摘要：研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子MEF2C通過調(diào)控人類小膠質(zhì)細胞的炎癥反應(yīng)、吞噬功能及脂質(zhì)代謝等關(guān)鍵通路。
本研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子MEF2C通過調(diào)控人類小膠質(zhì)細胞的炎癥反應(yīng)、吞噬功能及脂質(zhì)代謝等關(guān)鍵通路，在自閉癥譜系障礙（ASD）和神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮核心作用。研究結(jié)合多組學(xué)分析和功能實驗，揭示了MEF2C缺失導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞功能紊亂的分子機制，為神經(jīng)發(fā)育和衰老相關(guān)疾病的干預(yù)提供了新靶點。
MEF2C在人類小膠質(zhì)細胞中的表達與發(fā)育調(diào)控
MEF2C（肌細胞增強因子2C）是一種在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子，其在人類小膠質(zhì)細胞中的表達模式尚不明確。通過對胎兒和出生后人腦組織的轉(zhuǎn)錄組分析及免疫染色研究發(fā)現(xiàn)，MEF2C RNA在小膠質(zhì)細胞中顯著富集，且?guī)缀跛械腎BA1+小膠質(zhì)細胞均表達MEF2C蛋白。胎兒階段小膠質(zhì)細胞的MEF2C表達強度高于神經(jīng)元，而出生后兩者表達水平趨于一致。這一結(jié)果提示MEF2C在早期妊娠階段對小膠質(zhì)細胞的功能具有特別重要的作用。
圖1 MEF2C在人類小膠質(zhì)細胞中的轉(zhuǎn)錄與表觀遺傳學(xué)靶點—對自閉癥風險及年齡相關(guān)疾病的細胞功能影響
CRISPR–Cas9編輯構(gòu)建MEF2C缺陷型小膠質(zhì)細胞模型
為深入研究MEF2C在小膠質(zhì)細胞中的功能，研究團隊利用CRISPR–Cas9基因編輯技術(shù)，在誘導(dǎo)多能干細胞（iPS細胞）中構(gòu)建了MEF2C單倍體不足（MHS）和完全敲除（KO）的等基因細胞系，并進一步將其分化為誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞（iMG）。Western blot和免疫染色結(jié)果證實，MEF2C蛋白的表達呈劑量依賴性下降。形態(tài)學(xué)分析顯示，MEF2C缺失導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞分支長度和復(fù)雜性顯著降低，同時CD45表達上升、CX3CR1表達略有下降，表明MEF2C可能參與調(diào)控小膠質(zhì)細胞的穩(wěn)態(tài)維持。
MEF2C調(diào)控炎癥及疾病相關(guān)基因表達
RNA測序分析顯示，MEF2C-KO iMG中共有964個基因上調(diào)、606個基因下調(diào)。上調(diào)基因富集于免疫激活、吞噬體功能、溶酶體功能和脂質(zhì)代謝等相關(guān)通路，而下調(diào)基因則與細胞黏附、突觸組織和淋巴細胞分化等功能相關(guān)。此外，MEF2C缺失還導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞穩(wěn)態(tài)相關(guān)基因（如TMEM119和CX3CR1）表達下降。通過Ingenuity Pathway Analysis（IPA）預(yù)測，LPS和TNF可能是MEF2C缺失所致基因表達變化的上游調(diào)控因子。
MEF2C缺陷重現(xiàn)神經(jīng)精神疾病的轉(zhuǎn)錄組特征
研究團隊進一步將MEF2C-KO iMG的差異表達基因與PsychEncode聯(lián)盟中的自閉癥（ASD）、雙相障礙（BD）和精神分裂癥（SCZ）腦轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn)MEF2C缺失所導(dǎo)致的上調(diào)基因與PsychEncode中的神經(jīng)免疫模塊（如NF-κB、干擾素反應(yīng)和染色質(zhì)修飾酶相關(guān)模塊）高度重疊，這些模塊在ASD患者腦中同樣呈現(xiàn)上調(diào)狀態(tài)。這一結(jié)果提示，MEF2C缺失的小膠質(zhì)細胞模型可較好地模擬ASD等神經(jīng)精神疾病的分子表型。
網(wǎng)絡(luò)分析識別神經(jīng)精神疾病相關(guān)基因模塊
通過加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA），研究團隊發(fā)現(xiàn)兩個與MEF2C缺失高度正相關(guān)的基因模塊：模塊5（黃色模塊）和模塊4（淺青色模塊）。模塊5中的樞紐基因主要參與IFN/TGFβ信號、抗原呈遞和細胞因子信號等免疫相關(guān)通路，且與ASD、衰老小膠質(zhì)細胞和阿爾茨海默?。ˋD）相關(guān)基因集顯著重疊；模塊4則富集于Toll樣受體（TLR）和干擾素基因信號通路，與ASD、LPS激活的小膠質(zhì)細胞及AD相關(guān)基因集高度相關(guān)。這些模塊的識別為解析MEF2C調(diào)控小膠質(zhì)細胞功能的機制提供了重要線索。
MEF2C缺失導(dǎo)致溶酶體相關(guān)功能異常
功能實驗證實，MEF2C-KO iMG表現(xiàn)出廣泛的吞噬功能受損，包括對酵母聚糖A和淀粉樣蛋白Aβ1–42的吞噬能力下降。此外，MEF2C缺失還引起溶酶體功能異常，表現(xiàn)為CD68蛋白表達上升、溶酶體質(zhì)量增加（LysoTracker染色）以及LAMP1和LAMP2表達上調(diào)。這些結(jié)果表明，MEF2C缺失可能導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞中脂質(zhì)積累和降解功能障礙，進而影響其免疫功能。
圖2 MEF2C在小膠質(zhì)細胞的整個發(fā)育過程中均有表達，其功能缺失會引發(fā)表型改變
MEF2C缺失誘發(fā)高炎癥表型
在無炎癥刺激的情況下，MEF2C-KO iMG表現(xiàn)出誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）和活性氧（ROS）水平升高，且炎癥細胞因子（如IL-1β、IL-6、TNF和IL-8）的釋放增加。干擾素相關(guān)基因評分及STAT1磷酸化水平檢測進一步顯示，MEF2C缺失的小膠質(zhì)細胞對IFNβ刺激的反應(yīng)更為敏感，表明其處于一種“預(yù)激活”狀態(tài)，易于發(fā)生過度炎癥反應(yīng)。
MEF2C缺失模擬神經(jīng)退行性疾病相關(guān)表型
基因集富集分析顯示，MEF2C缺失所導(dǎo)致的差異表達基因與衰老小膠質(zhì)細胞和AD相關(guān)基因集存在顯著重疊。實驗證實，MEF2C-KO iMG中β-半乳糖苷酶（β-gal）和APOE表達上升，而TREM2表達下降，同時細胞中脂滴積累（BODIPY染色）顯著增加。脂質(zhì)組學(xué)分析進一步表明，KO iMG中磷脂、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰膽堿等脂質(zhì)類別顯著增多，這些脂質(zhì)代謝異常與腦衰老及神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)。
MEF2C調(diào)控活性增強子景觀
通過ATAC–seq和H3K27ac ChIP–seq分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)MEF2C缺失導(dǎo)致超過8,000個增強子區(qū)域發(fā)生差異性乙?；?。 motif分析顯示，MEF2C結(jié)合位點富集于PU.1和MEF2C motif，且與AP-1、RUNX和CEBP等小膠質(zhì)細胞譜系決定因子的結(jié)合位點共存。進一步將MEF2C結(jié)合位點與差異性乙?；瘏^(qū)域疊加，鑒定出MEF2C直接激活、直接抑制、間接激活和間接抑制四種調(diào)控類型，表明MEF2C在小膠質(zhì)細胞中主要發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用，且可能通過與其他轉(zhuǎn)錄因子（如IRF、MITF）相互作用參與炎癥和溶酶體功能的調(diào)控。
MEF2C與自閉癥遺傳學(xué)的相關(guān)性
研究團隊還將自閉癥患者皮質(zhì)組織中的差異性乙?；鰪娮优c細胞類型特異性增強子進行比對，發(fā)現(xiàn)這些增強子與小膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞特異性增強子均存在重疊。進一步分析顯示，與MEF2C-KO iMG中活性增強子相鄰的基因與自閉癥相關(guān)基因存在顯著重疊，提示MEF2C調(diào)控的增強子網(wǎng)絡(luò)在ASD發(fā)病機制中可能具有重要作用。
MEF2C在體內(nèi)模型中重現(xiàn)體外表型
通過將人iPS細胞來源的造血祖細胞移植入免疫缺陷小鼠（CSF1h/hRag2-/-Il2rg-/-），研究團隊在體內(nèi)驗證了MEF2C缺失對小膠質(zhì)細胞形態(tài)和功能的影響。結(jié)果顯示，MEF2C-KO移植小膠質(zhì)細胞（xMG）表現(xiàn)出阿米巴樣形態(tài)，分支點和連接數(shù)減少，溶酶體標志物CD68和脂滴相關(guān)蛋白PLIN2表達顯著上升，且電鏡觀察證實脂滴積累明顯。這些體內(nèi)實驗結(jié)果與體外研究高度一致，進一步支持MEF2C在調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞穩(wěn)態(tài)和功能中的關(guān)鍵作用。
討論與展望
本研究系統(tǒng)解析了MEF2C在人類小膠質(zhì)細胞中的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)控機制，揭示了其通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、吞噬功能、脂質(zhì)代謝等關(guān)鍵通路參與ASD和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展。盡管MEF2C在神經(jīng)元中的功能已有較多研究，但其在小膠質(zhì)細胞中的作用尚不明確。本研究不僅為理解MEF2C相關(guān)神經(jīng)發(fā)育障礙的病理機制提供了新視角，也為針對小膠質(zhì)細胞功能的治療策略提供了潛在靶點。未來研究可進一步探索MEF2C在不同神經(jīng)疾病模型中的作用，以及其作為治療靶點的可行性。
參考資料
[1] Transcriptional and epigenetic targets of MEF2C in human microglia contribute to cellular functions related to autism risk and age-related disease
摘要：研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子MEF2C通過調(diào)控人類小膠質(zhì)細胞的炎癥反應(yīng)、吞噬功能及脂質(zhì)代謝等關(guān)鍵通路。
本研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子MEF2C通過調(diào)控人類小膠質(zhì)細胞的炎癥反應(yīng)、吞噬功能及脂質(zhì)代謝等關(guān)鍵通路，在自閉癥譜系障礙（ASD）和神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮核心作用。研究結(jié)合多組學(xué)分析和功能實驗，揭示了MEF2C缺失導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞功能紊亂的分子機制，為神經(jīng)發(fā)育和衰老相關(guān)疾病的干預(yù)提供了新靶點。
MEF2C在人類小膠質(zhì)細胞中的表達與發(fā)育調(diào)控
MEF2C（肌細胞增強因子2C）是一種在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子，其在人類小膠質(zhì)細胞中的表達模式尚不明確。通過對胎兒和出生后人腦組織的轉(zhuǎn)錄組分析及免疫染色研究發(fā)現(xiàn)，MEF2C RNA在小膠質(zhì)細胞中顯著富集，且?guī)缀跛械腎BA1+小膠質(zhì)細胞均表達MEF2C蛋白。胎兒階段小膠質(zhì)細胞的MEF2C表達強度高于神經(jīng)元，而出生后兩者表達水平趨于一致。這一結(jié)果提示MEF2C在早期妊娠階段對小膠質(zhì)細胞的功能具有特別重要的作用。
圖1 MEF2C在人類小膠質(zhì)細胞中的轉(zhuǎn)錄與表觀遺傳學(xué)靶點—對自閉癥風險及年齡相關(guān)疾病的細胞功能影響
CRISPR–Cas9編輯構(gòu)建MEF2C缺陷型小膠質(zhì)細胞模型
為深入研究MEF2C在小膠質(zhì)細胞中的功能，研究團隊利用CRISPR–Cas9基因編輯技術(shù)，在誘導(dǎo)多能干細胞（iPS細胞）中構(gòu)建了MEF2C單倍體不足（MHS）和完全敲除（KO）的等基因細胞系，并進一步將其分化為誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞（iMG）。Western blot和免疫染色結(jié)果證實，MEF2C蛋白的表達呈劑量依賴性下降。形態(tài)學(xué)分析顯示，MEF2C缺失導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞分支長度和復(fù)雜性顯著降低，同時CD45表達上升、CX3CR1表達略有下降，表明MEF2C可能參與調(diào)控小膠質(zhì)細胞的穩(wěn)態(tài)維持。
MEF2C調(diào)控炎癥及疾病相關(guān)基因表達
RNA測序分析顯示，MEF2C-KO iMG中共有964個基因上調(diào)、606個基因下調(diào)。上調(diào)基因富集于免疫激活、吞噬體功能、溶酶體功能和脂質(zhì)代謝等相關(guān)通路，而下調(diào)基因則與細胞黏附、突觸組織和淋巴細胞分化等功能相關(guān)。此外，MEF2C缺失還導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞穩(wěn)態(tài)相關(guān)基因（如TMEM119和CX3CR1）表達下降。通過Ingenuity Pathway Analysis（IPA）預(yù)測，LPS和TNF可能是MEF2C缺失所致基因表達變化的上游調(diào)控因子。
MEF2C缺陷重現(xiàn)神經(jīng)精神疾病的轉(zhuǎn)錄組特征
研究團隊進一步將MEF2C-KO iMG的差異表達基因與PsychEncode聯(lián)盟中的自閉癥（ASD）、雙相障礙（BD）和精神分裂癥（SCZ）腦轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn)MEF2C缺失所導(dǎo)致的上調(diào)基因與PsychEncode中的神經(jīng)免疫模塊（如NF-κB、干擾素反應(yīng)和染色質(zhì)修飾酶相關(guān)模塊）高度重疊，這些模塊在ASD患者腦中同樣呈現(xiàn)上調(diào)狀態(tài)。這一結(jié)果提示，MEF2C缺失的小膠質(zhì)細胞模型可較好地模擬ASD等神經(jīng)精神疾病的分子表型。
網(wǎng)絡(luò)分析識別神經(jīng)精神疾病相關(guān)基因模塊
通過加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA），研究團隊發(fā)現(xiàn)兩個與MEF2C缺失高度正相關(guān)的基因模塊：模塊5（黃色模塊）和模塊4（淺青色模塊）。模塊5中的樞紐基因主要參與IFN/TGFβ信號、抗原呈遞和細胞因子信號等免疫相關(guān)通路，且與ASD、衰老小膠質(zhì)細胞和阿爾茨海默病（AD）相關(guān)基因集顯著重疊；模塊4則富集于Toll樣受體（TLR）和干擾素基因信號通路，與ASD、LPS激活的小膠質(zhì)細胞及AD相關(guān)基因集高度相關(guān)。這些模塊的識別為解析MEF2C調(diào)控小膠質(zhì)細胞功能的機制提供了重要線索。
MEF2C缺失導(dǎo)致溶酶體相關(guān)功能異常
功能實驗證實，MEF2C-KO iMG表現(xiàn)出廣泛的吞噬功能受損，包括對酵母聚糖A和淀粉樣蛋白Aβ1–42的吞噬能力下降。此外，MEF2C缺失還引起溶酶體功能異常，表現(xiàn)為CD68蛋白表達上升、溶酶體質(zhì)量增加（LysoTracker染色）以及LAMP1和LAMP2表達上調(diào)。這些結(jié)果表明，MEF2C缺失可能導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞中脂質(zhì)積累和降解功能障礙，進而影響其免疫功能。
圖2 MEF2C在小膠質(zhì)細胞的整個發(fā)育過程中均有表達，其功能缺失會引發(fā)表型改變
MEF2C缺失誘發(fā)高炎癥表型
在無炎癥刺激的情況下，MEF2C-KO iMG表現(xiàn)出誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）和活性氧（ROS）水平升高，且炎癥細胞因子（如IL-1β、IL-6、TNF和IL-8）的釋放增加。干擾素相關(guān)基因評分及STAT1磷酸化水平檢測進一步顯示，MEF2C缺失的小膠質(zhì)細胞對IFNβ刺激的反應(yīng)更為敏感，表明其處于一種“預(yù)激活”狀態(tài)，易于發(fā)生過度炎癥反應(yīng)。
MEF2C缺失模擬神經(jīng)退行性疾病相關(guān)表型
基因集富集分析顯示，MEF2C缺失所導(dǎo)致的差異表達基因與衰老小膠質(zhì)細胞和AD相關(guān)基因集存在顯著重疊。實驗證實，MEF2C-KO iMG中β-半乳糖苷酶（β-gal）和APOE表達上升，而TREM2表達下降，同時細胞中脂滴積累（BODIPY染色）顯著增加。脂質(zhì)組學(xué)分析進一步表明，KO iMG中磷脂、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰膽堿等脂質(zhì)類別顯著增多，這些脂質(zhì)代謝異常與腦衰老及神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)。
MEF2C調(diào)控活性增強子景觀
通過ATAC–seq和H3K27ac ChIP–seq分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)MEF2C缺失導(dǎo)致超過8,000個增強子區(qū)域發(fā)生差異性乙?；?。 motif分析顯示，MEF2C結(jié)合位點富集于PU.1和MEF2C motif，且與AP-1、RUNX和CEBP等小膠質(zhì)細胞譜系決定因子的結(jié)合位點共存。進一步將MEF2C結(jié)合位點與差異性乙?；瘏^(qū)域疊加，鑒定出MEF2C直接激活、直接抑制、間接激活和間接抑制四種調(diào)控類型，表明MEF2C在小膠質(zhì)細胞中主要發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用，且可能通過與其他轉(zhuǎn)錄因子（如IRF、MITF）相互作用參與炎癥和溶酶體功能的調(diào)控。
MEF2C與自閉癥遺傳學(xué)的相關(guān)性
研究團隊還將自閉癥患者皮質(zhì)組織中的差異性乙?；鰪娮优c細胞類型特異性增強子進行比對，發(fā)現(xiàn)這些增強子與小膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細胞特異性增強子均存在重疊。進一步分析顯示，與MEF2C-KO iMG中活性增強子相鄰的基因與自閉癥相關(guān)基因存在顯著重疊，提示MEF2C調(diào)控的增強子網(wǎng)絡(luò)在ASD發(fā)病機制中可能具有重要作用。
MEF2C在體內(nèi)模型中重現(xiàn)體外表型
通過將人iPS細胞來源的造血祖細胞移植入免疫缺陷小鼠（CSF1h/hRag2-/-Il2rg-/-），研究團隊在體內(nèi)驗證了MEF2C缺失對小膠質(zhì)細胞形態(tài)和功能的影響。結(jié)果顯示，MEF2C-KO移植小膠質(zhì)細胞（xMG）表現(xiàn)出阿米巴樣形態(tài)，分支點和連接數(shù)減少，溶酶體標志物CD68和脂滴相關(guān)蛋白PLIN2表達顯著上升，且電鏡觀察證實脂滴積累明顯。這些體內(nèi)實驗結(jié)果與體外研究高度一致，進一步支持MEF2C在調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞穩(wěn)態(tài)和功能中的關(guān)鍵作用。
討論與展望
本研究系統(tǒng)解析了MEF2C在人類小膠質(zhì)細胞中的轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)控機制，揭示了其通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、吞噬功能、脂質(zhì)代謝等關(guān)鍵通路參與ASD和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展。盡管MEF2C在神經(jīng)元中的功能已有較多研究，但其在小膠質(zhì)細胞中的作用尚不明確。本研究不僅為理解MEF2C相關(guān)神經(jīng)發(fā)育障礙的病理機制提供了新視角，也為針對小膠質(zhì)細胞功能的治療策略提供了潛在靶點。未來研究可進一步探索MEF2C在不同神經(jīng)疾病模型中的作用，以及其作為治療靶點的可行性。
參考資料
[1] Transcriptional and epigenetic targets of MEF2C in human microglia contribute to cellular functions related to autism risk and age-related disease
