KMT2D通过酶依赖与非依赖双重机制调控肌肉再生揭示Kabuki综合征肌张力低下病理机制

《Clinical Chemistry》：B-003 Assessing the role of KMT2D in muscle regeneration to understand hypotonia symptoms associated with Kabuki Syndrome

　　本研究为揭示Kabuki综合征(KS)患者肌张力低下的病理机制，通过构建肌肉干细胞特异性KMT2D敲除小鼠模型，发现KMT2D通过调控约1200个基因表达（包括关键融合基因）影响肌肉再生，其功能兼具H3K4me1甲基转移酶活性依赖与非依赖双重机制，为理解KS多组织病理提供了首个体内机制见解。

　　

在罕见病研究领域，Kabuki综合征（Kabuki syndrome，KS）作为一种影响全球约三万二千分之一个体的多系统遗传性疾病，始终困扰着医学界。患者不仅面临特殊面容、发育迟滞和智力障碍等挑战，更备受肌张力低下（hypotonia）导致的肌肉无力问题折磨，严重影响生活质量。尽管基因诊断发现80%的KS病例源于组蛋白甲基转移酶KMT2D（histone methyltransferase KMT2D）的致病性突变，但这一表观遗传因子如何通过调控肌肉组织特异性基因表达进而导致肌张力低下的机制，至今仍是未解之谜。

发表于《Clinical Chemistry》的最新研究直面这一科学难题，首次通过精准的基因编辑技术揭示了KMT2D在肌肉干细胞（muscle stem cells，MuSCs）中的核心作用。研究人员创造性地构建了肌肉干细胞特异性诱导敲除KMT2D的小鼠模型，分别模拟KS患者的杂合突变状态（KMT2D^scKO/wt）和纯合缺失状态（KMT2D^scKO/scKO）。为区分KMT2D的酶活性功能与支架功能，团队还引入了催化活性缺失的敲入突变体（KMT2D^KI）。通过急性心脏毒素损伤模型触发肌肉再生过程，结合体外细胞分化实验，研究系统评估了不同基因型小鼠的肌肉修复能力。基因表达谱分析（RNA-seq）与染色质结合位点测绘（CUT&Tag）技术的联合应用，使团队能够精确识别KMT2D直接调控的靶基因网络。

研究结果部分，小标题“肌肉再生功能受损”下的实验数据显示：在心脏毒素诱导损伤后，KMT2D^scKO/wt、KMT2D^scKO/scKO和KMT2D^KI小鼠均表现出明显的肌肉再生障碍，且缺陷程度与KMT2D蛋白浓度呈正相关。体外分化实验进一步证实，无论是KMT2D的完全缺失还是其甲基转移酶活性的丧失，都会导致肌肉干细胞分化能力显著受损。

在“基因调控网络解析”部分，RNA-seq分析发现在分化时间点约有1200个基因表达紊乱，其中大多数为下调基因。通过整合CUT&Tag获得的KMT2D基因组结合位点信息，研究成功鉴定出包括关键细胞融合基因在内的直接靶标。特别值得注意的是，对比KMT2D^scKO与KMT2D^KI模型，研究发现KMT2D对靶基因的调控存在双重机制：部分基因依赖其组蛋白H3K4单甲基化（H3K4me1）催化活性，而另一部分基因则通过非酶活性的方式发挥作用。

结论与讨论部分指出，本研究首次在体内实验中证实KMT2D通过调控肌肉细胞命运转换相关基因的表达网络，在肌肉再生过程中发挥关键作用。发现KMT2D兼具酶依赖与非依赖的双重功能模式，为理解KS的复杂病理机制提供了新的理论框架。这些来自肌肉系统的研究结果将成为探索KS其他受累组织（如神经、骨骼等）干细胞功能异常的重要基石，为未来开发针对KS的干预策略指明了方向。研究者计划进一步利用临床患者样本验证这些发现，推动基础研究向临床应用的转化。

主要技术方法概括：研究采用肌肉干细胞特异性诱导型Cre重组酶系统构建KMT2D条件敲除小鼠模型，通过心脏毒素胫骨前肌注射建立急性损伤模型，利用体外细胞培养评估肌肉干细胞分化潜能，结合RNA测序（RNA-seq）和CUT&Tag（一种低细胞量染色质分析技术）进行全基因组转录组和表观基因组分析。