神经发育疾病具有高度遗传异质性，目前在临床上仍缺乏有效的疾病分型标准，这极大制约了相关药物研发效率和精准干预的有效性。造成这一现状的因素是多方面的：一方面，众多基因的遗传变异均可导致相同的临床疾病表型，目前已知的智力障碍相关致病基因已超过2500个，其生物学功能涉及突触传递、RNA代谢、转录调控、线粒体功能等多个层面；另一方面，同一致病基因往往包含多种不同遗传突变，而患者因临床症状相似且携带同一致病基因，通常被归为同一疾病并接受相似治疗，这在很大程度上忽略了不同遗传突变可能通过不同致病机理引发相似临床症状。

中国科学院昆明动物研究所盛能印研究员团队联合多家单位，针对ZC4H2相关罕见病（ZARD）的智力障碍致病机理开展深入研究，首次揭示ZC4H2的不同致病突变可分为相反两类：一类降低抑制性突触活性，另一类则增强兴奋性突触活性，二者通过相反的兴奋-抑制突触失衡机制引发相同的智力障碍表型。据此，研究团队提出“突变分型、精准干预”的治疗新策略。相关研究成果以Opposing Excitatory and Inhibitory Synaptic Pathologies Drive ZC4H2-Associated Intellectual Disability为题在线发表于神经科学顶级期刊Neuron。

同一致病基因ZC4H2，不同遗传突变的分型

ZARD是一种X染色体连锁的神经发育障碍，患者主要表现为智力障碍，并常伴有癫痫、关节挛缩等临床表现。该研究团队既往工作发现，ZC4H2可通过调控AMPA受体亚基GluA1和GluA2的蛋白稳定性，参与兴奋性突触传递活性调节（PMID：40632560）。在此基础上，研究人员以N2A细胞为研究体系，通过表达野生型或23种不同疾病突变体，系统考察其对内源兴奋性AMPA受体和抑制性GABA_A受体蛋白水平的影响。结果发现，一类突变体丧失了野生型ZC4H2调控AMPA受体GluA1/GluA2亚基蛋白水平的能力，属于功能缺失型（LoF）突变；另一类突变体则保留对AMPA受体的调控，但同时可抑制GABA_A受体亚基体α1/β1蛋白水平，属于功能获得型（GoF）突变。与此相一致的是，基于海马培养脑片和膜片钳电生理检测，也发现这两类突变体分别特异性调控兴奋性和抑制性突触传递活性。

两种突变，相反突触病理，却汇聚为相同认知功能缺陷

综合相关突变在疾病人群中的发生率及其在ZC4H2蛋白功能结构域中的分布，研究团队选择L66H和R213W突变为代表开展深入研究，分别构建携带相关致病突变的ZC4H2^L66H/y和 ZC4H2^R213W/y基因敲入小鼠疾病模型。行为学分析显示，两种小鼠均表现出显著且程度相近的认知功能缺陷，包括新物体识别障碍、社交新颖性记忆缺陷以及空间学习与记忆受损，而运动和焦虑相关行为未见明显异常。

然而，电生理分析揭示了两者截然相反的突触病理：

• ZC4H2^L66H/y小鼠表现为GABA受体介导抑制性突触传递（mIPSC和eIPSC）减弱，抑制性长时程增强（iLTP）受损；
• ZC4H2^R213W/y小鼠则表现为AMPA受体介导的兴奋性突触传递（mIPSC和eIPSC）增强，兴奋性长时程增强（eLTP）受损。

分子机制：一个“劫持”MKRN2，一个“失去”RNF220

为深入解析其背后的分子机制，研究团队利用TurboID临近标记技术，分别鉴定与ZC4H2^WT、ZC4H2^L66H或ZC4H2^R213W特异相互作用的分子。由于这两种突变体分别影响GABA_A受体和AMPA受体的蛋白稳定性，研究人员重点考察了其中的E3泛素连接酶。通过深入研究阐明了两种突变驱动兴奋-抑制突触活性失衡的相反分子机制：

• L66H是一种功能获得型突变，它使得ZC4H2获得与E3泛素连接酶 MKRN2 的新发相互作用，进而“劫持”MKRN2与GABA_A受体形成复合物，导致α1/β1亚基多泛素化增强、稳定性降低，最终削弱抑制性突触功能；
• R213W则是一种功能缺失型突变。它破坏了ZC4H2与AMPA受体E3泛素连接酶 RNF220 的相互作用，使得RNF220稳定性下降，导致AMPA受体亚基GluA1/GluA2泛素化减少、稳定性异常升高，引起兴奋性突触活动过度增强。

通过遗传挽救策略并进行交叉验证，进一步证实了上述“分型机制”的特异性，证明不同突变确实通过不同E3连接酶以驱动兴奋-抑制突触活性失衡：

• 在前脑兴奋性神经元中敲除MKRN2基因，可特异性挽救ZC4H2^L66H/y小鼠脑中GABA_A受体水平、抑制性突触传递和认知缺陷，但不能恢复ZC4H2^R213W/y小鼠的突触紊乱和认知功能异常；
• 在海马脑区表达降解抵抗型RNF220^KR突变体，则可特异性挽救ZC4H2^R213W/y小鼠的AMPA受体水平、兴奋性突触传递和认知缺陷，对ZC4H2^L66H/y小鼠则没有恢复作用。
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突变特异性药物干预：老药新用，精准挽救认知缺陷

基于上述结果，研究团队分别靶向AMPA受体和GABA_A受体，选择两种临床相关药物，针对所建立的疾病动物模型开展干预研究：

• GABA_A受体激动剂muscimol（蝇蕈醇），一种针对难治性癫痫已开展小规模临床实验的药物。在ZC4H2^L66H/y小鼠，muscimol可以恢复抑制性突触传递活性，并显著改善新物体识别、社交记忆和空间学习记忆缺陷；
• AMPA受体拮抗剂perampanel（吡仑帕奈），一种FDA获批用于青少年癫痫的药物。在ZC4H2^R213W/y小鼠中，perampanel可抑制兴奋性突触传递的过度激活，并有效改善认知缺陷；
• 更为重要的是，muscimol对ZC4H2^R213W/y小鼠无效，而perampanel对ZC4H2^L66H/y小鼠也无效，显示出高度的突变特异性。

总之，该项研究表明ZC4H2相关智力障碍并非单一机制疾病，而是由两类相反突触病理共同构成的“疾病谱”。由此提出了一个核心观点：同一基因的不同突变可通过不同甚至相反的突触机制导致相似的认知表型，而基于突变类型和病理机制的分层研究，有望在临床上实现精准干预治疗。 这一策略不仅为ZC4H2相关罕见病的治疗提供了理论依据和候选药物，也为其他高异质性智力障碍及神经发育障碍的致病机理研究与干预策略研发提供重要启示。

昆明动物所副研究员马鹏程和李雨薇、博士后万梨（现陆军军医大学新桥医院神经内科副教授）为共同第一作者，研究员盛能印和万梨为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院“西部之光”、云南省基础研究计划等项目资助。

论文链接：https://www.cell.com/neuron/abstract/S0896-6273(26)00778-6

同一基因，不同突变：相似认知缺陷背后的谜题