DPYSL5基因错义变异导致神经发育障碍和脑畸形：体外研究揭示神经元成熟受损的机制

《Molecular Psychiatry》：Missense variants in DPYSL5 associated with neurodevelopmental disorders and brain malformations cause impaired neuronal maturation in vitro

　　本研究针对DPYSL5基因错义变异与神经发育障碍（NDD）伴脑畸形的关联展开深入探索。研究人员通过收集9例携带不同DPYSL5错义变异的患者临床数据，结合小鼠原代神经元和人iPSC来源神经干细胞模型，系统评估了变异对神经元树突发育、轴突延伸及突触成熟的影响。结果发现位于N端的p.Glu25Lys和p.Glu41Lys等变异会破坏DPYSL5对树突生长的抑制作用，并引起突触密度和成熟度异常，而p.Arg354Cys变异则显著影响轴突延伸。该研究不仅扩展了DPYSL5相关疾病的表型谱系，还为理解DPYSL蛋白家族在脑发育中的调控机制提供了重要实验依据。

　　

在大脑发育的复杂交响曲中，任何一个基因的微小变异都可能导致神经发育障碍（Neurodevelopmental Disorders, NDD）的严重后果。近年来，科学家们发现DPYSL5基因的错义变异与神经发育障碍及脑畸形密切相关，但对其具体致病机制的认识仍显不足。这类疾病表现为发育迟缓、智力障碍和大脑结构异常（如胼胝体发育不全），影响全球2-3%的人口，给家庭和社会带来沉重负担。

为了深入理解DPYSL5基因在神经发育中的作用，由Florence Desprez和Solene Remize共同领导的研究团队在《Molecular Psychiatry》上发表了最新研究成果。他们通过多中心国际合作，收集了9例携带DPYSL5错义变异的患者（包括3例胎儿）的临床数据，并利用先进的细胞模型揭示了这些变异如何干扰神经元正常发育过程。

研究人员采用的主要技术方法包括：收集9例携带DPYSL5错义变异患者的临床资料和基因测序数据；通过位点定向诱变构建野生型和变异型DPYSL5表达载体；利用小鼠海马原代神经元培养模型评估变异对树突和轴突发育的影响；建立人诱导多能干细胞（hiPSC）来源的神经干细胞（NSC）模型，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术引入p.Glu41Lys变异；采用免疫细胞化学、Western blot和共聚焦显微镜分析神经元形态和突触发育。

临床谱系与DPYSL5变异关联

研究描述了9例携带6种不同DPYSL5错义变异的患者临床特征。所有存活个体均表现发育迟缓（6/6），主要为语言发育迟缓（5/6），并伴有轻度至重度智力障碍（5/5）。其中4例患有自闭症谱系障碍（ASD），2例有自伤或暴躁行为。脑影像学显示，携带N端变异（p.Glu25Lys和p.Glu41Lys）的个体均出现胼胝体发育不全（ACC），而C端变异携带者表型较轻且无ACC，表明变异位置与表型严重程度相关。

DPYSL5变异在结构蛋白域中的分布

通过蛋白质结构模型分析发现，不同变异位于DPYSL5蛋白的不同功能域。N端变异p.Glu25Lys和p.Glu41Lys位于蛋白表面环区，可能影响与结合伙伴的相互作用；而p.Arg231His位于二聚体界面，可能破坏蛋白质二聚化。结构分析为理解变异的功能影响提供了分子基础。

年轻发育神经元中过表达DPYSL5变异导致树突或轴突延伸过程改变

在原代海马神经元中的功能实验显示，过表达野生型DPYSL5会抑制树突生长，而p.Glu25Lys、p.Ala253Ser和p.Arg521Gln变异则丧失此抑制功能，导致树突过度生长。相反，p.Arg354Cys变异不仅保留树突抑制功能，还显著减少轴突长度，提示其通过不同机制影响神经元发育。

N端DPYSL5 p.(Glu25Lys)、p(Glu41Lys)和p.(Gly47Arg)变异损害突触密度和成熟

在成熟神经元中，过表达野生型DPYSL5增加突触密度，而p.Glu25Lys变异则无此效应。进一步分析突触成熟状态发现，p.Gly47Arg变异增加未成熟突触（丝状伪足）密度，p.Glu41Lys变异降低成熟突触密度，表明N端变异通过不同机制影响突触发育和功能。

0.6μm）结合PSD95标记区分成熟棘。三次独立转染，分析10-20个神经元，ANOVA Kruskal-Wallis检验和Turkey多重比较检验，数据表示为平均值±SD。p<0.01p<0.001。D 未成熟棘密度量化。未成熟棘定义为头直径<0.6μm且无PSD95标记。三次独立实验，分析10-20个神经元并与WT比较，ANOVA Kruskal-Wallis检验和Turkey多重比较检验。图中表示平均值±SD。p<0.01。E 成熟/未成熟棘比率图示。三次独立实验，每种条件分析10-15个神经元。每种变异体的成熟与未成熟棘比率与过表达DPYSL5-WT的神经元比率比较。Kruskal Wallis检验和Dunn多重比较检验。数据表示平均值±SD。SD，标准差；**p<0.001。'>

WT/p.(Glu41Lys)人iPSC来源神经干细胞中异常的神经突生长过程

通过CRISPR/Cas9基因编辑技术在hiPSC中引入p.Glu41Lys变异，并分化为神经干细胞（NSC）。结果显示，WT/p.Glu41Lys NSC的神经突总长度显著增加，与在原代神经元中过表达该变异的结果一致，验证了该变异导致DPYSL5对神经突生长的调控功能受损。

研究结论与讨论部分强调，DPYSL5基因错义变异可导致特征性神经发育障碍，其表型谱包括发育迟缓、智力障碍、自闭症谱系障碍以及胼胝体发育不全等脑结构异常。值得注意的是，N端变异（如p.Glu25Lys和p.Glu41Lys）与胼胝体发育不全密切相关，而其他区域变异表型较轻，体现了基因型-表型相关性。

该研究首次系统评估了DPYSL5不同结构域变异的功能影响，发现N端变异主要破坏树突生长调控，而中央区域变异可能影响线粒体功能，C端变异则可能干扰蛋白质磷酸化调控。这些发现为理解DPYSL5蛋白在神经发育中的多重功能提供了新视角。

尤其重要的是，研究通过人iPSC模型验证了p.Glu41Lys变异的致病性，为临床基因诊断提供了实验证据。尽管部分变异在人群数据库中以极低频率存在，提示可能存在不完全外显或表现变异性，但功能实验证实了它们的致病潜力。

DPYSL蛋白家族成员在脑发育中扮演关键角色，通过调控细胞骨架动力学影响神经元极性建立、轴突导向和突触形成。该研究深化了对DPYSL5与DPYSL2在调节微管聚合中平衡作用的理解，为阐明神经发育障碍的分子机制提供了重要线索。

这些发现对神经发育障碍的遗传诊断和咨询具有重要指导意义，特别是对于产前检测发现DPYSL5变异的家庭，研究提供的胎儿表型数据可为临床决策提供参考。未来研究需要进一步探索DPYSL5在突触功能和神经网络形成中的具体机制，以及不同变异类型与临床表型之间的精确关联。