Nlgn1-flox 基因敲除小鼠

Neuroligin-1（NLGN1）是一种重要的神经元细胞表面蛋白，属于神经连接蛋白家族。神经连接蛋白家族成员作为β-神经突触素的特异性配体，在突触形成和功能中发挥着关键作用。NLGN1基因编码神经连接蛋白1，参与突触发生、学习和记忆等神经生物学过程。NLGN1与多种神经发育疾病相关，如自闭症、精神分裂症和创伤后应激障碍（PTSD）等。

NLGN1基因与PTSD的研究表明，PTSD是一种在创伤暴露后仅在某些人中发生的疾病，其发病机制尚不完全清楚。尽管PTSD具有遗传性，但候选基因研究和全基因组关联研究（GWAS）仅发现少数基因与PTSD的发生或严重程度相关。新的基因分析方法可能有助于识别与PTSD风险增加相关的其他基因。在一项针对格莱迪创伤项目（GTP）的全基因组基因分析中，研究人员发现NLGN1和ZNRD1-AS1基因与PTSD相关[1]。尽管NLGN1基因中的SNP没有复制，但在开普敦的德雷肯斯坦儿童健康研究（DCHS）队列中观察到NLGN1基因与PTSD的基因复制。NLGN1基因还与自闭症相关，并编码神经连接蛋白1，一种参与突触形成、学习和记忆的蛋白质。在GTP数据集中，一个单核苷酸多态性（SNP）rs6779753与基因复制相关，与中间表型的高惊吓反应和恐惧面孔的杏仁核、眶额叶皮层、右丘脑和右梭状回的功能性磁共振成像（fMRI）激活相关。这些发现支持NLGN1基因通路对PTSD的神经生物学基础有贡献。

NLGN1基因与痴呆症的研究表明，痴呆症的治疗需要了解其在大脑中的共享和独特的分子特征。在一项研究中，研究人员对阿尔茨海默病（AD）、额颞叶痴呆（FTD）和进行性核上性麻痹（PSP）进行了单核RNA测序和ATAC测序，分析了来自三个大脑区域的41名参与者和大约100万个细胞（RNA+ATAC）的样本。他们发现32种与疾病相关的细胞类型和14种特定于疾病的细胞类型。疾病特异性细胞状态代表胶质免疫机制和对AD、FTD和PSP中特定神经元的选择性易损性。研究人员还确定了与疾病相关的基因调控网络和受因果遗传风险影响的细胞，这些细胞因疾病而异。这些数据展示了不同痴呆症中胶质和神经元组成和基因表达的异质性变化，并揭示了共享和疾病特异性细胞状态的治疗靶点[2]。

NLGN1基因与自杀的研究表明，自杀是一个全球性的健康危机。在一项针对自杀死亡和自杀行为的全基因组关联研究（GWAS）荟萃分析中，研究人员发现NLGN1基因中的一个位点与自杀死亡相关（最显著的SNP为rs73182688，p值为5.48×10-8）。NLGN1基因编码一个神经连接蛋白家族成员，该家族成员作为β-神经突触素的特异性配体，可能参与突触形成。NRXN-NLGN通路先前被认为与自杀、自闭症和精神分裂症相关。研究人员还发现了ROBO2和ZNF28与自杀行为相关的关联[3]。

NLGN1基因与结直肠癌的研究表明，NLGN1是兴奋性谷氨酸能突触复合物的主要成分，对突触组装和功能至关重要。在一项研究中，研究人员从3个独立的Gene Expression Omnibus（GEO）数据集和癌症基因组图谱（TCGA）获得了1143例结直肠癌患者的表达数据，比较了结直肠癌组织和配对非癌组织之间的NLGN1表达水平，并评估了其在预测结直肠癌患者生存方面的价值。在蛋白质水平上，这些结果通过我们中心52例结直肠癌样本的免疫组化染色进一步证实。最后，通过基因集富集分析（GSEA）探索了NLGN1的功能。NLGN1的mRNA和蛋白质水平升高与来自2个GEO数据集、TCGA数据库和我们队列的结直肠癌患者的较差总生存期或无复发生存期相关。此外，多变量回归分析表明，NLGN1是TCGA数据库中结直肠癌患者生存的独立不良预后因素（OR=2.524，P=0.010）。功能分析揭示了NLGN1与Hedgehog信号通路、错配修复过程和一些物质代谢过程相关。这项研究首次将NLGN1确定为结直肠癌的新不良预后标志物[4]。

NLGN1基因与自闭症的研究表明，自闭症是一种与神经发育相关的疾病，常伴有智力障碍。在一项研究中，研究人员发现一对同卵双胞胎兄弟携带NLGN1基因中的一个新无义纯合突变，这些兄弟患有智力障碍和自闭症[5]。

NLGN1基因的转录调控研究表明，NLGN1基因的转录可能受到CLOCK和BMAL1转录因子的调节，因为它们在体内与NLGN1基因启动子结合。在一项研究中，研究人员发现CLOCK/BMAL1及其同源物NPAS2和BMAL2可以通过NLGN1启动子介导转录激活。此外，CLOCK/BMAL1通过NLGN1基因片段的激活受到GSK3β的抑制。在体内，Clock突变小鼠前脑中NLGN1 mRNA表达显著改变，这种改变与转录本变体相关。然而，Clock突变小鼠中NLGN1蛋白质水平没有显著变化[6]。

NLGN1基因与突触功能的研究表明，NLGN1与突触定位的调节蛋白PSD-95结合，但PSD-95相互作用的相关性尚不清楚。在一项研究中，研究人员发现NLGN1和PSD-95相互作用的破坏降低了培养神经元中NLGN1的表面表达。此外，PKA磷酸化NLGN1的S839，靠近PDZ配体，并动态调节PSD-95的结合。NLGN1 S839的磷酸化模拟突变显著降低了PSD-95的结合。受损的NLGN1/PSD-95结合降低了突触NLGN1的表达和NLGN1介导的突触增强。这些结果表明，NLGN1和PSD-95的结合受到磷酸化依赖的分子机制调节，并为兴奋性突触发育和功能提供了见解[7]。

NLGN1基因与记忆和自闭症相关表型的逆转研究表明，结节性硬化症（TSC）是一种罕见的单基因疾病，常伴有自闭症的高发病率，由TSC1或TSC2基因的失功能性突变引起。TSC中过度激活的关键通路是哺乳动物/雷帕霉素复合物1（mTORC1），它调节帽依赖性mRNA翻译。先前的研究表明，过度翻译导致自闭症相关表型，并增加小鼠中Nlgn1 mRNA的翻译和蛋白质表达。NLGN1表达的抑制逆转了具有增加帽依赖性翻译的小鼠的社会行为缺陷。研究人员报告了Nlgn1 mRNA翻译的升高和其蛋白质表达的升高。在Tsc2+/−小鼠中，NLGN1表达的遗传或药理学抑制挽救了海马体mGluR-LTD、上下文辨别和社会行为缺陷，而没有纠正mTORC1过度激活。因此，研究人员证明了在Tsc2+/−小鼠中减少NLGN1表达是一种新的TSC治疗方法，可能也适用于其他神经发育障碍[8]。

NLGN1基因与神经发育障碍的研究表明，神经突触素（NRXNs）在突触前膜与突触后细胞粘附分子（NLGNs）的相互作用对于突触功能至关重要。在一项研究中，研究人员使用临床外显子测序和染色体微阵列对NRXN和NLGN基因中的变异进行了评估，这些基因编码位于突触的直接分子，以确定与神经精神疾病相关的变异。研究人员展示了携带NRXN1（c.190C>T、c.1679C>T和两个拷贝数变异（CNVs））、NRXN2（c.808dup、c.1901G>T）、NRXN3（c.3889C>T）和NLGN1（c.269C>G、c.473T>A）基因变异的病例的详细临床发现。此外，研究人员在NRXN1（c.1679C>T）、NRXN3（c.3889C>T）和NLGN1（c.473T>A）基因中发现了三个新变异。研究人员强调了NRXN1基因CNVs比NRXN1基因单核苷酸变异导致更严重临床表现的发现。研究人员检测到NRXN2基因变异（c.808dup）在两个无关病例中具有低等位基因频率，这些病例具有相同的诊断。研究人员强调了这种变异对未来研究的重要性。研究人员建议，NRXN2、NRXN3和NLGN1基因，这些基因的变异比NRXN1基因变异报道较少，也可能与神经发育障碍相关[9]。

综上所述，NLGN1基因是一种重要的神经元细胞表面蛋白，参与突触形成、学习和记忆等神经生物学过程。NLGN1基因与多种神经发育疾病相关，包括自闭症、精神分裂症、PTSD和结直肠癌等。NLGN1基因的转录和功能受到多种因素的调节，包括CLOCK/BMAL1转录因子、PSD-95和mTORC1信号通路。NLGN1基因的研究有助于深入理解突触功能的分子机制和神经发育疾病的发病机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。