、突触膜组织、突触传递和突触小泡启动等相关通路。特别值得注意的是，超过10%的差异表达蛋白与突触功能相关，且多数呈现上调趋势，提示G6PD缺陷可能导致突触蛋白稳态的广泛紊乱。

G6PD定位于突触前终末并调节突触功能

亚细胞组分分离实验发现G6PD主要富集于突触前组分，与突触素（synaptophysin）标记的突触前区域共定位，而在PSD95标记的突触后密度组分中几乎检测不到。电子显微镜观察显示，G6PD CKO小鼠皮层不对称突触的突触前囊泡密度显著降低，同时突触后密度（PSD）长度增加。进一步研究发现，CKO小鼠皮层中Syntaxin1阳性SNARE复合体的比例显著降低，而单体Syntaxin1水平升高，表明G6PD缺陷干扰了SNARE复合体的正常组装。高尔基染色结果显示，CKO小鼠皮层锥体神经元的树突棘密度明显减少，证实突触后结构也受到严重影响。

研究结论与意义

本研究通过多种技术手段提供了令人信服的证据，表明脑特异性G6PD缺陷足以诱发精神分裂症样行为，并首次将G6PD功能与突触完整性直接联系起来。研究发现G6PD主要定位于突触前终末，其缺失导致突触前囊泡密度降低、SNARE复合体组装异常以及树突棘密度减少等多层次突触缺陷。这些突触层面的改变可能是G6PD缺陷小鼠行为异常的结构基础。

该研究的创新性在于首次在动物模型中确立了G6PD缺陷与精神分裂症样行为之间的因果关系，突破了以往临床观察研究的局限性。研究结果不仅为理解精神分裂症的发病机制提供了新的视角——将代谢异常（PPP途径功能障碍）、氧化应激和突触功能障碍联系起来，也为开发新的治疗策略指明了方向。G6PD作为一个可调控的代谢酶，可能成为精神分裂症干预的潜在靶点。

尽管本研究取得了重要突破，但作者也指出了一些局限性。例如，观察到的行为改变虽然显著但并非极度强烈，这与精神分裂症的多基因本质相吻合，提示G6PD可能只是复杂病因网络中的一个组成部分。此外，研究主要聚焦于形态学和生化改变，未来需要通过电生理学实验进一步验证G6PD缺陷对突触功能的具体影响。

总之，这项由Yu-Bing Wang、Pin-Xi Xie、Wan-Ying Mei等研究人员完成的工作，为理解精神分裂症的神经生物学基础提供了重要线索，将代谢调控、氧化应激和突触功能这三个关键要素有机地整合在一起，为未来针对这一复杂精神障碍的机制研究和治疗开发开辟了新的道路。