基因Sspo,也称为SCO-spondin,是一种由亚连合器官(subcommissural organ, SCO)分泌的大分子单聚体蛋白质。SCO是一种位于大脑Sylvius导水管入口处的腺体,存在于从文昌鱼到人类的多种物种中。Sspo基因在SCO中高度表达,其编码的蛋白质在形成Reissner纤维(Reissner's fiber, RF)中起关键作用。RF是一种由Sspo蛋白组成的细胞外聚合物,它通过脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)填充的脑室延伸到脊髓中央管中[4,5]。
在斑马鱼中,RF和与CSF接触的神经元(CSF-contacting neurons, CSF-cNs)形成一个轴向感觉系统,用于检测脊柱弯曲,指导身体轴向的形态发生,并使脊柱正确对齐。在哺乳动物模型中,RF被认为与CSF循环有关。然而,由于Sspo基因异常庞大(包含15,719个核苷酸),使用传统方法对其进行操作存在困难,限制了相关研究进展。为了克服这一挑战,研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创建了一个Sspo基因敲除小鼠模型。研究发现,Sspo敲除小鼠的SCO中缺乏RF阳性物质,并且脑室中的原纤维凝集物也消失了。与同窝对照组相比,Sspo敲除小鼠的脑室尺寸显著减小。此外,Sspo敲除小鼠还出现了轻微的胸椎脊柱弯曲缺陷,但并未影响测试的基本运动行为。这些结果表明,SSPO和RF在发育过程中调节脑室大小,但对脊柱几何形状的影响相对较小[1,3]。
除了在脑室大小和脊柱形态方面的作用外,Sspo基因还与一些疾病的发生发展相关。例如,在中国人群中,Sspo基因的种系变异与遗传性弥漫性胃癌(Hereditary Diffuse Gastric Cancer, HDGC)的易感性相关。在一项全外显子测序研究中,研究人员发现Sspo基因的种系变异在HDGC患者中的发生率超过10%,提示Sspo可能是HDGC的新易感基因[2]。此外,Sspo基因的变异还与原发性醛固酮增多症(Primary Aldosteronism)相关。在一项突变筛查研究中,研究人员发现Sspo基因的点突变与小鼠模型中高醛固酮水平有关,提示Sspo可能参与调节肾上腺激素分泌[6]。此外,Sspo基因的体细胞突变在侵袭性乳头状甲状腺微小癌(Papillary Thyroid Microcarcinoma, PTMC)中富集,提示Sspo可能参与调节PTMC的侵袭性[7]。
最近的研究还发现,Sspo基因的DNA甲基化状态与肠易激综合征(Irritable Bowel Syndrome, IBS)患者的焦虑和抑郁症状相关。在一项全基因组DNA甲基化分析中,研究人员发现Sspo基因的甲基化水平与IBS患者的医院焦虑和抑郁评分呈正相关,提示Sspo基因的表观遗传调控可能参与IBS的发生发展[8]。
综上所述,Sspo基因在脑室大小、脊柱形态、肾上腺激素分泌、肿瘤侵袭性以及IBS等疾病的发生发展中发挥重要作用。Sspo基因的研究有助于深入理解SCO和RF在脑发育和生理功能中的作用机制,并为相关疾病的诊断和治疗提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Xu, Huixin, Dugué, Guillaume P, Cantaut-Belarif, Yasmine, Wyart, Claire, Lehtinen, Maria K. 2023. SCO-spondin knockout mice exhibit small brain ventricles and mild spine deformation. In Fluids and barriers of the CNS, 20, 89. doi:10.1186/s12987-023-00491-8. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38049798/
2. Liu, Ze-Xian, Zhang, Xiao-Long, Zhao, Qi, Xu, Rui-Hua, Qiu, Miao-Zhen. 2022. Whole-Exome Sequencing Among Chinese Patients With Hereditary Diffuse Gastric Cancer. In JAMA network open, 5, e2245836. doi:10.1001/jamanetworkopen.2022.45836. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36484990/
3. Xu, Huixin, Dugué, Guillaume P, Cantaut-Belarif, Yasmine, Wyart, Claire, Lehtinen, Maria K. 2023. SCO-spondin knockout mice exhibit small brain ventricles and mild spine deformation. In bioRxiv : the preprint server for biology, , . doi:10.1101/2023.08.01.551512. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37577601/
4. Zhang, Tingting, Ai, Daosheng, Wei, Pingli, Sun, Wenzhi, Ge, Woo-Ping. 2024. The subcommissural organ regulates brain development via secreted peptides. In Nature neuroscience, 27, 1103-1115. doi:10.1038/s41593-024-01639-x. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38741020/
5. Lu, Hao, Shagirova, Aidana, Goggi, Julian L, Yeo, Hui Li, Roy, Sudipto. 2020. Reissner fibre-induced urotensin signalling from cerebrospinal fluid-contacting neurons prevents scoliosis of the vertebrate spine. In Biology open, 9, . doi:10.1242/bio.052027. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32409296/
6. Perez-Rivas, L G, Rhayem, Y, Sabrautzki, S, Beuschlein, F, Spyroglou, A. 2016. Genetic characterization of a mouse line with primary aldosteronism. In Journal of molecular endocrinology, 58, 67-78. doi:10.1530/JME-16-0200. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27965370/
7. Song, Jianlu, Wu, Shouxin, Xia, Xiaotian, Fan, Youben, Yang, Zhili. 2018. Cell adhesion-related gene somatic mutations are enriched in aggressive papillary thyroid microcarcinomas. In Journal of translational medicine, 16, 269. doi:10.1186/s12967-018-1642-0. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30285776/
8. Mahurkar, S, Polytarchou, C, Iliopoulos, D, Mayer, E A, Chang, L. 2015. Genome-wide DNA methylation profiling of peripheral blood mononuclear cells in irritable bowel syndrome. In Neurogastroenterology and motility, 28, 410-22. doi:10.1111/nmo.12741. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26670691/