Capicua转录抑制因子通过FGF1-BCL2轴调控海马Cajal-Retzius细胞发育性程序死亡的机制研究

《Cell Death & Disease》：Capicua regulates the survival of Cajal-Retzius cells in the postnatal hippocampus

本研究揭示了转录抑制因子Capicua（CIC）在调控海马Cajal-Retzius（CR）细胞发育性程序死亡中的关键作用。研究人员通过条件性基因敲除、单细胞转录组分析和病毒介导的基因操作技术，发现CIC缺失会通过解除对Fgf1基因的抑制，激活PI3K/AKT/mTOR通路并上调BCL2表达，从而导致CR细胞异常存活。该研究不仅阐明了CR细胞凋亡的新调控机制，还为理解神经发育障碍相关基因功能提供了重要线索。

　　

在大脑发育的精密编排过程中，程序性细胞死亡扮演着至关重要的角色，它如同一位严谨的雕塑家，精确剔除多余的神经元，塑造出功能完善的神经环路。然而，这一过程的调控机制仍存在许多未解之谜。Cajal-Retzius（CR）细胞作为大脑发育过程中的"临时工"，在胚胎期大量出现并指导神经元迁移和分层后，大多会在出生后早期被清除，但海马区的部分CR细胞却会终生留存，调控局部神经环路功能。这种细胞存亡的精确调控一旦失衡，可能导致神经发育障碍甚至癫痫等疾病。

以往研究发现，异常存活的CR细胞与学习记忆缺陷及癫痫易感性相关，但其背后的分子机制尚不明确。Capicua（CIC）作为一个在神经发育障碍和多种癌症中均有涉及的转录抑制因子，为解开这一谜题提供了新的线索。发表在《Cell Death and Disease》上的这项研究，正是围绕CIC如何调控海马CR细胞的发育性死亡这一科学问题展开。

研究人员主要运用了条件性基因敲除技术（Emx1-Cre和ΔNp73-Cre小鼠）、单细胞RNA测序（scRNA-seq）、腺相关病毒（AAV）介导的基因过表达/干扰、免疫荧光染色、TUNEL凋亡检测以及一系列行为学测试（包括旷场实验、高架十字迷宫、新物体识别等）来探究CIC的功能。

Capicua是Cajal-Retzius神经元促进其发育性细胞死亡所必需的

通过Emx1-Cre介导的Cic基因全身性敲除和ΔNp73-Cre介导的CR细胞特异性敲除，研究团队发现，在出生后第5天（P5），对照组和敲除组的海马CR细胞密度没有差异，说明CIC并不影响CR细胞的早期生成。然而，在成年期，两种敲除小鼠的海马CR细胞密度均显著高于对照组。进一步通过TUNEL染色发现，在CR细胞死亡高峰期的P14，敲除小鼠海马裂隙区域的凋亡细胞数量显著减少。这些结果证实，CIC在CR细胞中以细胞自主性的方式发挥作用，调控其出生后的程序性死亡，而非影响其产生或早期成熟。

CR细胞中CIC的缺失不影响认知行为和癫痫易感性

鉴于异常存活的CR细胞可能影响海马功能，研究人员对ΔNp73-Cre; Cicflox/flox小鼠进行了一系列行为学测试。在年轻小鼠（4-5周龄）中，旷场实验、高架十字迷宫和Y迷宫测试结果显示，敲除小鼠的运动能力、焦虑样行为和空间工作记忆与对照组无显著差异。在成年小鼠（>8周龄）中，新物体识别和空间物体识别测试也表明，敲除小鼠的情景记忆和海马依赖性空间学习记忆功能正常。此外，在红藻氨酸（kainic acid）诱导的癫痫模型中，敲除小鼠的癫痫发生率和严重程度与对照组相当。这些结果表明，特异性敲除CR细胞中的CIC虽然导致细胞异常存活，但并未引起明显的认知功能障碍或癫痫易感性改变。

BCL2促进海马Cajal-Retzius细胞存活

研究表明，抗凋亡蛋白BCL2在CIC敲除的CR细胞中表达上调。通过新生小鼠脑室内注射AAV病毒过表达BCL2，能够显著减少P14时的细胞凋亡，并增加P20时的CR细胞数量。相反，利用短发夹RNA（shRNA）敲低BCL2表达，则可以逆转CIC敲除导致的CR细胞异常存活现象。这一正反实验证明，BCL2的上调是CIC缺失导致CR细胞存活延长的关键介质。

单细胞转录组学揭示出生后海马ΔNp73谱系Cajal-Retzius细胞的独特亚型

通过对P14小鼠海马CR细胞进行单细胞RNA测序，研究人员鉴定出四个不同的CR细胞亚群。所有亚群均高表达CR细胞标志物Trp73和Reln，但各自具有独特的基因表达特征：簇0细胞高表达神经肽Cck，与轴突发育相关；簇1细胞特异性表达谷氨酸受体Grik1，富集于谷氨酸能突触相关基因；簇2细胞高表达GABA_A受体亚基Gabrg3，与GABA能突触相关；簇3细胞则高表达小钙调蛋白结合蛋白Pcp4，可能与活跃的细胞死亡过程有关。这一发现揭示了海马CR细胞此前未被认识的异质性。

Fgf1上调增强出生后海马Cajal-Retzius细胞存活

差异表达基因分析发现，CIC敲除的CR细胞中Fgf1及其邻近基因表达显著上调。通过病毒过表达Fgf1，能够模拟CIC敲除的表型，减少细胞凋亡并促进CR细胞存活。机制上，Fgf1通过激活PI3K/AKT/mTOR通路（表现为pAKT水平升高）而非MAPK通路发挥作用，进而上调BCL2表达，抑制细胞凋亡。

研究结论与讨论部分指出，该研究首次揭示了CIC-FGF1-BCL2轴在海马CR细胞程序性死亡中的核心调控作用。与传统认知不同，CIC并非仅仅作为RAS/MAPK通路的下游效应器，而是作为FGF信号的上游调节因子，通过抑制Fgf1表达来设定CR细胞的存活阈值。这种CIC与FGF信号之间的相互调控可能形成一个正反馈环路，在正常大脑发育中发挥精细调控作用。

尽管CIC缺失导致CR细胞异常存活，但并未引起明显的行为表型，这与Bax敲除或PI3K-AKT-mTOR通路持续激活的模型不同。这可能是因为CIC同时参与调控异常存活CR细胞的成熟和功能，其缺失反而使这些细胞无法有效整合入神经网络，从而避免了功能异常。

这项研究不仅深化了对发育性程序性细胞死亡机制的理解，也为相关神经发育障碍的病理机制提供了新的视角。单细胞转录组数据为后续研究海马CR细胞的异质性和功能多样性提供了宝贵资源。CIC作为连接转录调控与细胞存活信号的关键分子，其功能在特定细胞类型和发育阶段的特异性，值得进一步深入探索。