精神分裂症(Schizophrenia)是一种复杂且严重的精神性疾病,主要表现为精神活动异常以及认知和记忆功能障碍等。该病患病率高达1%,具有病程漫长、病情迁延不愈、高致残性等特点,给患者家庭及全社会带来沉重负担。精神分裂症的病因极其复杂,目前尚未完全阐明。研究表明遗传因素在其发生发展中起着关键作用,大规模的全基因组关联研究(Genome-Wide Association Study,GWAS)已鉴定出数百个与精神分裂症相关的基因位点,然而这些关联背后的具体生物学机制仍有待进一步解析。课题组前期在中国人群GWAS研究中首次确定8p12区域为新的精神分裂症风险位点,进一步的基因表达数量性状位点和染色质开放性共定位分析表明,相关变异位点通过下调磷脂酶编码基因DDHD2的表达导致精神分裂症的患病风险升高,这一发现已经被其他多个研究团队证实。这些研究结果提示DDHD2可能作为风险基因参与了精神分裂症的发生发展过程。然而,目前尚无关于DDHD2如何导致精神分裂症发生的系统研究。DDHD2基因编码产物为磷脂酶A1家族的重要成员,可水解甘油三酯等脂类,参与调节糖脂代谢。而精神分裂症患者常伴有糖脂代谢异常,这是否与DDMedical kitsHD2的功能缺失有关?通过靶向调控代谢异常能否改善DDHD2相关表型?这些问题目前尚不清楚。因此,探究DDHD2参与精神分裂症发生的相关分子机制,挖掘潜在靶向干预药物,对于进一步拓展我们对精神分裂症的认识和靶向性治疗具有重要的科学意义和社会意义。基于此,本项目主要进行了以下两个方面的研究:1)构建ddhd2基因敲除斑马鱼模型,分析其行为学表型变化,并解析ddhd2基因敲除后所影响的生物学通路及可能作用机制;2)从斑马鱼体内水平出发,对靶向脂代谢改善精神分裂症代谢综合征的潜在干预化合物肉桂醛的毒性进行综合评估。第一部分:本研究首先利用CRISPR/Cas9技术成功构建了ddhd2基因敲除的斑马鱼模型,并通过旷场实验、新型水箱实验、社交实验及强制明暗刺激实验等进行行为学表型分析。结果表明,ddhd2基因敲除的斑马鱼表现出显著的焦虑、惊吓反应、社交能力衰退,以及新环境探索和适应能力低下等一系列精神分裂症相关表型。进一步研究发现,转基因系Tg(elavl3-Eselleck合成GFP)斑马鱼的ddhd2基因敲除后,神经元发育标志基因elavl3的荧光表达降低,表明ddhd2基因敲除诱发了神经元发育异常,提示ddhd2可能参与了神经元发育过程。通过对ddhd2基因敲除组和野生组的脑组织转录组分析,鉴定出31个显著差异表达的基因。通路富集分析表明,ddhd2基因敲除主要影响脂代谢通路。通过RT-q PCR验证了相关基因ligp和hmgcra的表达上调。这些研究结果表明,ddhd2基因可能通过调节斑马鱼大脑中脂质代谢相关基因的表达,对脑部代谢途径产生重要作用;ddhd2基因敲除可导致斑马鱼表现出明显的精神分裂症样行为,以及神经元发育异常。这为我们进一步挖掘ddhd2基因在精神分裂症中的功能及机制提供了有价值的线索。第二部分:肉桂醛可以靶向脂代谢相关酶从而降低血脂,由其激活的瞬时受体电位TRPA1通道也已成为改善精神分裂症代谢综合征的潜在治疗靶点。在开展化合物临床应用研究之前,首先需要关注的问题是毒性浓度及毒性效应的评估。为了解决这一问题,本研究以斑马鱼为药物模型,对肉桂醛进行了不同浓度的毒性评价。结果表明,低浓度(≤1mg/L)的肉桂醛处理对斑马鱼无明显毒副作用,而高浓度(>1mg/L)肉桂醛会导致斑马鱼脑部畸形、神经发育异常以及运动能力下降。通过DCFH-DA染色,我们发现高浓度肉桂醛处理会引起斑马鱼全身性和大脑的氧化应激,同时还会引起氧化应激生化指标SOD,MDA和CAT的异常,以及氧化应激相关基因sod1、gliprla、nox1和hmox1a的表达异常。抗氧化剂虾青素能有效地改善肉桂醛引起的发育神经毒性。Nrf2信号通路可能是肉桂醛诱导斑马鱼氧化应激的进而导致斑马鱼发育神经毒性的潜在机制。综上所述,本论文基于斑马鱼模型,围绕精神分裂症风险基因DDHD2的分子机制和潜在干预化合物肉桂醛的毒性机理展开研究。研究发现,ddhd2基因敲除能够导致斑马鱼出现一系列精神分裂症样表型,这可能与其敲除后引起的脑部脂代谢异常有关,但其确切机制需要进一步验证。关于肉桂醛的毒理评估,我们发现高浓度的肉桂醛可通过氧化应激通路引起斑马鱼神经发育毒性。本研究有助于拓展对精神分裂更多症发病机制的认识,同时可为潜在的抗代谢综合征化合物肉桂醛的临床用药安全性研究提供参考依据。