Snord115缺失缓解Snord116驱动的普拉德-威利综合征小鼠模型睡眠异常

《Neurobiology of Disease》：Loss of Snord115 mitigates Snord116-driven sleep abnormalities in mouse models of Prader-Willi syndrome

　　

普拉德-威利综合征（Prader-Willi syndrome, PWS）是一种由印记15q11-q13位点内父源表达基因缺失引起的神经发育障碍，该位点包含C/D盒小核仁RNA（box C/D small nucleolar RNAs, SNORDs）簇，特别是SNORD115和SNORD116基因家族。尽管SNORD116缺失已与患者和小鼠模型中的睡眠障碍相关，但SNORD115和SNORD116各自对睡眠调节的贡献仍不清楚。在此，研究人员结合多导睡眠图记录和定量神经解剖学，评估了携带Snord115、Snord116或两者簇父源缺失的小鼠的睡眠-觉醒结构、睡眠稳态和下丘脑改变。Snord116缺失选择性增加快速眼动睡眠（REM sleep），特别是在光照期和睡眠剥夺后，而不影响慢波睡眠（slow-wave sleep, SWS）或REM相关的θ活动。相比之下，单独Snord115缺失不改变睡眠。出乎意料的是，联合Snord115/Snord116缺失消除了Snord116缺陷小鼠中观察到的REM睡眠表型，表明Snord115缺失减弱了Snord116依赖的REM睡眠改变。黑色素聚集激素（melanin-concentrating hormone, MCH）神经元密度在Snord116-KO和双敲除（double-KO）小鼠中减少，而下丘脑泌素（hypocretin, Hcrt）神经元在各基因型中保持不变。然而，REM睡眠改变与MCH神经元丢失并不平行。转录组学分析仅显示有限的下丘脑基因表达变化。总之，这些发现揭示了Snord115和Snord116在REM睡眠调节中的意外相互作用，并强调了模拟与PWS相关的睡眠功能障碍的复杂性。

**论文解读：Snord115缺失缓解Snord116驱动的睡眠异常——普拉德-威利综合征小鼠模型中的非预期遗传交互作用**

**研究背景与问题**
普拉德-威利综合征（Prader-Willi syndrome, PWS）是一种由15q11-q13印记区父源表达基因缺失引起的神经发育障碍，该区域包含多个编码基因和非编码RNA基因，尤其是C/D盒小核仁RNA（box C/D small nucleolar RNAs, SNORDs）簇中的SNORD115和SNORD116基因家族。临床研究显示，PWS患者常出现显著睡眠障碍，如日间过度嗜睡、快速眼动睡眠（REM sleep）结构异常和睡眠起始潜伏期缩短，这些症状与下丘脑功能障碍密切相关，但具体分子机制尚不明确。尽管SNORD116缺失已在患者和小鼠模型中被证实与睡眠紊乱相关，但SNORD115的作用仍不清楚。由于SNORD115和SNORD116在脑中共同表达，且仅在胎盘哺乳动物中出现，研究人员推测它们可能具有重叠或相互调节的功能。因此，本研究旨在通过比较单独缺失Snord115、Snord116或两者联合缺失的小鼠模型，解析这两个SNORD簇在睡眠调控中的贡献，并检验联合缺失是否会加剧Snord116缺失引起的睡眠表型。

**研究内容与意义**
研究人员采用多导睡眠图记录（polysomnographic recordings）和定量神经解剖学方法，系统评估了携带父源缺失的Snord115-KO、Snord116-KO及Snord116/115双敲除（double-KO）小鼠的睡眠-觉醒结构、睡眠稳态及下丘脑神经元变化。结果发现，Snord116缺失选择性增加REM睡眠，但联合缺失Snord115后，这一REM增加表型被完全消除，表明Snord115缺失可缓解Snord116依赖的REM睡眠改变，而非预期中的叠加或协同效应。这一发现揭示了SNORD115和SNORD116之间此前未知的遗传交互作用，强调了在PWS睡眠功能障碍研究中需考虑多基因缺失的复合效应，而非仅依赖单一基因模型。论文发表在《Neurobiology of Disease》。

**关键技术方法**
本研究主要采用三项关键技术：1）多导睡眠图记录（polysomnographic recordings），结合脑电图（EEG）和肌电图（EMG）监测，用于评估24小时基线睡眠及睡眠剥夺（4小时温和处理）后的睡眠稳态恢复；2）定量神经解剖学，包括免疫组化（immunohistochemistry）和荧光原位杂交（FISH），用于量化下丘脑外侧区（LHA）内下丘脑泌素（hypocretin, Hcrt）和黑色素聚集激素（melanin-concentrating hormone, MCH）神经元密度，样本来自4-6月龄雄性小鼠（Snord115-KO、Snord116-KO和Snord116/115双KO各系及其野生型同窝对照）；3）转录组学分析（mRNA-seq），对ZT0时点采集的下丘脑组织进行基因表达差异分析，原始数据已提交至SRA数据库（GSE329283）。所有小鼠均以C57BL/6J为背景，回交至少12代。

**研究结果**
**3.1 Snord116缺失诱导REM睡眠的有限增加**
通过24小时基线多导睡眠图记录，发现Snord116-KO小鼠（2-3月龄雄性）的慢波睡眠（SWS）参数（总时长、发作次数、δ波功率）与野生型（WT）无差异，但REM睡眠在光照期显著增加（约8分钟，8.9% vs 7.9%），未伴随REM发作次数、平均持续时间或θ波功率的改变，表明Snord116缺失仅引起REM睡眠量的轻度增加。

**3.2 Snord115缺失不产生可检测的睡眠结构变化**
Snord115-KO小鼠在SWS和REM睡眠的各项参数（总时长、发作次数、δ/θ波功率）上与WT均无显著差异，提示单独Snord115缺失不影响睡眠结构。

**3.3 联合Snord116/115缺失不重现Snord116-KO小鼠的REM表型**
Snord116/115双KO小鼠的SWS和REM睡眠参数与WT均无差异，包括REM总时长、光照期分布、发作次数及θ波功率。这一结果在独立老年龄队列（5月龄）中得到验证，表明联合缺失消除了Snord116缺失引起的REM睡眠增加。

**3.4 Snord116缺失与睡眠剥夺后恢复期REM睡眠增加相关**
4小时睡眠剥夺（ZT0-ZT4）后，Snord116-KO小鼠在恢复期（ZT4-ZT10）的REM睡眠显著增加（约10-15分钟），而SWS稳态（总时长、发作次数、δ波功率）正常，提示REM增加是特异性而非由SWS补偿所致。

**3.5 Snord115缺失不改变REM或SWS稳态反应**
Snord115-KO小鼠在睡眠剥夺后恢复期的SWS和REM参数均无变化，仅老年龄（7-8月龄）队列显示SWS发作平均持续时间轻度增加，但总体无显著睡眠稳态异常。

**3.6 联合Snord116/115缺失不改变睡眠剥夺后的睡眠稳态**
Snord116/115双KO小鼠在睡眠剥夺后恢复期的SWS和REM参数均与WT无差异，进一步证实联合缺失消除了Snord116缺失的REM表型。

**3.7 Snord116缺失减少LHA中MCH神经元密度而不改变Hcrt神经元**
通过FISH和免疫组化，确认Snord115和Snord116在Hcrt和MCH神经元中均有表达。定量分析显示，Snord116-KO和双KO小鼠的MCH神经元密度分别降低约12.5%和16.5%，而Snord115-KO无变化；Hcrt神经元密度在所有基因型中均无差异。但MCH神经元减少与REM睡眠改变不平行（双KO中MCH减少但REM正常），表明MCH神经元缺失本身不足以解释REM表型。

**3.8 Snord缺陷小鼠ZT0下丘脑基因表达变化有限**
mRNA-seq分析显示，三种Snord缺陷模型在ZT0时均未出现广泛基因表达改变。Snord116-KO中仅检测到Ndn和Pomc的轻度下调，Snord115-KO中Nup210接近阈值，Snord116/115双KO中Npy上调。与先前报道的广泛差异表达不同，本研究结果与多项独立研究（如Knott等2022、Polex-Wolf等2018）一致，提示Snord116缺失的转录组效应有限，且联合缺失未显著加剧单基因缺失的表型。

**讨论与结论**
讨论部分指出，Snord116缺失引起的REM睡眠增加在联合Snord115缺失后消失，表明Snord115和Snord116之间存在非加性交互作用，而非功能冗余。MCH神经元密度在Snord116-KO和双KO中均减少，但REM表型仅在单缺失中出现，提示该结构变化与睡眠行为脱钩，可能反映MCH神经元在摄食、动机等其他领域的广泛功能。Hcrt神经元未受影响，排除了下丘脑泌素系统在PWS睡眠障碍中的核心作用。研究人员强调，成年Snord116-KO小鼠表型需考虑发育背景：Snord116缺失导致出生后生长迟缓和可变死亡率，成年分析可能基于存活亚群，导致选择偏差。转录组分析的有限改变与过往研究差异可能源于实验条件不同，而非Snord116缺陷的可靠信号。Snord115单独缺失无明显睡眠表型，但其在双缺失中的“正常化”效应提示发育补偿或功能拮抗机制。研究结论翻译如下：总之，尽管有充分证据表明SNORD116缺失在PWS病因学中起关键作用（Bieth等2015；de Smith等2009；Ding等2008；Duker等2010；Fontana等2017；Lassi等2016；Hassan和Butler 2016；Pace等2020b；Pace等2020a；Sahoo等2008；Skryabin等2007；Tan等2020），但本研究的结果突出了一个更广泛的困难：Snord缺陷小鼠模型中表型的缺失或不一致性可能并非反映其生物学相关性的缺失，而是反映了用于研究这些表型的实验和概念框架的局限性。虽然REM睡眠改变可在特定遗传背景下观察到，但它们是微妙的，并非在所有模型中一致出现，且无法重现关键临床特征（如嗜睡或下丘脑泌素相关功能障碍）。更广泛地，本研究也强调了研究同时缺失多个基因的小鼠模型的必要性，正如近期针对Ndn和Magel2的研究（Barelle等2024）。从转化医学角度，研究结果呼吁对当前Snord缺陷小鼠模型在PWS睡眠异常研究中的解读需谨慎，特别是考虑到绝大多数患者同时缺失SNORD116和SNORD115。