转录因子Tfii-i通过调控Sox10和Mbp调节元件介导髓鞘形成的新机制及其在神经系统疾病中的意义

《Nature Communications》：Gtf2i-encoded transcription factor Tfii-i regulates myelination via Sox10 and Mbp regulatory elements

本研究揭示了Gtf2i编码的转录因子Tfii-i作为髓鞘形成的关键调控因子，通过直接结合Sox10和Mbp的调控元件，影响中枢和周围神经系统的髓鞘化过程。研究人员利用条件性基因敲除小鼠模型，结合多组学分析和电生理技术，发现Tfii-i缺失导致髓鞘蛋白表达升高、轴突传导速度加快及运动协调性改善，为Williams综合征等神经发育疾病的机制研究和治疗策略提供了新见解。

　　

髓鞘作为神经系统的重要组成部分，由少突胶质细胞（OLs）和施万细胞（SCs）分别在中枢神经系统（CNS）和周围神经系统（PNS）形成，对轴突信号传导起着至关重要的绝缘作用。髓鞘形成的异常与多种神经发育障碍、精神疾病和神经退行性疾病密切相关。尽管已知多个转录因子如OLIG1/2、SOX10、NKX2.2等参与调控髓鞘化过程，但Gtf2i编码的通用转录因子II-I（Tfii-i）在髓鞘形成中的具体功能尚不明确。Williams综合征（WS）患者常出现7q11.23区域缺失，其中包含GTF2I基因，该综合征表现出独特的认知和行为表型，包括社交增强和焦虑增加，但其分子机制尚未完全阐明。

为了探究Tfii-i在髓鞘形成中的作用，研究人员构建了髓鞘胶质细胞特异性敲除Gtf2i的小鼠模型（Gtf2i-KO），并采用多学科方法系统评估了髓鞘的形态学、分子学、电生理学和行为学特征。研究发现，Gtf2i缺失导致小鼠中枢神经系统髓鞘中髓鞘碱性蛋白（Mbp）表达升高，轴突直径增大，髓鞘厚度增加，并伴随胼胝体（CC）信号传导加快和运动协调性改善。在周围神经系统，Gtf2i缺失引起胫神经分支的过度髓鞘化。机制上，Tfii-i直接结合Sox10和Mbp的调控元件，负向调控这些关键髓鞘相关基因的表达。行为学实验进一步显示，Gtf2i-KO小鼠表现出运动协调增强、焦虑样行为增加和社交行为增强。

研究主要采用了条件性基因敲除技术（Cre-loxP系统）、扩散张量成像（DTI）、透射电子显微镜（TEM）、染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）、体外原代细胞培养、蛋白质组学分析和电生理记录等关键技术方法。小鼠模型来源于C57BL/6J背景，部分测序数据来自公共数据库。

Gtf2i在髓鞘胶质细胞中的缺失不改变大体解剖结构但导致全脑连接模式变化

通过免疫组化验证了Gtf2i在成熟少突胶质细胞（mOLs）中的特异性缺失。磁共振扩散张量成像（MRI-DTI）显示，Gtf2i-KO小鼠多个脑区的白质纤维束数量显著增加，提示神经连接的组织结构和微观结构发生了改变。

Gtf2i缺失改变胼胝体的轴突、髓鞘和传导特性

透射电镜分析发现，Gtf2i-KO小鼠胼胝体区轴突直径显著增大，髓鞘厚度增加，但g-ratio（轴突直径与有髓纤维总直径之比）值无显著差异。进一步的电生理记录表明，胼胝体的场兴奋性突触后电位（fEPSP）潜伏期缩短、斜率增加，提示轴突传导速度加快。

Gtf2i-KO小鼠胫神经出现过度髓鞘化

在周围神经系统，Gtf2i缺失导致胫神经小和中等口径轴突的g-ratio值显著降低，髓鞘厚度增加，但轴突直径和髓鞘完整性未受影响。Remak束无髓轴突的比例也未见改变，表明Tfii-i特异性调控有髓轴突的髓鞘化过程。

Gtf2i-KO小鼠表现出运动协调性增强、焦虑样行为增加和社交行为增强

行为学测试显示，Gtf2i-KO小鼠在旋转rod测试中停留时间延长，表明运动协调性改善；高架十字迷宫和开放场实验显示焦虑样行为增加；三室社交测试中社交指数升高，表明社交行为增强。

分子水平上Tfii-i调控mOLs中关键髓鞘基因的表达

蛋白质组学分析发现，Gtf2i-KO小鼠髓鞘中Mbp、Mog（髓鞘少突胶质细胞糖蛋白）表达升高，Gpr37（G蛋白偶联受体37）表达降低。在皮质髓鞘 fraction中，Mbp的蛋白和转录水平均显著上升。此外，Sox10、Mbp和Mog的皮质mRNA表达也升高，且这一现象在成年期（P90）仍然存在。

体外病毒介导的Gtf2i缺失促进髓鞘蛋白表达和细胞表面扩展

在原代少突胶质细胞富集培养体系中，外源性删除Gtf2i导致Sox10和Mbp蛋白表达上调，细胞表面积增大，提示Tfii-i细胞自主性地调控髓鞘相关基因的表达和细胞形态。

Tfii-i直接结合mOLs中Mbp和Sox10的调控元件

染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）显示，Tfii-i在mOLs中结合于基因间区和内含子区域，与H3K36me3（组蛋白H3第36位赖氨酸的三甲基化）标记的活跃转录区域共定位。特异性结合位点包括Mbp基因的调控区域和Sox10的候选顺式调控元件（cREs）。3C-qPCR进一步验证了Sox10启动子与这些元件的物理交互。

研究结论表明，Tfii-i作为髓鞘形成的重要调控因子，通过直接抑制Sox10和Mbp等关键基因的表达，负向调控CNS和PNS的髓鞘化过程。Gtf2i缺失引起髓鞘厚度增加、轴突传导速度加快以及行为表型变化，为Williams综合征及相关神经发育障碍的机制提供了新的见解。此外，该研究强调了TFII-I在不同细胞类型中的功能多样性，为其作为治疗靶点的潜力提供了理论基础。