《iScience》：The deficiency of KIF2C leads to abnormal distribution of cortical neurons and behavioral deficits in mice
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微管解聚驱动蛋白家族成员2C（KIF2C）在神经肿瘤中高表达，并与中枢神经系统（CNS）及精神疾病相关，但其在CNS中的功能仍不清楚。为研究KIF2C在体内的作用，研究人员生成了全身性Kif2c基因敲除小鼠。Kif2c敲除导致皮层结构异常、深层TBR1免疫反应
微管解聚驱动蛋白家族成员2C（KIF2C）在神经肿瘤中高表达，并与中枢神经系统（CNS）及精神疾病相关，但其在CNS中的功能仍不清楚。为研究KIF2C在体内的作用，研究人员生成了全身性Kif2c基因敲除小鼠。Kif2c敲除导致皮层结构异常、深层TBR1免疫反应性选择性降低，以及运动协调和空间学习障碍。单细胞RNA测序揭示了深层神经元组成改变，表现为第5层端脑内（intratelencephalic）神经元减少和端脑外（extratelencephalic）投射神经元相对增加。此外，Kif2c缺陷导致突触相关基因表达紊乱，并与关键发育信号通路的广泛表达变化相关。总体而言，该研究表明KIF2C可能通过调节微管动力学来控制深层皮层神经元的数量和组织，并调节神经元投射和信号通路。该工作为理解KIF2C在神经发育中的作用奠定了基础。
KIF2C在神经发育中的关键作用：基于Kif2c基因敲除小鼠的多维度研究
微管（MT）动态性在神经元分化、迁移和轴突生长中至关重要。驱动蛋白超家族（KIFs）作为微管依赖性马达蛋白，其成员KIF2C是kinesin-13家族的解聚酶，此前研究主要集中于细胞分裂和肿瘤，但近期发现其在神经肿瘤中高表达并与中枢神经系统（CNS）及精神疾病相关。然而，KIF2C在胚胎神经发生和脑发育中的具体功能仍不清楚。为探究这一问题，研究人员利用CRISPR-Cas9技术构建了全身性Kif2c基因敲除（KO）小鼠，结合发育遗传学、组织病理学和单细胞转录组学，系统揭示了Kif2c缺陷对小鼠皮层深层神经元发育及行为的影响。该研究发表在《iScience》上，首次在体内证明KIF2C通过调节微管动力学控制深层皮层神经元的数量和组成，为理解KIF2C相关神经发育障碍提供了基础。
研究人员采用多种关键技术：首先通过CRISPR-Cas9介导的基因编辑生成Kif2c KO小鼠（C57BL/6背景，饲养于昆明理工大学SPF设施），并经测序和qPCR验证；随后运用行为学测试（转棒实验、旷场实验、Morris水迷宫）、组织学分析（Nissl染色、Golgi染色、免疫组化/免疫荧光、H&E染色）、单细胞核RNA测序（snRNA-seq，每组3只小鼠，10x Genomics平台）及生物信息学分析（Seurat、CellChat等）、EdU胚胎标记和透射电镜等技术，系统评估了皮层结构和细胞组成变化。
研究结果如下：
**Kif2c deficiency leads to brain and testicular abnormalities in mice**
通过免疫荧光确认KIF2C在野生型（WT）小鼠多个脑区广泛表达。基因编辑成功构建KO小鼠（四碱基ACAG缺失）。表型分析显示KO小鼠体重和脑重显著降低，且雄性KO小鼠睾丸发育异常，而其他主要器官无明显结构缺陷。
**Kif2c deficiency impairs motor coordination and spatial learning in mice**
行为学测试表明，KO小鼠在转棒实验中坠落潜伏期和总运动距离显著缩短，旷场实验中总移动距离减少，但平均速度无差异，提示基础运动功能部分保留。Morris水迷宫训练阶段KO小鼠逃逸潜伏期显著延长，但探针试验中平台穿越次数和目标象限停留时间仅呈下降趋势，未达显著差异，表明其空间学习受损但记忆提取相对保留。
**Kif2c deficiency affects the structure and number of deep cortical neurons**
Golgi染色显示KO小鼠皮层神经元排列紊乱，树突棘密度降低，其中蘑菇状棘比例减少、细长状棘比例增加，提示棘成熟和突触稳定性受损。Western blot检测发现KO小鼠皮层组织中神经元标志物NeuN和深层标志物TBR1表达显著下调，而其他脑区无此变化。Nissl染色进一步确认神经元丢失主要局限于皮层深层。
**Kif2c deficiency affects the structure and number of deep cortical neurons**
免疫组化和免疫荧光分析证实，KO小鼠皮层深层NeuN阳性神经元数量减少，残留神经元胞体皱缩、突起丢失；TBR1阳性神经元在深层显著减少。全脑透明化染色同样显示KO小鼠深层的TBR1阳性条带缺失。上述结果共同表明Kif2c缺陷特异性损害深层皮层神经元的结构和数量。
**The impact of Kif2c deficiency on the composition of brain cells in mice**
snRNA-seq将皮层细胞分为7类主要群体。比例分析显示KO小鼠抑制性神经元比例降低、兴奋性神经元比例升高。差异表达分析发现兴奋性和抑制性神经元转录组改变最为显著。GO富集分析显示KO小鼠兴奋性神经元中突触组装和神经发生通路上调，而学习、听觉处理等高级功能相关基因下调；抑制性神经元中突触功能、多巴胺转运等核心通路广泛紊乱。非神经元胶质细胞中氧化磷酸化、核糖核苷三磷酸（rNTP）生物合成等通路活性增强。
**Kif2c deficiency disrupts cortical excitatory neuron subtypes**
对兴奋性神经元进行亚聚类分析，鉴定出8个转录组亚型，包括第2-3层、第4-5层端脑内（IT）神经元及第5层IT和端脑外（ET）神经元。比例分析显示KO小鼠第5层IT神经元比例降低，而ET神经元比例相对增加。SYNGO突触通路模块评分显示各兴奋性亚型中突触和代谢相关基因表达改变，其中深层IT神经元最脆弱。
**Disrupted signaling in specific pathways underlies altered neuronal communication in KO mice**
CellChat分析显示KO小鼠神经元间总相互作用强度增加，但抑制性神经元和第5层IT神经元的传出和传入信号均显著减少。关键发育信号通路中，EPHB和神经营养因子（NT）相关基因显著下调。配体-受体互作分析表明，第5层ET/IT神经元的Ephb1受体和第6层IT CAR3的Bdnf配体表达均显著降低，且深层兴奋性神经元中这些通路的破坏最为严重。
**Early onset of cortical deficits in KO mice**
为追溯缺陷起源，研究人员分析出生后第14天（P14）小鼠。Nissl染色、NeuN和TBR1免疫染色均显示KO小鼠深层皮层神经元数量显著减少，且层特异性标志物CUX1和Ctip2染色证实深层皮层变薄。透射电镜观察到KO皮层明显脱髓鞘。在胚胎期第14.5天（E14.5）注射EdU并于P14分析，发现KO小鼠皮层中EdU阳性神经元显著减少，提示神经元生成或存活缺陷始于胚胎期。
讨论部分指出，微管相关蛋白缺陷常与神经发育障碍相关。KIF2C作为微管解聚酶，其缺失可能破坏生长锥微管动态重塑，导致深层神经元轴突导向和成熟失败。KIF2C受转录因子MEF2C调控，MEF2C缺陷表型与KO小鼠认知和突触缺陷高度重叠，提示KIF2C是MEF2C通路的关键下游效应因子。第5层IT神经元对微管动态的依赖可能使其对Kif2c缺失尤为敏感，而ET神经元的相对保留可能源于其轴突分支较少的特性。EPHB和NT信号的下调可能进一步损害突触组装和稳定性。此外，胶质细胞反应和内皮细胞比例降低等非细胞自主效应可能加重初始神经元损伤。研究结论为：MT解聚酶KIF2C是哺乳动物皮层深层神经元正常发育所必需的，Kif2c缺陷导致皮层细胞组成和基因表达改变，并伴随行为缺陷。该发现明确了KIF2C是调控皮层深层神经元特异性发育的靶点之一，为皮层神经发育障碍提供了潜在的风险位点，并提示通过调节微管结构稳定性干预皮层发育异常的新思路。
