双相情感障碍（BD）是一组慢性精神疾病，特征是反复出现的躁狂和抑郁发作。全球BD的终生患病率约为1%，是导致全球疾病负担的主要因素之一。BD伴随着严重的社会功能障碍和过早死亡。尽管BD的病理生理学和病因尚未完全明确，但基于双胞胎和家族研究，遗传因素在BD中的作用相对较大，遗传率估计为60-85%。全基因组关联研究（GWAS）已识别出许多与BD相关的位点，其中腺苷酸环化酶2（ADCY2）基因被认为是BD的潜在风险基因。

为了验证ADCY2作为BD风险基因的潜力，本研究首先利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在小鼠模型中引入特定的错义变异Val147Leu。通过Western blot和免疫荧光检测，评估ADCY2不同变体的蛋白表达和活性。此外，利用NanoBit®蛋白-蛋白相互作用系统和cAMP-Glo™测定法测量转染细胞的cAMP水平。为了研究基因变异对行为的影响，采用一系列行为学测试，包括开放场实验（OFT）、黑暗-光明箱实验（DaLi）、新物体探索实验（NOE）和强迫游泳实验（FST）。进一步，通过电生理记录评估突触传递的变化。为了探讨ADCY2变异对转录水平的影响，使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析小鼠腹侧海马区的基因表达。

图1.Val147Leu突变对ADCY2活性和亚细胞定位的影响

结果显示，Val147Leu变异导致ADCY2活性降低，表现为cAMP生成能力的下降，这一变化是由于ADCY2亚细胞定位的改变。在行为学测试中，携带Leu变异的小鼠表现出类似躁狂的行为特征，包括高活动性、减少的焦虑行为和增强的探索欲望。此外，这些小鼠在应对压力时表现出更积极的应对策略，但在强迫游泳实验中显示出认知缺陷。

图2.Adcy2V151L小鼠的生成

电生理记录显示，Leu变异小鼠的突触传递平衡发生了变化，突触兴奋性增加。在慢性社会挫败压力（CSDS）实验中，Leu变异小鼠从类似躁狂状态转变为类似抑郁状态，表现出明显的行为转变。单细胞RNA测序结果表明，Adcy2 mRNA在海马区多种细胞类型中广泛表达，尤其在CA1谷氨酸能神经元中，观察到与ADCY2变异相关的多个生物过程的差异表达基因。

图3.L151小鼠行为评估显示类似躁狂的行为和认知缺陷

本研究验证了ADCY2作为BD风险基因的作用，揭示了其在疾病机制中的潜在作用。ADCY2的Val147Leu变异通过改变亚细胞定位降低了酶的活性，导致类似躁狂的行为和认知缺陷。在慢性压力下，这种变异引起行为状态从躁狂到抑郁的转换，这与BD患者的症状交替特征相似。这些发现为ADCY2在BD中的作用提供了新的见解，可能为治疗干预策略开辟新的途径。

原始出处：

Sen, P., Ortiz, O., Brivio, E., Menegaz, D., Elliott, L. S., Du, Y., ... & Deussing, J. M. (2024). A bipolar disorder-associated missense variant alters adenylyl cyclase 2 activity and promotes mania-like behavior. Molecular Psychiatry. https://doi.org/10.1038/s41380-024-02663-w