脑瘫是儿童最常见的身体残疾。然而，其内在的分子机制尚未明确。在本研究中，我们对来自120个家庭的特发性脑瘫病例进行了深入的临床和分子生物学分析，约有45%的脑瘫患者带有能解释症状的遗传变异，其中以生殖系错义点变异（germline missense SNVs）最为常见，其他类型生殖系变异包括无义点变异（nonsense SNVs）、插入缺失型变异（indels）和大片段拷贝数变异（CNVs）等均有检出。很有意义的发现是首次揭示体细胞自发突变（postzygotic mutations）在脑瘫分子病因学中占有一席之地，比例高达约7%，与其他神经发育性疾病如智力障碍（智障）和自闭症相似。我们发现，那些有更严重的运动障碍或合并智力障碍的患者，其携带致病突变的机会明显更高。通过对114个已知的脑瘫相关基因的汇总分析，我们确定了在遗传和功能方面的特征，据此我们根据这些基因的表达模式和相关的认知障碍首次创建了脑瘫相关基因的二元分类学说，为脑瘫的分子病因学研究提供新的视角。在两名同时患有脑瘫和智力障碍的患者中，我们发现TYW1（一种tRNA修饰酶）的缺陷通过阻碍神经元的增殖和迁移而导致原发性小头畸形，以及运动和认知方面的问题。此外，我们针对TYW1基因作用原理构建数学模型用于评估人、小鼠、和斑马鱼胚胎发育时期脑蛋白质组收到的影响，并在小鼠大脑中证明了这种功能失常的修饰酶扰乱了参与细胞周期的蛋白质集合的翻译。这一发现为先天性小头畸形提供了一种全新的有趣机制。在另一名智力正常的脑瘫患者身上，我们发现了一种编码脂代谢的限速酶GPAM，其亚等位形式导致了人类和小鼠模型中皮质脊髓束的低髓鞘化。此外，我们证实了小鼠Gpam蛋白的异常扰乱了星形胶质细胞的脂质代谢，导致星形胶质细胞的增殖受到抑制，从而无法为少突胶质细胞髓鞘化提供足够的脂质。综上所述，我们的研究结果阐明了脑瘫病因学的新观点，并为未来的治疗策略提供了科学依据。

In-depth analysis reveals complex molecular aetiology in a cohort of idiopathic cerebral palsy. (Li N, et al., Brain, 2021)

在常见的近亲结婚国家（人口约占世界总人口的七分之一）中，常染色体隐性（AR）基因缺陷是导致智力障碍（ID）的主要遗传原因。然而，与常染色体显性基因突变（西方国家ID的主要原因）相比，AR-ID基因的鉴定工作相对滞后。在本研究中，我们报告了404个主要来自伊朗的近亲家庭的全外显子组和全基因组测序，这些家庭有两个或多个受影响的后代。在其中的219个家庭中，我们发现了可能的致病突变，包括77个已知的和77个新的AR-ID（候选）基因，21个X-连锁基因，以及9个以前已知的导致其他疾病的基因。本研究是迄今为止发表的同类研究中规模最大的，表明在近亲结婚的家庭中进行高通量DNA测序是一种优秀的策略，可以阐明迄今未知的成千上万的导致AR-ID的基因缺陷，并揭示了它们的患病率。

Genetics of intellectual disability in consanguineous families. (Hu H, et al., Molecular Psychiatry, 2018)

N6-甲基腺苷（m6A）正在成为调节神经分化的一个关键因素。在本研究中，我们报告了最近发现的一个神经发育障碍的新病因——Arhgef2基因的缺陷，通过调节m6A甲基化来损害神经发生、神经元的生长和突触的形成。Arhgef2敲除后，大脑皮层中Mettl14的表达和m6A的总水平明显下降。m6A测序显示，Arhgef2的缺失造成了1622个mRNA的m6A甲基化减少，包括Npdc1和Cend1，它们都与细胞周期退出和末梢神经分化密切相关。Arhgef2的缺失通过Mettl14的下调减少了Npdc1和Cend1 mRNA的m6A甲基化，从而抑制了Npdc1的翻译和Cend1 mRNA的出核转运。Mettl14、Npdc1和Cend1的过表达分别回补了Arhgef2敲除小鼠的异常表型。我们的研究对Arhgef2缺陷介导m6A标记的目标mRNA损害神经分化的机制提供了一个重要的见解。

Arhgef2 regulates neural differentiation in the cerebral cortex through mRNA m(6)A-methylation of Npdc1 and Cend1. (Zhou P, et al., iScience, 2021)

纤维鞘相互作用蛋白1（Fsip1）是精子鞭毛蛋白组的一种细胞骨架结构蛋白。前人研究指出，它在肿瘤发生和癌症进展中起着重要作用。然而，Fsip1在精子发生和哺乳动物精子鞭毛形成中的作用尚未明确。Fsip1蛋白在圆形精子中表达量最高，并从细胞核转移到延长期精子头部的前部区域。为了研究Fsip1的作用，我们构建了纯合的Fsip1敲除（Fsip1-/-）小鼠。我们发现纯合的Fsip1-/-突变体小鼠不育，精子数量少，运动能力受损。有趣的是，我们在Fsip1-/-突变体小鼠的精子中观察到一种细微的表型，其特征是头部形状异常，鞭毛畸形，与部分圆头精子症表型相似。Fsip1-/-精子的电镜分析显示线粒体的异常堆积，鞭毛轴丝的中断和细胞质的保留。睾丸切片显示Fsip1-/-小鼠延长的精子中的细胞质空泡增加，这表明有一个鞭毛内内运输（IFT）缺陷。利用蛋白质组学方法，我们描述了这种微妙表型的细胞成分和机制。我们的结果显示，Fsip1-/-下调了顶体膜和囊泡蛋白、鞭毛内运输颗粒B和精子鞭毛成分的形成。我们的结果表明，Fsip1对正常精子形成不可或缺，并通过减弱鞭毛内运输蛋白在顶体生物发生和鞭毛形成中起着重要作用。

Bi-allelic mutation in Fsip1 impairs acrosome vesicle formation and attenuates flagellogenesis in mice. (Gamallat Y, et al., Redox Biol, 2021)

精子鞭毛多发形态异常相关基因的失去功能突变会导致精子运动能力下降，男性生育能力受损。作为一个MMAF基因，纤维鞘相互作用蛋白2（FSIP2）的功能在很大程度上仍然是未知的。在本研究中，我们在一名不育症患者身上发现了FSIP2基因的一个同源截断型突变。因此，我们构建了一个具有该突变的基因敲入（KI）小鼠模型。同时，我们还构建了一个Fsip2过表达（OE）的小鼠模型。值得注意的是，KI小鼠呈现出典型的MMAF表型，而OE小鼠除了精子尾部长度增加外，没有表现出大的异常。睾丸的单细胞RNA测序揭示了与精子鞭毛、顶体泡和精子发育有关的基因表达的改变。我们证实了Fsip2在顶体的表达以及该基因与顶体标记物Acrv1的物理相互作用。睾丸的蛋白质组分析显示，位于纤维鞘、线粒体鞘和顶体泡的蛋白质发生变化。我们还确定了Fsip2的关键基序，在体内受精的物种中, 这些基序在进化上是保守的。因此，本研究揭示了Fsip2在精子尾部和顶体形成中的剂量依赖作用。

Hypomorphic and hypermorphic mouse models of Fsip2 indicate its dosage-dependent roles in sperm tail and acrosome formation. (Fang X, et al., Development, 2021)