综述：MeCP2在细胞调控和相分离中的多面性角色：对神经发育障碍、抑郁和氧化应激的启示

本综述深入探讨了染色质相关蛋白MeCP2（甲基CpG结合蛋白2）在基因剂量稳态、液-液相分离（LLPS）等前沿领域的调控机制，及其在Rett综合征（RTT）、抑郁症（MDD）和氧化应激（OS）中的病理意义。文章系统梳理了MeCP2在转录调控、翻译后修饰（PTMs）及与非编码RNA互作中的复杂性，并批判性评估了其相分离研究的争议与进展，为理解神经疾病分子机制提供了多维视角。

　　

Abstract

甲基CpG结合蛋白2（MeCP2）是一种历经30余年研究仍充满谜团的染色质相关蛋白，其分子功能的不断扩展及相关病理的多样性使其持续成为研究热点。功能丧失性MECP2突变引起Rett综合征（RTT），而MeCP2表达和功能的失调还涉及多种其他疾病，但调控机制尚不明确。本文聚焦于MeCP2研究中相对未被充分探索的方面，包括基因和蛋白质水平的剂量稳态、参与相分离的争议性角色，以及在抑郁症和氧化应激中的作用，旨在从分子和病理层面揭示MeCP2功能的深层次机制。

Introduction

MeCP2最为人熟知的是导致Rett综合征（RTT）和MeCP2重复综合征，这两种疾病目前均无法治愈。近年来，研究者越来越关注MeCP2在相分离中的参与及其对神经系统疾病的影响。本文重点讨论核蛋白MeCP2的功能调控机制，包括蛋白质水平的功能调控和稳态，并特别关注液-液相分离（LLPS）这一新兴生物物理机制在细胞核内调控多种生物过程中的作用。2020年，三个独立研究组相继发表论文提出MeCP2发生LLPS，而RTT相关突变破坏其液体行为，这一发现为理解MeCP2功能提供了新视角，但也引发了争议。

MeCP2 dosage regulation at the DNA and mRNA level

MeCP2蛋白水平在昼夜节律中约有30%的波动，偏离特定范围则具有危害性。Mecp2调控元件的DNA甲基化与其在初级神经元和星形胶质细胞中的转录水平呈性别特异性相关。MeCP2在mRNA和蛋白质水平受多种机制调控，包括核小体和mRNA结合蛋白HMGN1（高迁移率族N1蛋白）与Mecp2启动子结合，以及多种miRNA（如miR-132/212和miR-7b）与MECP2 mRNA的3′UTR结合，负调控其表达。目前唯一已知的正调控因子是肌细胞增强因子2C（MEF2C）。

Longer MECP2转录本（长达8.6 Kbp）仅存在于大脑中，且高度保守，miR-132结合位点仅存在于长3′UTR转录本中，表明其负调控具有脑组织特异性。MeCP2与BDNF、miR-132之间形成自动调控反馈环路，在抑郁症动物模型中，miR-132通过结合3′UTR抑制MECP2，而MeCP2结合BDNF启动子III降低BDNF水平。这一调控机制在RTT患者死后脑组织中得到证实，但可能不适用于小脑。

MeCP2与miRNA-7b之间存在双向反馈自动调控。小鼠miRNA-7b基因5′侧翼区可发生高甲基化，MeCP2募集至甲基化CpG岛会抑制miRNA-7b表达，而miRNA-7b结合MeCP2的3′UTR则抑制其蛋白水平。这一调控发生在出生后小鼠神经元成熟过程中，与MeCP2水平增加相关。

MeCP2 dosage regulation at the protein level

在蛋白质水平，MeCP2的调控涉及两种模式：N端规则和PEST介导的降解。两者均针对短寿命蛋白（半衰期0.5–4小时），依赖ATP驱动的泛素化修饰。

N端规则由Alexandre Varshavsky提出，描述蛋白N端残基如何决定其半衰期。大多数多肽以甲硫氨酸（Met）起始翻译，若第二残基较小（如Ala、Gly、Val、Ser、Thr、Cys、Pro），Met会被甲硫氨酸氨基肽酶切除（NME），随后约80%的人类蛋白会发生N端乙酰化。乙酰化可作为降解信号（degron），被泛素连接酶识别并引导蛋白酶体降解。

质谱分析显示，MeCP2-E1异构体无N端Met，表明完全NME，暴露的Ala被乙酰化。部分肽段显示NME后前2、3、5、6个Ala被切除，随后残基被乙酰化。较短的MeCP2-E2异构体则保留并乙酰化N端Met，第二Val也被乙酰化。根据N端规则，E1异构体因其乙酰化N端残基而更不稳定，E2则因保留Met而更稳定。细胞实验证实，转染4小时后，E1蛋白量比E2低约30%，且E1的NTD–MBD结构域稳定性较低、DNA亲和力较弱，更易暴露于蛋白酶体降解。

PEST域于1986年由Rogers等首次描述，指富含脯氨酸（P）、谷氨酸（E）、丝氨酸（S）、苏氨酸（T）的蛋白区域，两侧带正电荷残基（如Lys、Arg），靶向蛋白降解。MeCP2具有两个强PEST域，C端PEST评分更高（17.29）。MeCP2 T158M错义突变体的蛋白酶体降解符合PEST介导降解模式，删除N端或C端PEST域可显著增加蛋白量，但不足以完全恢复至野生型水平，表明MeCP2调控机制的复杂性。

MeCP2 functional regulation

MeCP2功能调控广义上指其在不同背景下与染色质和蛋白相互作用的机制。多年来，对MeCP2–DNA结合偏好的认识不断演变：从甲基化CpG（mCpG）到mCH（H=A/C/T），特别是mCA，再到羟甲基化CpG，以及近期发现的非甲基化和羟甲基化CA串联重复序列。MeCP2与核小体DNA和组蛋白的组合互作提示了其调控的新层次。

MeCP2的翻译后修饰（PTMs）可调控其与DNA及蛋白伙伴的结合。例如，神经元活动依赖性磷酸化S421（pS421）和去磷酸化S80调控MeCP2在Bdnf启动子的占据；发育调控的pS164减少MeCP2–DNA结合；活性依赖性pT308则削弱其与核受体辅阻遏物（NCoR）复合物的结合。此外，甲基化、乙酰化、SUMO化等PTMs也改变MeCP2的互作特性。

调控性长链非编码RNA（lncRNA）是MeCP2时空调控的另一层机制。lncRNA表达具有发育动态性和细胞类型特异性，识别其结合伙伴有助于理解上下文依赖性功能。

局部互作组丰度、PTMs和ncRNA表达共同促成MeCP2的多样化功能。例如，磷酸化调控MeCP2对甲基化BDNF启动子的招募与抑制，而与低甲基化转录起始位点的互作则直接结合RNA聚合酶II，激活突触和轴突相关基因，与自闭症谱系障碍（ASD）密切相关。

Liquid–liquid phase separation: protein regulation of unknown significance

液-液相分离（LLPS）是一种被动过程，分子通过弱多价互作从溶液中“分相”，形成动态液滴，提升转录、RNA剪接、染色质压缩等分子过程的效率。MeCP2 LLPS近期被多项研究报道，甚至已被用于临床前小分子化合物筛选。

蛋白质发生LLPS需满足：¹存在饱和浓度（C_sat），环境因素如温度、盐、pH影响相分离浓度；²液滴呈球形；³可观察到液滴融合。体外实验中，这些参数可通过纯化蛋白和高分辨率显微镜确定。荧光恢复后漂白（FRAP）是表征液体性质的标志技术，但近期批评指出FRAP不能区分LLPS与其他缩合机制（如空间簇位点低效价结合，ICBS）。

在LLPS模型前，MeCP2–染色质互作被描述为协同寡聚化。MeCP2自身在体外不形成液滴，但加入拥挤剂（如聚乙二醇）或DNA后可发生LLPS，甲基化DNA和核小体阵列进一步降低所需MeCP2浓度。多个RTT突变（如R106W、R133C、T158M等）破坏LLPS能力。

体内研究显示，MeCP2在小鼠细胞系（如NIH3T3、C2C12）的着丝粒周围异染色质（PCH）处形成 puncta，但过表达实验中，液滴内外浓度均随总蛋白量增加而升高，不符合LLPS的物理特性（液滴外浓度应稳定于C_sat）。FRAP半漂白实验不支持液体缩合，更倾向ICBS机制。因此，小鼠细胞系可能不适于研究MeCP2 LLPS，需在更相关细胞类型中验证。

Depression and impaired expression of MeCP2-related genes

慢性压力和神经炎症减少树突长度和突触密度，是抑郁症（MDD）的标志。MeCP2失调与应激反应和突触可塑性基因（如RELN和BDNF）表达受损相关，这些基因受MeCP2负调控，对神经元发育和维护至关重要。

BDNF是MeCP2的首批DNA结合伙伴之一，在谷氨酸能和GABA能突触发育中起关键作用。RELN促进树突成熟和突触发生，与MeCP2在树突arborization中的功能重叠。在ASD患者脑中，MeCP2结合RELN启动子增加、reelin表达降低；抑郁动物模型中，reelin减少26%。

慢性压力降低海马和前额叶皮质BDNF表达，Bdnf条件性敲除小鼠显示树突减少和突触密度下降。Mecp2缺失小鼠也表现类似异常。MeCP2直接结合Bdnf启动子IV，神经元刺激后，pS80被pS421取代，MeCP2脱离启动子，BDNF转录激活。pS421还介导氯胺酮和东莨菪碱等抗抑郁药的长期效应。

社会隔离诱导的抑郁模型中，Ppar-α基因甲基化增加，MeCP2和HDAC1表达升高，PPAR-α表达降低，与攻击行为相关。

Important MeCP2 role in oxidative stress and mitochondrial dysfunction

氧化应激（OS）是多种神经疾病的诱因，MeCP2调控细胞氧化还原平衡蛋白。线粒体是活性氧（ROS）的主要来源，其电子传递链包含五个复合物。慢性压力大幅增加ROS产生，破坏细胞稳态反馈机制，导致“准稳态”偏移。

RTT患者存在系统性OS，与临床严重度相关。Mecp2缺失小鼠模型显示线粒体异常，如复合物III蛋白Uqcrc1表达增加、呼吸增强，患者额叶皮质细胞色素C氧化酶亚基1（MTCO1）下调、酶活性降低。RTT突变还影响BDNF和脯氨酸脱氢酶，加剧氧化还原失衡。

Conclusion

MeCP2在多种病理语境中扮演关键角色，迫切需超越RTT范畴，理解其上下文依赖性调控。尽管研究取得进展，MeCP2剂量与功能调控机制远未明晰，未来工作应聚焦于不同语境下的调控解析，以推动广泛应用。