编辑推荐：
本文聚焦雷特综合征（RTT），综述星形胶质细胞与神经元互作机制。RTT 由 X 连锁 MECP2 基因突变导致，除神经元损伤外，星形胶质细胞通过分泌异常因子、钙信号失调等非细胞自主机制加剧神经元功能障碍，为治疗提供新方向。
1. 雷特综合征
雷特综合征（RTT，OMIM 标识符 #312750）是一种严重的进行性神经发育障碍，全球女孩中智力障碍的主要原因之一，活产婴儿中发病率为 1/10000。患者症状通常延迟出现，严重程度和频率因人而异，典型神经特征包括目的性手部技能丧失、语言丧失、行走困难、癫痫和认知障碍。疾病分为四个不同阶段，症状可能重叠，并非所有患者都会经历每个阶段。
诊断早期阶段非常具有挑战性，因为症状多变且与其他神经系统疾病有共同之处。2010 年，Neul 博士及其同事制定了主要和支持标准，以将 RTT 与其他神经发育障碍区分开来，并将经典形式的 RTT 与其变体区分开。经典和变体形式诊断的主要特征是存在退化期。此外，经典 RTT 患者必须表现出其他四个关键特征，包括获得性语言丧失、精细目的性手部技能丧失、步态异常和手部刻板动作。变异 RTT 形式的诊断需要 4 个主要标准中的至少 2 个以及其他支持性症状，如呼吸问题、心血管功能障碍、生长迟缓和脊柱侧凸。
X 连锁 MECP2 基因的突变是 RTT 的主要原因。该基因编码甲基 - CpG 结合蛋白 2（MeCP2），是甲基结合蛋白（MBP）家族的创始成员，通过与甲基化 DNA 结合参与基因组的表观遗传调控。MeCP2 与多种辅因子相互作用以调节转录，既是基因表达的抑制因子又是激活因子。除了在调节基因表达中的作用外，MeCP2 还可以作为基因组和染色质结构的组织者。多年来，MeCP2 被赋予了几种其他功能，使其被认为是一种多功能蛋白质，根据其合作伙伴和翻译后修饰表现出不同的活动。MeCP2 在全身广泛表达，但在大脑中尤其丰富，其表达在出生前开始并逐渐增加，在突触发育和可塑性期间达到最高水平。神经元表达 MeCP2 的水平大约是其他细胞类型的十倍，在神经元核内，其丰度与组蛋白相当。
虽然 MECP2 突变占 RTT 病例的 95% 左右，但它们也较少与男性和女性的广泛其他神经发育障碍相关，如 X 连锁智力低下、严重新生儿脑病、天使综合征和自闭症，突出了 MeCP2 在大脑发育中的关键作用。作为补充，由基因额外拷贝引起的 MeCP2 异常过表达会导致 MECP2 重复综合征（MDS），这是一种主要发生在男性中的疾病，症状与 RTT 重叠，证明了维持 MeCP2 生理水平的重要性。
在 RTT 中，大多数 MECP2 突变自发发生在父系生殖系中，通常源于 C 到 T 的转变，可能是由于甲基化胞嘧啶的脱氨基作用。因此，大多数 RTT 病例是女性，尽管也有男性病例，表现出在生命早期发展的非常严重的症状。该基因中已鉴定出 900 多个独特变体，其中约 60% 的致病性变体主要由移码、插入 / 缺失和错义突变代表。MECP2 的功能丧失突变占绝大多数 RTT 病例，有 8 个变体重复出现，包括错义突变（R106W、R133C、T158M、R306C）和无义突变（R168X、R255X、R270X、R294X），分布在不同的蛋白质结构域中。由于 MECP2 位于 X 染色体上，RTT 女性患者是该突变的杂合子，由于 X 染色体失活（XCI），她们是表达野生型（WT）或突变 MECP2 等位基因的细胞的嵌合体。XCI 对疾病的发作和严重程度有显著影响。具有偏向正常 MECP2 的偏斜 XCI 的个体具有较轻的运动和认知症状，而那些表达突变 MECP2 基因的细胞比例较高的个体通常经历更严重的表型。
2. 雷特综合征中的神经元和星形胶质细胞缺陷
神经缺陷是 RTT 的主要症状，广泛的研究集中在识别中枢神经系统（CNS）内的解剖、分子和功能变化。神经元是疾病中主要受影响的细胞，在人体组织和动物模型中均观察到明显的形态和功能异常。神经元缺陷由细胞自主和非细胞自主机制共同引起，分别由于神经元和其他细胞类型中功能性 MeCP2 的缺失。与健康神经元相比，MECP2 突变神经元的树突更少、更短，突触尤其受损，导致 RTT 被定义为突触病。已经描述了几种突触异常，包括树突棘和突触 puncta 数量减少，以及突触支架蛋白受损，通常伴随功能改变。具体而言，RTT 神经元表现出突触功能的变化，包括突触可塑性降低。此外，在 Mecp2 缺陷的大脑中观察到兴奋 / 抑制失衡，根据发育阶段、脑区和细胞类型表现出异质模式。
虽然神经元中功能性 MeCP2 的缺乏会导致发育、成熟、形态和功能的细胞自主缺陷，但越来越多的证据表明，这些异常并非仅由神经元中的 MECP2 突变引起。相反，非细胞自主机制，特别是涉及星形胶质细胞的机制，对病理有显著贡献。星形胶质细胞对于为神经元提供结构、代谢和功能支持至关重要，在塑造神经元成熟、突触形成和突触可塑性方面发挥关键作用。星形胶质细胞中 MeCP2 的缺乏对 RTT 的脑功能有广泛影响，强调了在疾病进展和治疗策略开发中纳入神经胶质贡献的重要性。
星形胶质细胞在 RTT 发病机制中的作用首先在 MeCP2 表达也在星形胶质细胞中被检测到时得到认可，尽管水平明显低于神经元。随后证明，MECP2 突变星形胶质细胞在通过非细胞自主机制支持神经元方面存在缺陷。特别是，通过 WT 海马神经元与 WT 或 Mecp2 KO 星形胶质细胞的共培养，Ballas 及其同事报告说，神经元在 WT 星形胶质细胞存在下正常生长，而与 KO 星形胶质细胞共培养时树突更少、更短。因此，首次发现 Mecp2 缺失的星形胶质细胞无法维持正常的神经元生长，用 KO 星形胶质细胞条件培养基（ACM）处理神经元也获得了类似结果，证明 Mecp2 缺失的星形胶质细胞通过异常分泌可溶性因子导致神经元形态改变。五年后，这些发现在从 RTT 诱导多能干细胞（iPSCs）分化的人星形胶质细胞上得到证实。通过将 WT 神经元与 RTT ACM 共培养，很大程度上重现了突变星形胶质细胞的负面影响，从而再次证明这种非细胞自主效应是由于分泌的分子。Maezawa 的研究小组报告了该主题的进一步内容，描述了 Mecp2 突变星形胶质细胞的关键受损特征，包括生长延迟和 MAPK 通路的组成性激活，与 WT 星形胶质细胞相比，细胞因子释放减少。此外，他们表明，Mecp2 缺乏通过间隙连接（GJs）扩散到邻近的星形胶质细胞，也提出了星形胶质细胞之间的非细胞自主机制。
体内研究为星形胶质细胞在 RTT 中的作用提供了关键见解，突出了这些神经胶质细胞如何促进症状的发展和进展。事实上，在否则为 null 的小鼠中，星形胶质细胞中 Mecp2 的选择性重新表达足以恢复树突复杂性，并增加囊泡转运体 vGlut1 的水平。还记录了运动和焦虑水平的改善以及呼吸缺陷的恢复，同时寿命显著延长。作为补充，在星形胶质细胞中特异性删除 Mecp2 的条件模型中，小鼠出现严重的呼吸不规则。这一证据表明，仅星形胶质细胞功能障碍就显著导致了一些 RTT 特征。
正如在神经元中已经报道的那样，并且与 MeCP2 作为转录调节因子的作用一致，MECP2 功能丧失导致星形胶质细胞中数千种分子的失调。通过转录组学和蛋白质组学研究，发现主要受影响的途径包括与细胞成熟、形态、细胞间通讯、细胞因子信号传导、能量代谢和谷氨酸稳态相关的途径。与分子结果一致，形态学分析支持 RTT 中星形胶质细胞复杂性的丧失。来自 Mecp2 KO 和 Mecp2308/y小鼠脑以及人 RTT iPSCs 的培养星形胶质细胞的数据显示，形态和微管动力学改变，以及细胞骨架和细胞形状的正确重塑受损。在与神经元共培养的携带 R270X 和 R133C 突变的人星形胶质细胞中也观察到分支减少。正如预期的那样，神经元诱导星形胶质细胞从扁平多边形形状转变为星状形态。对 GFP 转染星形胶质细胞的 Sholl 分析、初级分支的量化及其长度分析表明，与 WT 神经元共培养时，突变星形胶质细胞的结构复杂性、分支长度和数量显著减少。有趣的是，当存在 KO 神经元时，这些形态缺陷会加剧。来自动物模型成年大脑的证据表明，在 Mecp2308/y小鼠模型的齿状回和胼胝体中，星形胶质细胞分支更少且分支不良，在出生后灭活 Mecp2 的条件小鼠的海马中也是如此。我们还发现，Mecp2 缺乏会随着疾病进展诱导星形胶质细胞复杂性降低，具有区域特异性效应，尤其是在运动和躯体感觉皮层。因此，分子分析揭示了许多主要与细胞骨架异常相关的星形胶质细胞富集基因的失调。值得注意的是，在杂合小鼠的皮层中，具有 WT 拷贝 Mecp2 的星形胶质细胞表现出与缺乏 Mecp2 的星形胶质细胞相当的改变，表明非细胞自主效应。星形胶质细胞结构的变化显著影响它们与神经元相互作用的能力，损害基本的支持功能。此外，在小鼠模型和人类细胞中都报道了典型星形胶质细胞功能的广泛改变，包括谷氨酸 - 谷氨酰胺循环、钙信号传导、乳酸穿梭和钾（K+）稳态。
3. 星形胶质细胞改变对神经元健康的影响：RTT 中非细胞自主机制的分子事件
有相当多的证据表明，RTT 中星形胶质细胞和神经元之间的通讯存在缺陷，这可能导致神经功能障碍。这些缺陷表现在多个层面，包括细胞自主的星形胶质细胞改变、对细胞通讯至关重要的信号分子的失调，以及 RTT 神经元的敏感性改变，最终导致众所周知的神经元缺陷。为了更好地理解 RTT 中的星形胶质细胞 - 神经元通讯障碍，在描述疾病中星形胶质细胞和神经元之间通讯缺陷的已发表结果之前，先简要概述生理条件下这种复杂机制是有用的。
3.1 生理条件下的星形胶质细胞 - 神经元通讯
星形胶质细胞 - 神经元通讯以动态和双向的方式发生。大多数证据描述了星形胶质细胞对神经元的影响，这主要依赖于离子通道和转运体，以及粘附和信号分子。通过其突触周围星形胶质细胞突起（PAPs），星形胶质细胞包裹突触前和突触后末端，形成三方突触，星形胶质细胞理想地位于此处以精细控制离子和分子的浓度，调节突触活动。这通过多种机制发生，这些机制已被广泛综述，在此仅作简要描述。
在突触间隙，星形胶质细胞在调节 K+浓度中起关键作用，这在神经元活动强烈时细胞外 K+水平升高时至关重要。钾通道，如 Kir4.1，允许快速摄取细胞外 K+，防止过度兴奋和神经元回路损伤。此外，星形胶质细胞通过清除细胞外空间的神经递质来控制突触活动。例如，星形胶质细胞负责通过氨基酸转运体 GLAST1（谷氨酸 - 天冬氨酸转运体 1）和 GLT-1（谷氨酸转运体 1）以及人类同源的 EAAT1 和 EAAT2 重新摄取谷氨酸。通过调节谷氨酸转运体的表达和膜定位，星形胶质细胞影响突触活动，控制突触外的谷氨酸溢出。星形胶质细胞还通过 GABA 转运体 GAT-1 和 GAT-3 从突触间隙去除 γ- 氨基丁酸（GABA），它们在脑中表现出独特的细胞分布。除了这些作用外，星形胶质细胞还可以释放活性物质，称为神经胶质递质，包括谷氨酸、GABA、D - 丝氨酸、腺苷、ATP 和细胞因子，如肿瘤坏死因子 α（TNFα），它们靶向邻近神经元，调节突触功能。星形胶质细胞还通过在血脑屏障（BBB）水平建立神经血管单元来支持神经元活动，在那里它们响应局部需求，分泌不同的介质如前列腺素、一氧化氮和花生四烯酸，以改变血管直径并调节局部血流量，确保活跃的大脑区域获得足够的氧气和营养。除了在控制突触功能中的作用外，星形胶质细胞是突触发生的重要参与者，尤其是在大脑发育期间。几项数据表明，星形胶质细胞分泌的分子，包括蛋白质、脂质和小分子，控制兴奋性和抑制性突触形成和成熟的不同方面。此外，星形胶质细胞通过星形胶质细胞 - 神经元乳酸穿梭为神经元提供能量底物，为 ATP 生成提供底物。星形胶质细胞和神经元突触之间的另一种通讯机制涉及细胞粘附分子，包括 Ephrins、Neuroligin-Neurexin、γ-protocadherins 和 NrCAM。
另一方面，星形胶质细胞的分子、形态和功能特性受到神经元的深刻调节。例如，星形胶质细胞中 GLT-1 的表达由神经元活动诱导，连接蛋白的表达也是如此。更广泛地说，与星形胶质细胞成熟和染色质重组相关的转录变化由神经元信号传导促进。同样，星形胶质细胞的形态和功能特性取决于神经元的接近程度。有趣的是，单细胞测序分析突出了大脑区域之间甚至皮层层内不同的星形胶质细胞群体，但更相关的是观察到当神经元输入如在 Reeler 小鼠模型中发生改变时，这些差异消失，表明神经元接近度对于决定星形胶质细胞特性至关重要。神经元促进星形胶质细胞这些变化的机制尚不清楚，但可能与突触活动以及神经递质、嘌呤和生长因子的释放有关。
3.2 RTT 中的星形胶质细胞 - 神经元通讯
许多研究表明，RTT 中星形胶质细胞 - 神经元通讯存在缺陷。旨在表征星形胶质细胞和神经元之间串扰所涉及的信号因子的分析揭示了一些失调的分子。此外，通过体外和体内研究，出现了许多与神经元功能严格相关的星形胶质细胞特征的改变。
鉴于越来越多的证据表明 RTT 中涉及星形胶质细胞分泌的因子，一些研究小组开始专注于表征 MECP2 突变星形胶质细胞条件培养基（ACM），假设神经毒性因子的释放增加或有益分子的分泌减少。事实上，RTT 星形胶质细胞对神经元生长和功能的负面影响可能与生长抑制因子的存在、生长促进因子的缺乏或两者兼而有之有关。有趣的是，这些异常分泌因子的鉴定最终可能为 RTT 提供一种新的药物干预手段。为了表征 ACM 的组成，对来自 WT 和 Mecp2 KO 星形胶质细胞的小鼠原代培养物的 ACM 进行了定量质谱分析。分析揭示了 29 种差异表达的蛋白质：上调的靶点主要参与炎症反应、补体激活、神经元死亡的正调控和代谢过程，而下调的蛋白质与细胞凋亡、蛋白质位置的维持、对白细胞介素 - 1 的细胞反应有关。此外，Caldwell 及其同事最近通过对从出生后第 7 天（P7）的 RTT、脆性 X 和唐氏综合征小鼠模型的皮层中免疫筛选的星形胶质细胞的分泌组进行蛋白质组学分析，提供了进一步有趣的数据。该研究揭示了胰岛素样生长因子结合蛋白 2（Igfbp2）的共同异常表达，其通过抑制 IGF1 的活性导致神经元树突分支发育不良，以及骨形态发生蛋白 6（BMP6）在星形胶质细胞中的改变，其损害星形胶质细胞成熟。对携带 MECP2 R270X 突变的 hiPSCs 分化为星形胶质细胞收集的分泌组的进一步分析揭示了代谢异常。非靶向1H NMR 报告显示乳酸显著增加，丙酮酸量减少，同时三羧酸（TCA）循环中间体和 ATP 水平降低。这些代谢改变可能由线粒体功能障碍介导。
尽管到目前为止收集的发现越来越多，但所述研究的一个警告是，分析是在单独培养的星形胶质细胞的分泌组上进行的，没有考虑神经元的影响。事实上，如前所述，神经元输入对星形胶质细胞的形态、基因表达和功能有很强的影响，表明在研究星形胶质细胞表型时应考虑星形胶质细胞 - 神经元串扰。在这方面，我们最近研究了 Mecp2 KO 星形胶质细胞在基于 transwell 的共培养系统中与 WT 神经元共培养时对 WT 神经元的影响，该系统防止两种细胞群接触，但允许分泌分子的交换。我们证明，KO 星形胶质细胞异常分泌白细胞介素 - 6（IL-6），损害突触形成和功能。值得注意的是，IL-6 的这种过度分泌仅在 WT 神经元存在时发生，而当 KO 星形胶质细胞单独培养或与 KO 神经元共培养时不存在，突出了星形胶质细胞 - 神经元通讯在调节细胞因子产生中的关键作用。这一结果对于以涉及 WT 和突变 Mecp2 表达细胞的细胞嵌合为特征的 RTT 特别相关。
总之，这些结果表明，Mecp2 突变星形胶质细胞对神经元功能和突触的负面影响可能是由于突触毒性因子的存在或突触生成分子的缺乏，或两者兼而有之。可能多种因素的协同作用影响神经元健康，识别这些异常分泌的信号可能为 RTT 提供药物干预手段。
无论分子的性质如何，由可溶性因子介导的通讯可能通过生物载体发生，如细胞外囊泡（EVs）。EVs 是由细胞质或多泡体 /
