专家点评Sci Bull | 张志珺教授团队发现参与抑郁发生的环状RNA circFKBP8(5S,6)

中国科学杂志社

2024-10-23 14:46发布于北京

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点评

高天明教授（中国工程院院士，南方医科大学）、朱东亚教授（南京医科大学）


抑郁障碍（major depressive disorder，MDD）是全生命周期发病的最常见的重性精神疾病, 世界卫生组织预测2030年其将跃居全球人类疾病总负担首位，给患者、家庭和社会带来了沉重负担。抑郁障碍发病机制尚未阐明，诊断依赖临床表象，亟需精准的诊疗标志物和有效干预手段。

近期，东南大学附属中大医院和中国科学院深圳先进技术研究院/深圳理工大学张志珺教授团队以“circFKBP8(5S,6)-encoded protein as a novel endogenous regulator in major depressive disorder by inhibiting glucocorticoid receptor nucleus translocation”为题在Science Bulletin在线发表研究论文。该研究发现环状RNA circFKBP8(5S,6)可通过编码新蛋白质调控糖皮质激素受体核转位参与抑郁发生，揭示了环状RNA作为抑郁障碍潜在生物标志物和治疗靶标的重要价值。

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环状RNA是通过反向剪接形成的闭合环状RNA分子, 可通过吸附microRNA或与RNA结合蛋白作用在基因表达调控中发挥作用。值得高度关注的是，近年来，越来越多的研究发现环状RNA可通过编码蛋白参与人类疾病尤其是肿瘤等发病，但该机制是否在精神心理疾病包括抑郁障碍中发挥作用尚未见正式报道。该研究从课题组前期发现的抑郁障碍患者与健康对照组外周血中显著差异的环状RNA中筛选并实验验证了circFKBP8(5S,6)具有编码蛋白质的功能。circFKBP8(5S,6)是FK506结合蛋白8（FK506-binding protein 8, FKBP8）mRNA反向剪接形成的一种具有391个核苷酸的灵长类特异的环状RNA分子。通过免疫共沉淀、LC-MS/MS及特异性抗体检测，确定该环状RNA可编码127个氨基酸的新蛋白质并证实其在食蟹猴背外侧前额叶皮层等情感环路核心脑区内源表达。
circFKBP8(5S,6)在地塞米松处理的人神经母细胞瘤SH-SY5Y应激细胞模型显著增加，而其过表达后引起的差异基因表达显著富集于抑郁障碍相关基因。进而发现circFKBP8(5S,6)或其编码新蛋白在抑郁障碍患者外周血神经元来源外泌体、尸检脑组织和iPS细胞诱导的人脑类器官均显著增加，表明该环状RNA及其编码蛋白与抑郁障碍密切相关。小鼠前边缘皮层（prelimbic cortex, PrL）是与人类背外侧前额叶皮层功能同源脑区，在PrL区过表达circFKBP8(5S,6)或其编码蛋白能增加小鼠对慢性不可预知温和应激的易感性，而翻译功能丧失的突变性circFKBP8(5S,6)并无此效应。分子机制研究表明，circFKBP8(5S,6)或其编码蛋白过表达可抑制地塞米松应激SH-SY5Y细胞及抑郁样行为小鼠PrL神经元糖皮质激素受体的核转位，该机制进一步在靶向敲减circFKBP8(5S,6)的抑郁障碍患者人脑类器官得到了充分的反向证实。
综上所述，该论文综合利用跨物种的研究体系，深入阐明了circFKBP8(5S,6)编码蛋白质的潜能。该环状RNA编码的蛋白质可通过影响神经元糖皮质激素受体核转位干扰HPA轴功能参与抑郁发生。这项研究将为靶向环状RNA特别是环状RNA编码蛋白的精神类疾病的精准诊断和干预策略提供崭新思路和新方法。
东南大学附属中大医院/中国科学院深圳先进院和深圳理工大学张志珺教授，中国科学院深圳先进院/加拿大不列颠哥伦比亚大学王玉田院士和东南大学医学院孔岩副教授为该文共同通讯作者，张志珺教授指导的博士研究生焦娇（PhD）、徐丹丹（PhD研究生）和曹育嘉（MD研究生）以及孔岩副教授为该论文共同第一作者。中国科技大学生命科学学院周江宁教授，中国科学院深圳先进院路中华研究员和戴辑研究员，以及南京医科大学药学院刘妍教授均为该研究做出了贡献。

专家点评

高天明（中国工程院院士、南方医科大学教授）
抑郁症是最为常见的重性精神疾病，终身患病率为12%-20%，已成为严重的公共卫生问题。目前抑郁症发病机制仍不清楚，缺乏诊断客观标志物。临床用药虽然取得了一定的疗效，但依然存在依从性差、起效慢、副作用大以及停药后高复发率等难题。因此阐明抑郁症新的发病机制，寻找客观诊断标志物和抗抑郁治疗新靶点具有重要意义。
1976年环状RNA首次被发现，直到2013年才明确环状RNA是一类具有调控作用的非编码RNA。环状RNA可通过吸附microRNA或与RNA结合蛋白调控基因表达，现已陆续发现其在细胞分化、组织稳态、疾病发展，以及免疫代谢中发挥重要调节作用。近年研究发现环状RNA可直接编码蛋白质发挥其生物学作用，但是该机制是否在抑郁症等精神疾病中发挥作用尚不清楚。张志珺教授、王玉田院士和孔岩副教授联合团队从抑郁障碍患者和健康对照组外周血筛选差异表达环状RNA，发现患者组环状RNA circFKBP8(5S,6)水平显著增高，研究还揭示该环状RNA可编码127个氨基酸的新蛋白质，可在非人灵长类动物食蟹猴大脑的背外侧前额叶皮层表达。并在抑郁障碍患者外周血神经元标记外泌体、尸检脑组织和iPS细胞诱导的人脑类器官中均发现circFKBP8(5S,6)或其编码蛋白均显著增加，提示该环状RNA及其编码蛋白与抑郁障碍密切相关。在小鼠前额叶皮层PrL区过表达circFKBP8(5S,6)或其编码蛋白能增加小鼠对CUMS的易感性。进一步的机制研究提示环状RNA circFKBP8(5S,6)通过编码新蛋白质调控糖皮质激素受体核转位介导HPA轴紊乱参与抑郁发生。
此研究工作在抑郁障碍患者外周血、尸检脑组织和iPS细胞诱导的人脑类器官中均发现circFKBP8(5S,6)或其编码蛋白显著增加，展示了临床结合基础在发掘抑郁症客观诊断标志物的潜在可能。我们期待在临床大型队列研究中进一步验证该发现，从而推动抑郁症诊断的进步。此外，已有研究发现工程化的环状RNA可在真核细胞中稳定高效表达蛋白，开创了外源环状RNA在真核细胞中表达蛋白的新应用。环状RNA的闭合环形结构可以保护自身免受核酸酶的降解，具有更好稳定性的特点，提示环状RNA可能成为制药行业的重要RNA平台。该工作发现环状RNA circFKBP8(5S,6)参与抑郁发生，可为靶向环状RNA或环状RNA编码蛋白的抗抑郁策略研究提供新思路。
朱东亚（南京医科大学药学院教授）
抑郁症（Major depressive disorder, MDD）是最为常见的人类精神疾病之一，在全球人类疾病负担中排名第二。由于其发病原因和致病机制目前尚不清楚，目前对抑郁症的治疗存在缺陷。最近，东南大学附属中大医院和中国科学院深圳先进技术研究院/深圳理工大学张志珺教授领导的科研团队发表在Science Bulletin的成果发现一种抑郁症相关环状RNAcircFKBP8(5S,6)具有蛋白质编码潜能，并通过抑制糖皮质激素受体（glucocorticoidsreceptor, GR）核转位参与抑郁症致病机制。
糖皮质激素通过激活GR在介导应激诱导的行为改变中发挥重要作用。当糖皮质激素结合后，GR快速和高效地被转运到细胞核中，对下丘脑-垂体-肾上腺轴（hypothalamus-pituitary-adrenalaxis, HPA axis）进行负反馈调控。GR功能损伤与HPA轴过度激活密切相关，是抑郁症重要的致病因素。尽管如此，GR功能损伤的精确分子机制目前还远未阐明。
环状RNA（Circular RNAs, circRNAs）作为一种重要的非编码RNA，在众多人类疾病，如糖尿病，神经系统疾病，心血管疾病，慢性炎症疾病和肿瘤中发挥作用。遗憾的是，目前尚未有环状RNA翻译蛋白参与抑郁症致病机制的报道。Science Bulletin发表的张志珺教授团队的研究发现circFKBP8(5S,6)这种在抑郁症患者外周血显著变化的环状RNA具有蛋白编码能力。
FKBP8是免疫抑制药物FK506结合蛋白家族的一个成员，被认为在线粒体自噬中发挥作用。通过开放阅读框预测、免疫共沉淀和液相色谱-串联质谱分析，作者惊喜发现circFKBP8 (5S, 6)能编码一个具有127个氨基酸的蛋白质（cFKBP8）。该蛋白的内源表达进一步在食蟹猴的情感环路核心脑区，特别是背外侧前额叶皮层得到了证实。
该研究显示环状RNA circFKBP8(5S,6)及其编码蛋白cFKBP8在诱导性多能干细胞来源的人脑类器官、神经元来源的血浆外泌体和抑郁症患者尸检脑组织一致性上调。在小鼠前边缘皮层（prelimbic cortex, PrL）过表达circFKBP8(5S,6)或cFKBP8能够增加小鼠对慢性不可预知温和应激（chronic unpredictedmild stress, CUMS）这一目前最广泛使用和可靠有效的啮齿类抑郁模型的易感性。
该研究发现cFKBP8主要定位在细胞质中。有意思的是，在人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞过表达circFKBP8(5S,6)显著抑制地塞米松诱导的GR核转位，而敲减circFKBP8(5S,6)可逆转该效应。更为重要的是，该发现在circFKBP8(5S,6)或 cFKBP8过表达CUMS应激小鼠PrL脑组织和靶向敲减circFKBP8(5S,6)抑郁症患者脑类器官神经元得到了双向验证。
总结来说，该研究证明circFKBP8 (5S, 6)及其编码蛋白cFKBP8在抑制GR核转位中发挥关键作用，为抑郁症提供了新的诊断生物标志物和治疗靶点。
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