精神分裂癥（Schizophrenia）是一種極具破壞性的精神疾病，不僅給患者帶來嚴(yán)重痛苦，也是巨大的社會和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。精分病人具有陽性癥狀（妄想、思維和言語紊亂）、陰性癥狀（缺乏情感、無社會性和動機(jī)缺乏）和認(rèn)知功能障礙等三大癥狀。精神分裂癥具有相當(dāng)大的異質(zhì)性，一般認(rèn)為遺傳與環(huán)境因素在其發(fā)病機(jī)制中都起到重要作用。
近年的大規(guī)模全基因組關(guān)聯(lián)分析揭示了很多精分的風(fēng)險基因，但卻一直沒有找到真正致病的基因。也有一種理論認(rèn)為，發(fā)育時不良環(huán)境風(fēng)險，如缺氧、營養(yǎng)不良等因素是發(fā)病的誘因。但是，具體哪些基因和什么樣的環(huán)境因素之間相互作用能導(dǎo)致精分，仍然是該領(lǐng)域的一個重大難題。
正因如此，目前上市的藥物都只是治標(biāo)，沒有一種藥物可以真正全面的緩解三大癥狀，從而達(dá)到治療的作用。大多數(shù)精分藥物不僅收效甚微，還存在嚴(yán)重的副作用。
精分藥物研發(fā)的最大障礙之一是缺乏真正能模擬病理特征的動物模型。一個優(yōu)秀的動物模型，需要具備三個方面的特征：表型模擬（Face Validity），即與人類疾病在表征上相似，包括生化指標(biāo)、細(xì)胞學(xué)、病理、行為癥狀等；機(jī)理模擬（Construct Validity），即基于人類發(fā)病機(jī)理構(gòu)建的；預(yù)見性（Predictive Validity），即在該模型是能夠篩選，驗(yàn)證藥物，預(yù)測在病人臨床試驗(yàn)中的藥物療效。而迄今為止所有的精分動物模型，沒有一種是三方面特征都具有的。另外，動物無法展示幻覺，妄想，意志缺乏。此外，致病因素的異質(zhì)性也使得轉(zhuǎn)基因和藥物誘導(dǎo)為主的精分動物模型精分病人的實(shí)際情況大相徑庭，未能在藥物研發(fā)中起到很好的作用。
隨著對精分認(rèn)識的不斷加深，目前專家們開始接受所謂“雙重打擊”的假說，即某種遺傳因素（G）和環(huán)境風(fēng)險因子（E）的相互作用，最終導(dǎo)致了精分的發(fā)病。該假說的難點(diǎn)是找到精分遺傳基因和環(huán)境風(fēng)險因子的組合（G×E）。
清華大學(xué)魯白教授提出，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）基因的一個亞型和發(fā)育中個體所受的傷害性環(huán)境壓力的相互作用，是導(dǎo)致精分的一對 G 和 E 的特殊組合。
2022年6月16日，魯白實(shí)驗(yàn)室在Cell子刊 iScience 上發(fā)表了題為：Corticosterone antagonist or TrkB agonist attenuates schizophrenia-like behavior in a mouse model combining Bdnf-e6 deficiency and developmental stress 的研究論文，
該論文報道了 Bdnf-e6 和發(fā)育中的不良環(huán)境壓力的組合，導(dǎo)致了小鼠產(chǎn)生了類精神分裂的行為?；诖?G×E 的組合，開發(fā)了一種全新的精分動物模型，并在此模型驗(yàn)證了兩種潛在藥物的治療策略。
這也是魯白教授團(tuán)隊(duì)繼成功開發(fā)了全面模擬人類阿爾茨海默病大鼠模型（AD rat model）之后，又成功開發(fā)的一個新的疾病動物模型。
臨床流行病學(xué)和全基因組研究表明，BDNF 基因（Bdnf）與精分發(fā)病密切相關(guān)，但其在精分中起效的具體分子機(jī)制尚未明確。其中一個最主要的原因是，Bdnf 具有復(fù)雜且罕見的基因結(jié)構(gòu)，共有9個啟動子，可分別啟動其下游9個非編碼外顯子，并通過可變性剪接（Alternative Splicing）的方式連接到第10個編碼 BDNF 蛋白的外顯子上。也就是說，在動物（人）的大腦中，一共有9種不同的 Bdnf mRNAs，但只編碼同一種 BDNF 蛋白。
究竟哪一種 Bdnf mRNA 是精分的關(guān)鍵遺傳因素？
魯白團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年努力，用基因敲除技術(shù)將9個 Bdnf mRNAs 中與大腦疾病最相關(guān)的4個分別敲除，構(gòu)建了4種小鼠模型（BDNF-e1、BDNF-e2、BDNF-e4和BDNF-e6）。
圖1：BDNF-e6敲除小鼠的構(gòu)建策略
在這項(xiàng)研究中，魯白實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，敲除第6個 Bdnf mRNA，即 BDNF-e6 的缺陷，很可能是“雙重打擊”中的‘第一次打擊（G）’，而發(fā)育過程中的常見的造成環(huán)境緊張的因素，如產(chǎn)后缺氧和斷奶后社交隔離，可能是精分的‘第二次打擊（E）’。通過諸多行為學(xué)檢測手段，如曠場實(shí)驗(yàn)（Open field test，檢測小鼠在新異環(huán)境中的自主行為、探究行為和緊張度）、三箱社交實(shí)驗(yàn)（Three-Chamber test，檢測小鼠的社交能力和對新社交對象的偏好）、前脈沖抑制實(shí)驗(yàn)（Prepulse inhibition test，PPI，檢測小鼠的感覺運(yùn)動門控功能）、水迷宮（Morris water maze，檢測小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力）等，觀察到對人類精神分裂癥有警示意義的現(xiàn)象：即單獨(dú)的BDNF-e6缺陷或者單獨(dú)的早期發(fā)育過程中的緊張，都不足以引起精分的相關(guān)癥狀。
圖2：“雙重打擊”的精分模型中小鼠的行為缺陷
而只有兩者的結(jié)合，即在 BDNF-e6 缺陷的小鼠發(fā)育過程中給與產(chǎn)后缺氧和斷奶后社交隔離，才能造成類似精分的行為。該實(shí)驗(yàn)首次證明基因和環(huán)境對于精分癥狀的產(chǎn)生缺一不可，并找到了一對造成精分的關(guān)鍵基因（G，BDNF-e6）和環(huán)境（E，產(chǎn)后缺氧和斷奶后社交隔離）因素。
進(jìn)一步研究表明，上述提及的兩種環(huán)境風(fēng)險因素，即產(chǎn)后缺氧和斷奶后社交隔離，均會導(dǎo)致小鼠血清中應(yīng)激激素皮質(zhì)酮（corticosterone）水平的上升。那么，是否給 BDNF-e6 缺陷小鼠長期服用皮質(zhì)酮，即可取代壓力刺激，誘導(dǎo)類精分行為呢？
果然，BDNF-e6 缺陷小鼠即使不用缺氧或社交隔離，在長期用皮質(zhì)酮處理而，也可以表現(xiàn)出明顯的 PPI 缺陷和社交功能障礙。與之相反，野生型小鼠即使長期服用皮質(zhì)酮，也不能誘發(fā)上述障礙。因此，BDNF-e6 缺陷小鼠和皮質(zhì)酮處理，可以成為一種簡化且有效的精分小鼠模型。上述工作證明了疾病模型應(yīng)該有的第一和第二特征，即比較全面的展示了精分的各類表征，也在一定程度上模擬了精神分裂癥的發(fā)病機(jī)理。
最后，魯白教授團(tuán)隊(duì)還探討了該模型是否可以用于藥效學(xué)研究。他們發(fā)現(xiàn)模型小鼠注射 TrkB 激活性抗體后，可以激活腦內(nèi) BDNF-TrkB 信號通路，并有效地緩解模型小鼠的精分行為，提示 Bdnf 是導(dǎo)致精分的一個相關(guān)基因。此外，腹腔注射皮質(zhì)酮拮抗劑—米非司酮（RU-486），也可翻轉(zhuǎn) BDNF-e6 缺陷小鼠中由于壓力刺激而產(chǎn)生的行為缺陷，提示環(huán)境壓力刺激通過升高體內(nèi)皮質(zhì)酮水平，與 Bdnf 基因缺陷一起誘導(dǎo)精分的發(fā)病。未來還需要通過臨床試驗(yàn)拓展該模型的第三種特征，即驗(yàn)證在該模型上的藥物實(shí)驗(yàn)，能夠預(yù)測在精分病人上的療效。
這項(xiàng)工作對于精神分裂癥的機(jī)理研究，臨床診斷及相關(guān)藥物開發(fā)，均具有積極意義。首先，這一系列的工作確立了精神分裂癥中至少有一個亞型，是由于 BDNF-TrkB 信號通路的缺陷和發(fā)育中的環(huán)境壓力刺激共同造成的，揭示了一種新的發(fā)病機(jī)制。其次，在臨床上可以通過檢測血液中 BDNF 表達(dá)量的降低或皮質(zhì)酮含量的升高，來對精神分裂癥及其亞型的診斷，提供一個新的思路?；诖?，可以開發(fā)出一種新型的病人選擇策略，更精準(zhǔn)更高效地進(jìn)行臨床試驗(yàn)。最后，該工作也為這一類病人提供了增強(qiáng) TrkB 信號通路和阻斷皮質(zhì)酮升高等兩種可能的治療方案。
