KMT2B相关肌张力障碍小鼠模型中的运动协调和行为缺陷

《Neurobiology of Disease》：Motor coordination and behavioural deficits in a mouse model of KMT2B-related dystonia

　　

背景：KMT2B的致病性变异导致早发性肌张力障碍，但目前尚缺乏经过全面、针对肌张力障碍导向表型分析的小鼠模型。方法：研究人员对杂合Kmt2b组成性敲除小鼠及其野生型同窝对照进行了详细的表型分析，评估了生长、神经行为特征、运动协调、感觉运动门控、社会行为和代谢参数，并结合了纹状体RNA测序。结果：两种性别的Kmt2b敲除小鼠均可存活，但体型和体重显著小于同窝对照。敲除小鼠在开放场中表现为过度活跃，听觉惊跳反应约为对照组的两倍；出乎意料的是，在所有前脉冲强度下，前脉冲抑制（PPI）均增强而非减弱。在平衡木实验中，敲除小鼠穿越更慢且停顿更频繁；雌性敲除小鼠在梯级横杆任务中停顿也更多。逐帧视频分析显示其后爪呈爪样姿势，表现为足趾异常向内屈曲。敲除小鼠用于探究陌生同类的的时间减少，而社会识别记忆保持完好。纹状体RNA测序确认Kmt2b转录本降至对照水平的大约一半，并鉴定出177个差异表达基因，包括编码单胺氧化酶B的Maob；基因集富集分析提示涉及神经发育、胶质和线粒体过程。伤害感受、视觉、体重校正后的握力以及临床化学和血液学指标基本未受影响。结论：杂合Kmt2b敲除小鼠表现出过度活跃、感觉运动门控改变、运动协调障碍并伴有肌张力障碍样爪姿势和社交性降低，同时存在涉及神经发育过程的纹状体转录组特征。该模型反映了人类KMT2B相关肌张力障碍的某些方面，为机制研究提供了平台；环境或药理学挑战可能有助于揭示明显的肌张力障碍特征。

KMT2B相关肌张力障碍（KMT2B-related dystonia）是由KMT2B基因杂合变异引起的早发性肌张力障碍。KMT2B编码赖氨酸特异性组蛋白甲基转移酶2B，属于COMPASS样/Trithorax家族，在胚胎发育和成年神经元基因调控中具有非冗余作用。目前已在患者中鉴定出超过100种致病性突变，其中多数为从头功能缺失突变，提示单倍剂量不足是主要机制。临床上，患者常表现为童年期局灶起病并进展为全身性肌张力障碍，伴随智力障碍、发育迟缓或精神共病，但表型变异性和不完全外显率常见。尽管已有血DNA甲基化表观印记等诊断进展，KMT2B缺乏与运动控制网络功能障碍之间的病理生理机制仍不明确。与其他遗传性肌张力障碍相比，KMT2B相关肌张力障碍的动物模型研究较少，尤其缺乏经过全面、肌张力障碍导向表型分析的杂合Kmt2b敲除模型。为此，研究人员在德国小鼠临床中心（GMC）对杂合Kmt2b组成性敲除小鼠进行了系统的神经行为表型分析，并结合纹状体转录组学，旨在揭示KMT2B单倍剂量不足对运动、感觉运动门控和社会行为的影响。该研究发表于《Neurobiology of Disease》。

关键技术方法：研究使用Kmt2b^tm1Afst靶向等位基因构建的杂合敲除小鼠，已在C57BL/6JolaHsd背景回交至少四代，以野生型同窝为对照，共60只（每种基因型每种性别各15只）。主要方法包括：开放场测试检测自发活动；听觉惊跳及前脉冲抑制（PPI）检测感觉运动门控；平衡木、梯形横杆和转棒检测运动协调；逐帧视频分析后爪姿势；社交辨别测试检测社会行为；改良SHIRPA神经学筛查；握力、热板、视动鼓、临床化学和血液学检测；纹状体RNA测序结合DESeq2差异表达分析和基因集富集分析。这些方法覆盖了运动、感觉、社交和代谢等多个领域。

研究结果：

3.1 Kmt2b敲除小鼠生长减小：通过定期称重和39周龄体长测量，发现敲除小鼠在几乎所有时间点体重显著低于对照，体长亦缩短，表明生长受限。

3.2 开放场、前脉冲抑制和社交辨别测试中的行为异常：开放场测试中，敲除小鼠总移动距离和平均速度显著增加，但在中心区域的时间和距离比例无差异，提示过度活跃而非焦虑样行为改变。在听觉惊跳与PPI测试中，敲除小鼠对110 dB声音的惊跳幅度约为对照组两倍，且在所有前脉冲强度下PPI均显著增强，表明感觉运动