PRMT9双等位基因功能丧失变异导致综合征型智力障碍的机制研究

《AJHG》：Bi-allelic PRMT9 loss-of-function variants cause a syndromic form of intellectual disability

本研究发现双等位基因PRMT9功能丧失变异是导致神经发育障碍的新病因。研究人员通过对26个家系35例患者的多中心研究，结合结构生物学、细胞功能实验和斑马鱼模型，证实PRMT9缺陷通过影响剪接因子SAP145甲基化和纤毛功能，导致智力障碍、自闭症、癫痫等综合征表现。该研究为神经发育障碍的分子机制提供了新见解，发表于《The American Journal of Human Genetics》。

　　

在神经发育障碍研究领域，智力障碍影响着全球至少1%的人口，其临床和遗传异质性极高。虽然通过全外显子测序等技术已发现超过1000个相关基因，但常染色体隐性遗传的智力障碍基因在远缘婚配人群中仍只占很小比例。近年来研究发现，与纤毛功能障碍相关的基因在智力障碍发病机制中扮演重要角色，已有50多个基因被证实与纤毛病相关的智力障碍有关。

在这项发表于《The American Journal of Human Genetics》的研究中，国际合作团队通过对26个家系35例患者的系统性研究，发现蛋白精氨酸甲基转移酶9（PRMT9）的双等位基因功能丧失变异是导致综合征型智力障碍的新病因。PRMT9作为II型甲基转移酶，能够催化单甲基精氨酸和对称二甲基精氨酸的形成，此前已被推测通过与其剪接因子SAP145的相互作用参与RNA剪接过程，但其在人类疾病中的作用尚未明确。

研究人员采用了多学科交叉的研究方法，包括全外显子测序技术对患者队列进行基因变异筛选，通过患者皮肤成纤维细胞培养进行功能验证，利用X射线晶体学解析PRMT9蛋白结构，开展转录组测序分析差异表达基因，并建立斑马鱼模型进行行为学研究。

患者队列与PRMT9变异谱

研究团队通过DECIPHER和GeneMatcher平台招募了26个家系（35例患者），其中超过半数为近亲婚配家系。在这些患者中鉴定出26种不同的PRMT9致病性变异，包括移码插入缺失（10个）、无义变异（7个）、错义变异（6个）和剪接位点变异（2个）。大多数变异根据ACMG/ClinGen标准被归类为可能致病性或致病性。

临床特征分析

患者主要表现为神经发育障碍，包括全面发育迟缓（33/34）、轻度至重度智力障碍（29/30）、语言发育迟缓（30/34）和肌张力低下（17/28）。约30%的患者患有自闭症谱系障碍，40%出现癫痫，46%的脑MRI检查发现异常。此外，部分患者还表现有多指畸形（5/19）、心脏缺陷（6/16）和泌尿生殖系统异常（8/17）等额外特征。

PRMT9变异的功能影响

对携带c.545delT（p.Leu182Trpfs*10）变异患者的成纤维细胞分析显示，PRMT9 mRNA表达量下降约60%，且无法检测到PRMT9蛋白，表明无义介导的mRNA降解途径被激活。Western blot分析进一步证实，患者细胞中PRMT9无法甲基化其靶标SAP145，导致对称二甲基化精氨酸（SDMA）信号缺失。

PRMT9结构生物学研究

研究人员解析了人源PRMT9（127-845氨基酸）的晶体结构，发现其包含两个甲基转移酶模块（模块N和模块C），以头对尾方式形成碗状伪二聚体。六个致病性错义变异均位于PRMT9的关键功能域，其中p.Gly185Glu和p.Gly189Arg变异位于AdoMet结合口袋的核心基序，会破坏辅因子结合；p.Phe591Ser和p.Thr802Ile变异导致蛋白折叠缺陷；p.Asp258Val变异可能影响底物识别。

纤毛功能异常

与对照组相比，患者成纤维细胞在纤毛发生条件下纤毛数量无显著差异，但纤毛长度明显增加。 Sonic Hedgehog（Shh）通路激活实验显示，患者细胞对平滑化激动剂（SAG）的反应增强，GLI1和PTCH1等靶基因表达显著上调，表明PRMT9缺陷影响纤毛信号传导功能。

转录组学分析

RNA测序结果显示，在纤毛发生条件下，患者细胞中有241个差异表达基因，其中16个与智力障碍相关，43个与自闭症谱系障碍相关。值得注意的是，纤毛相关基因GLI2、GLI3、FLNA和RPGRIP1L表达异常，进一步支持PRMT9在纤毛功能中的重要作用。基因本体富集分析显示，差异基因显著富集于神经元分化、细胞粘附和转录调控等生物学过程。

斑马鱼模型验证

研究人员利用CRISPR-Cas9技术构建了prmt9基因敲除斑马鱼模型（MZprmt9^-/-）。虽然突变体胚胎未出现典型的纤毛病表型，但成年斑马鱼的社会行为测试显示，突变体在同类区域的活动距离显著减少，运动速度下降，表现出与自闭症模型相似的行为特征。

本研究通过多学科证据链证实了PRMT9双等位基因功能丧失变异是导致综合征型智力障碍的新病因。PRMT9缺陷通过影响剪接因子SAP145的甲基化和纤毛功能，导致神经发育异常。该研究不仅扩展了对智力障碍遗传基础的认识，而且揭示了PRMT9在神经发育和纤毛功能中的新作用，为相关疾病的诊断和治疗提供了新靶点。

研究结果表明，PRMT9相关疾病表现出明显的临床异质性，从典型的神经发育障碍到伴有多种额外特征的综合征型表现。与PRMT7缺陷引起的相似表型（SBIDDS综合征）相比，PRMT9缺陷患者更常出现多指畸形等纤毛病相关特征，但缺乏PRMT7缺陷特有的指骨缩短表现。

值得注意的是，PRMT9缺陷对纤毛长度和Shh信号通路的影响提示其可能被视为一种新型的纤毛相关疾病基因。虽然PRMT9本身未定位于纤毛，但其功能异常确实干扰了纤毛相关信号传导，这与许多智力障碍相关基因影响纤毛或中心体功能的发现相一致。

这项研究的意义在于将PRMT9确立为常染色体隐性智力障碍的新致病基因，为神经发育障碍的分子诊断提供了新依据。同时，研究揭示了PRMT9通过调控剪接过程和纤毛功能影响神经发育的新机制，为理解智力障碍的病理生理学提供了重要见解。未来研究需要进一步阐明PRMT9在神经发育中的具体作用机制，以及其作为治疗靶点的潜在价值。