精神分裂症易感因子--人類補體C4A的過表達促進小鼠體內突觸丟失及行為改變

精神分裂症是一種病因不明的遺傳性神經精神疾病，影響1%的成年人。人類基因組在人群水平上對精神分裂症風險的最大影響主要來自補體成分4 (complement component 4，C4)基因，其中C4A和C4B編碼兩種C4亞型。雖然C4A和C4B的多肽序列只有4個氨基酸不同，但它們的異構體與獨特的化學靶標表現出不同的結合特性。在人類大腦中C4A的表達增加與精神分裂症的風險增加有關。

精神分裂症發病期間，會出現灰質和樹突棘的大量丟失，提示突觸連線的減少可能是導致行為和認知缺陷的原因之一。然而，目前還不清楚大腦皮層的突觸丟失在何時出現，以及突觸連線減少與等位基因及其編碼的蛋白質之間的關係是什麼樣的。波士頓兒童醫院及哈佛醫學院Melis Yilmaz人近日在Nature Neuroscience發文探討了C4A如何在體內塑造大腦環路並影響精神分裂症的發生。

為了研究人類C4基因位點與精神分裂症風險之間的遺傳發現，作者構建了兩個表達人類C4A或C4B的小鼠模型，以及一個過表達C4A的小鼠模型，以檢測大腦中人類C4A和C4B的功能差異，並探究C4A過表達是否會病理性的影響大腦發育。在該模型中，作者將可變複製數的C4A和C4B基因匯入小鼠基因組，研究其在體內的生理效應。

為了觀察hC4沉積並研究hC4A/−和hC4B/−小鼠體內突觸改變過程，作者選擇了研究視網膜膝狀體系統。因為發育小鼠中的視覺系統不僅被廣泛用作描繪突觸消除的模型，還被用於研究補體系統在突觸修剪中的作用。在新生小鼠中，其兩眼的視網膜神經節細胞(retinal ganglion cells，RGCs)在背外側膝狀核(dorsolateral geniculate nucleus，dLGN)內的同一個中繼神經元上形成突觸。P5（Postnatal day 5）被認為是剪枝最旺盛的時期，此時C3沉積最多。因此作者選擇了在這個時間點探究C4A和C4B在RGC突觸末端沉積的差異性。

他們先將dLGN切片進行了hC4和囊狀穀氨酸轉運體2 (Vglut2)共定位分析。與hC4B/−小鼠相比，可以觀察到在LGN中C4 mRNA表達正常化後，hC4A/−小鼠中C4+斑點與Vglut2+突觸共定位的數量更多。

這些結果表明，C4A和C4B在大腦中具有不同的結合能力，C4A與突觸的結合水平高於C4B。

在突觸修剪方面，人類C4A比C4B更有效

為了確定過度的突觸丟失是否伴隨著小膠質細胞的吞噬增加，作者給小鼠注射熒光CTB，研究P5小鼠dLGN中小膠質細胞對突觸物質的吞噬。重要的是，來自hC4A/A小鼠的小膠質細胞比hC4A/−小鼠吞噬更多的突起，且在每組吞噬密度相似。這表明，增加C4A表達可誘導每個小膠質細胞更大程度的突觸吞噬和dLGN中過度的突觸細化。

增加的C4A複製數透過小膠質細胞的吞噬誘導過度的突觸修剪

為了測試hc4A過表達小鼠的行為改變，作者使用一系列常見行為測試對10- 12周大的小鼠進行了檢查。經過三箱互動試驗後，C4 - / -和hC4A/ -小鼠表現出與WT小鼠相似的社交傾向。然而，hC4A/A小鼠出現了社交行為的改變，沒有表現出與小鼠而不是物體互動的偏好。為了測量焦慮水平，老鼠被放置在曠場實驗中，透過在中心區域直立次數來衡量與野生型、C4 - / -和hC4A/ -小鼠相比，hC4A/A小鼠表現出了焦慮樣的行為。

人類C4A過表達改變小鼠行為

這些發現表明，C4A的過度表達及其下游效應可能與小鼠在社交、情緒和認知環境中的異常行為有關，這與精神分裂症患者經歷的負面症狀非常相似。

結論

本項研究構建了兩個表達人類C4A或C4B的小鼠模型，以及一個過表達C4A的小鼠模型，發現人類C4A結合的突觸比C4B更有效，且C4A可以挽救C4基因敲除小鼠的視覺系統突觸缺陷。然而，敲除C4的小鼠皮質突觸數量正常，這表明，正常發育過程中突觸修剪並不需要補體。此外還發現，在小鼠中過表達C4A降低了皮層突觸密度，增加了小膠質細胞對突觸的吞噬，改變了小鼠的行為。

作者透過區分C4A和C4B在大腦中的作用，探討了C4A過表達是否影響大腦發育和突觸修剪，發現了C4A和C4B在發育中的大腦中有不同的作用，且C4A過表達會影響小膠質細胞的吞噬、突觸修剪，進而致腦環路和行為的異常。這些發現強調了C4A在突觸修剪和大腦發育中的重要性，對進一步理解病理性過度修剪機制對如精神分裂症等疾病提供了新見解。

參考文獻

Yilmaz, M., Yalcin, E., Presumey, J. et al. Overexpression of schizophrenia susceptibility factor human complement C4A promotes excessive synaptic loss and behavioral changes in mice. Nat Neurosci 24, 214–224 (2021).

編譯：Sheena（brainnews創作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）