真核生物基因表达调控可在多个层面进行，包括基因水平、转录和转录后水平、翻译和翻译后水平，其中编码基因DNA中包含外显子和内含子，在转录生成前体mRNA 后，在剪接复合物作用下，可对外显子和内含子进行拼接，产生不同的成熟mRNA 转录本，此过程谓之可变剪接(alternativesplicing，AS)。此后，不同mRNA 转录本在核糖体内翻译合成各种蛋白质，行使各种复杂的生物学功能。
AS于1977年由ROBERTS和SHARP实验室首次发现并报道。次年，GALLEGO-PAEZ建议将成熟mRNA中包含和剔除的片段分别命名为“外显子”和“内含子”。AS是基因表达过程中的普遍调节机制，其可从单个基因中产生 1 个以上的独特mRNA种类。AS可产生在非翻译区(untranslatedregion，UTR)或编码序列中不同的mRNA，其机制包括外显子跳跃、互斥外显子之间的选择、替代剪接位点的使用和内含子保留。这些差异可能会影响mRNA的稳定性、定位或翻译等功能。高通量研究发现，95%人类多外显子基因存在AS。
近年来，神经系统中的 RNA 剪接调控一直是领域内的重要研究方向之一。随着对脊椎动物神经系统发育和神经精神疾病研究的逐步深入，越来越多研究表明，AS 在神经元轴突生长、生长锥引导、突触发生和离子通道活动等过程中发挥关键作用。一些研究也提示，神经元发育和稳态维持对于AS扰动更为敏感，AS在多种发育性神经精神疾病进程中发挥着关键作用。
1 可变剪接的基本生物学过程
AS 是一种进化上保守的转录后过程，它增加了真核生物中RNA和蛋白质的多样性。不仅大多数基因可编码 AS 的前体 mRNA，而且单个基因编码的mRNA亚型数量可从2个到几千个不等，如果蝇基因唐氏综合征细胞黏附分子，它可产生38 016个不同的mRNA异构体。AS可作为基因表达的开关，进而影响mRNA的表达水平、稳定性、半衰期和定位，形成生物学功能和特性的多样性。剪接过程主要由剪接体催化介导，其中起到关键作用的剪接体5个小核核糖核蛋白(small nuclearribonucleoprotein，snRNP)微粒U1，U2，U4，U5和 U6和许多蛋白质因子组成的复合体。snRNP以顺序方式与前体mRNA结合，在U4/U6.U5-snRNP结合后，剪接体经历了长时间的结构重塑过程，导致U1 和 U4 的释放，19 复合物相关蛋白(nineteencomplex-related proteins)的增加和剪接体的激活。催化剪接体经历两次连续的酯交换反应，从而连接外显子并释放内含子套索。剪接反应完成后，催化后剪接体解离，释放成熟的mRNA，然后与19复合物相关蛋白结合，并在新的剪接循环中分解所有组分。
真核生物转录生成的 RNA 分子是前体 RNA，也称为初级RNA转录产物。几乎所有初级RNA转录产物都需要经过加工才能成为功能性的成熟RNA，加工主要在细胞核内进行。真核生物前体mRNA 合成后，需要进行 5′和 3′端修饰，对前体mRNA进行剪接后才能成为成熟mRNA，再被转运到核糖体指导蛋白质翻译。AS是一种剪接改变机制。前体mRNA的外显子被AS以不同顺序连接形成具有不同蛋白质编码序列和RNA调节元件的大量转录本。目前认为，存在7种AS的通用模型，包括盒式外显子、互斥外显子、竞争 5′或 3′剪接位点、内含子保留、选择性启动子和可变 3′多聚腺苷化位点(图 1)。研究显示，在组织特化和发育阶段，>90%的人类基因在经历 AS 处理后发生明显改变。AS 很少对刺激产生“是或否”的反应，通常多个 AS 产物共存于单个细胞中，使细胞有能力处理不同的内部和外部刺激。有趣的是，多达 1/3 的 AS 转录本会产生提前终止密码子，并通过无义突变介导RNA的衰变。在神经系统中，几千个AS事件在离子运输、受体识别、神经传递和学习记忆中发挥重要调控作用。相对而言，AS 的不当调控也可能导致使某些神经系统相关疾病发生。
2 可变剪接与神经发育性疾病
在整个脊椎动物进化过程中，AS 程序在神经系统中最为复杂，其可能与大脑复杂的解剖结构、发育和功能密切相关。相较于其他组织，大脑具有更多的 AS 事件发生。另一方面，其对大脑的保护也至关重要，大脑皮质作为认知信息加工处理的核心也受到 AS 程序的严格控。大脑发育过程中，大多数 AS 事件多发生在神经元及其前体细胞内，而非胶质细胞、上皮细胞或其他非神经细胞。因 此，AS 可精准动态调控是大脑皮质细胞群体形成的必要条件，而参与AS调节的神经RNA结合蛋白(RNA-binding protein，RBP)的突变和神经 AS 模式的异常也被证明与神经系统疾病有关。换言之，AS调控的异常可导致神经发育性疾病产生。
3 可变剪接与精神类疾病
AS 在复杂的遗传性疾病，如神经发育和精神障碍中的作用尚未被充分了解。不过，在临床精神分裂症、重度抑郁障碍(major depressive disorder，MDD)和双相情感障碍(bipolardisorder，BP)患者的组织中的确发现了RNA剪接异常的存在。研究表明，存在与转录异构体数量变化密切相关的遗传变异，这些基因变异富含与精神疾病相关的位点，以及根据反式剪接作用因子的改变而导致剪接网络变化。
4 可变剪接与神经退行性疾病
从全球范围看，包括阿尔茨海默病(Alzheimerdisease，AD)、帕金森病(Parkinson disease，PD)和亨廷顿病(Huntington Disease，HD)等在内的神经退行性疾病发生率呈逐年增加的态势，越发受到国际关注。目前，虽然对神经退行性疾病的常见致病机制(如蛋白质聚集或功能障碍、免疫反应改变和轴突变性等)已有基本了解，但在RNA剪接层面的病理生理学调控机制仍不明了。因此，了解神经特异性选择性剪接如何影响大脑基因转录调控进程，对揭示神经退行性疾病的病理生理学机制具有重要意义。
综上，AS 在大脑发育和神经精神疾病中均发挥关键作用。AS 的发生受多种剪接因子的调控，并且不同剪接因子具有组织特异性，所以在各种组织区域调控不同的AS事件。当这些剪接因子发生异常时，可直接影响 AS 的模式，从而影响生物过程。在神经系统中，剪接因子调控的 AS 模式发生变化，直接影响到神经祖细胞增殖、迁移、分化和突触形成等过程，从而产生各种神经系统相关疾病。除了上文提到的一些剪接相关致病基因之外，AS中关键的RBP同特定的前体mRNA和蛋白质结合形成的高度动态化RNP复合物，在调节剪接、编辑、聚腺苷酸化、核输出、定位、翻译和稳定性方面发挥关键调节作用。近年来大量研究表明，多种剪接调节因子在不同神经系统疾病中均扮演着十分重要的角色。
5 结语
在神经发育过程中，剪接过程异常改变可导致神经发育相关疾病的发生。随着反义寡核苷酸
和基因编辑等技术的高速发展，有望改变人类遗传变异和疾病中常见突变的影响。对神经退行性疾病中涉及 AS 机制的研究，有望为新的治疗方案研发拓展出新视角，并为这种目前仍然无法治愈疾病的诊治带来希望。另一方面，随着近年来单细胞和高通量测序技术的不断突破，有望将 AS 同更多的神经精神疾病联系起来，为阐明其发病机制和研发干预措施提供新线索。而冷冻电子显微镜和图像采集的新突破，将有望加速提升对剪接体高分辨率结构的解析和理解。随着对AS调控机制的深入理解，将有望创造出新的疾病治疗策略，研发出个性化药物，为临床包括脑发育与神经精神疾病在内多种疾病的诊疗提供全新的解决方案。
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