精神分裂症非编码RNA新通路：miR-137通过病理转录网络增强lncRNA GOMAFU的机制研究

《Translational Psychiatry》：A non-coding RNA risk pathway in schizophrenia: miR-137 enhances the lncRNA GOMAFU through a pathological transcription network

本研究针对精神分裂症(SCZ)中非编码RNA(ncRNA)协同作用机制不明的科学问题，揭示了miR-137通过调控SCZ相关转录因子网络增强lncRNA GOMAFU表达的新通路。研究人员发现组蛋白乙酰化通过诱导miR-137靶标E2F6等转录抑制因子下调GOMAFU，而miR-137通过整合表观遗传和转录调控机制促进GOMAFU表达。该发现为理解SCZ复杂病因提供了ncRNA与编码基因功能整合的新模式，对精神疾病机制研究和治疗靶点开发具有重要意义。

　　

在精神疾病研究领域，科学家们逐渐认识到非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)的异常表达在精神分裂症(schizophrenia, SCZ)等神经精神疾病发病机制中的重要作用。然而，尽管越来越多的证据表明microRNA(miRNA)和长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)在正常大脑发育和功能中扮演关键角色，但这些不同类别的疾病风险ncRNA如何在SCZ大脑中协同形成致病通路，仍然是一个未解之谜。

目前研究面临的主要挑战在于：一方面，与高度保守的miRNA不同，lncRNA通常保守性较差，且往往在人类大脑中特异性富集或独特存在；另一方面，虽然基因组关联研究(Genome-Wide Association Studies, GWAS)已识别出多个与神经精神疾病相关的miRNA和lncRNA基因位点，但关于这些ncRNA如何在分子水平上相互作用形成SCZ病理网络的机制知之甚少。特别是对于核内定位的lncRNA如GOMAFU（也称为MIAT），其调控机制及其与其他SCZ风险ncRNA的协同作用更是研究空白。

在这项发表于《Translational Psychiatry》的研究中，Peng Teng等研究人员开展了一项创新性研究，旨在揭示SCZ风险miRNA与lncRNA之间的功能联系。他们发现了一个新型的miRNA-lncRNA通路：著名的SCZ风险因子miR-137通过一个病理转录网络增强SCZ风险lncRNA GOMAFU的表达。

研究人员采用多种技术方法开展研究，主要包括：人诱导多能干细胞(iPSC)来源的神经元分化模型、神经细胞系(BE(2)-M17和SH-SY5Y)培养与转染、RNA测序(RNA-seq)和生物信息学分析、蛋白质免疫印迹(Western blot)、荧光素酶报告基因检测、染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)数据挖掘等。研究还利用了PsychENCODE联盟的SCZ患者脑组织转录组数据和人类胚胎大脑单细胞RNA-seq数据。

GOMAFU转录在多种人类神经元分化过程中上调

研究人员首先发现GOMAFU在人类胎儿前额叶皮层神经前体细胞(neural progenitor cells, NPCs)、兴奋性神经元和中间神经元中表达显著上调。这种上调在hiPSC来源的皮质神经元分化过程中得到重现，且与神经元分化标志物GRIN1 mRNA表达呈正相关。值得注意的是，这种分化程序化的选择性上调是多种主要人类神经元亚型的共同现象，而非所有lncRNA的普遍特征。

组蛋白乙酰化通过miR-137靶向的转录抑制因子调控人类神经元中的GOMAFU

研究发现组蛋白H3第9位赖氨酸乙酰化(histone H3 lysine 9 acetylation, H3K9ac)在GOMAFU启动子区域富集。令人意外的是，组蛋白去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A(Trichostatin A, TSA)处理引起的组蛋白乙酰化增加反而导致GOMAFU显著下调。机制研究表明，TSA诱导了GOMAFU的转录抑制因子E2F6的表达，而E2F6能直接抑制GOMAFU启动子活性。重要的是，E2F6是miR-137的已知靶标，miR-137能抑制E2F6蛋白表达。

推定的GOMAFU启动子结合转录因子是miR-137的预测靶标，以转录抑制因子E2F6为代表

生物信息学分析发现274个人类转录因子(transcription factors, TFs)具有预测的GOMAFU启动子结合位点，其中45个是miR-137的预测直接靶标。E2F6作为GOMAFU的抑制因子，是其中的重要代表。

MiR-137增强GOMAFU表达，形成调控人类神经元基因表达的非编码RNA通路

研究发现miR-137宿主基因(MIR137HG)转录本和成熟miR-137在hiPSC来源的皮质神经元分化过程中显著上调。在SCZ患者脑组织中，MIR137HG和GOMAFU均显著下调。功能实验证明，抑制内源性miR-137会降低GOMAFU表达，而过表达miR-137则能显著诱导GOMAFU上调。更重要的是，GOMAFU表达缺失会减弱miR-137对神经元基因的诱导作用，表明miR-137和GOMAFU形成了一个新型的ncRNA通路来增强NPCs分化过程中诱导的基因表达。

鉴定miR-137急性增加引起的人类NPC细胞系BE(2)-M17中的转录组改变和基因通路

RNA-seq分析发现miR-137过表达引起4479个差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)，其中2081个上调，2398个下调。这些DEGs与SCZ风险基因显著重叠，且与miR-137敲除(137KO)hiPSC来源的前脑神经元中的反向调控DEGs存在显著重叠。基因本体(Gene Ontology, GO)分析显示miR-137上调的DEGs主要富集于神经元突触和神经回路组装与功能相关通路，而下调的DEGs则富集于细胞周期DNA复制起始和染色质重塑调控通路。

miR-137急性增加抑制精神分裂症大脑中影响的转录因子，形成调控GOMAFU的网络

研究人员发现141个人类TFs受miR-137调控，其中123个具有预测的GOMAFU启动子结合位点。许多这些miR-137调控的GOMAFU结合TFs在SCZ iPSC来源的NPCs和/或神经元中异常表达。功能实验证明，敲低miR-137靶向的GOMAFU结合TFs（如SP1和TBX3）能显著增加GOMAFU表达。重要的是，52个在SCZ大脑中异常的TFs同时受miR-137调控且预测能结合GOMAFU启动子，这些TFs形成一个高度互作的分子网络。

研究结论与意义

本研究发现了SCZ风险ncRNA新通路，其中miR-137通过整合组蛋白乙酰化表观遗传调控和多个SCZ相关转录因子的转录调控网络来增强lncRNA GOMAFU表达。这一发现超越了传统认为的lncRNA作为miRNA海绵的作用模式，提出了miRNA通过调控转录网络增强lncRNA表达的新机制。

研究的重要意义在于：首先，揭示了GOMAFU在人类神经元早期分化中的特异性上调模式，提示其在早期SCZ发病机制中的重要作用；其次，发现了组蛋白乙酰化通过诱导转录抑制因子（如E2F6）来抑制GOMAFU的特殊机制，为理解分化过程中特定基因上调提供了新视角；第三，证明了miR-137通过调控广泛的转录网络来增强GOMAFU表达，扩展了miR-137在神经发育中的功能认知；最后，鉴定出的SCZ异常miR-137调控转录因子网络，为理解SCZ病理机制提供了新的分子基础。

这些发现为理解不同类别ncRNA之间的功能相互作用提供了新模式，揭示了miR-137通过编码和非编码基因协同调控的广泛生物学通路，为SCZ病因学研究和治疗靶点开发提供了重要理论基础。未来的研究需要进一步阐明不同SCZ相关MIR137HG遗传变异如何影响功能性miR-137丰度和miR-137-GOMAFU通路，以及不同脑区miR-137差异丰度如何调控已鉴定的SCZ相关转录调控网络和GOMAFU表达。