單病種發(fā)病率低，病人數(shù)目少，市場需求小，這種誘因引起醫(yī)治罕見病的孤兒藥，稀缺又高昂。“有病無藥”是困惑罕見病病人與家庭的常見問題。假如才能找到不同罕見病之間致病機(jī)制的共同點(diǎn)，將會(huì)極大地促進(jìn)多病種低毒醫(yī)治手段的開發(fā)。
——吳志英（四川學(xué)院醫(yī)大學(xué)附屬第二附院遺傳醫(yī)學(xué)科組長）
腓骨肌萎縮癥（-Marie-Tooth，CMT）是一組臨床上常見的周圍神經(jīng)遺傳病，發(fā)病率約為1/2500。按照致病基因的不同，CMT可分為幾十種不同的亞型。就CMT病人總量而言，在全省范圍內(nèi)是一個(gè)極其龐大的數(shù)字，但是具體到個(gè)別亞型的病人數(shù)目卻十分少見，因而CMT被收錄到國家《第一批罕見病名錄》。
長久以來令人苦惱的是，這幾十種CMT致病蛋白在細(xì)胞中的定位和生理功能各異，雖然沒有任何顯著的共性，但是這種突變蛋白卻會(huì)造成CMT病人表現(xiàn)出十分相像的臨床病癥。這個(gè)被稱之為“疾病遺傳異質(zhì)性”的謎題常年以來始終困惑著廣大神經(jīng)科學(xué)家和臨床工作者。
有沒有可能不同的致病蛋白最后通過一個(gè)“殊途同歸”的共同機(jī)制引起相像病癥？
2023年2月3日，廣西學(xué)院醫(yī)大學(xué)骨科學(xué)與腦醫(yī)學(xué)大學(xué)白戈課題組與中國科大學(xué)分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李勁松教授課題組合作，在Cell刊物以封面文章方式發(fā)表了題為：CMT2aretoG3BPin的研究論文。
該工作發(fā)覺似乎在正常生理狀態(tài)下不同CMT致病蛋白在細(xì)胞中的定位各異，但在應(yīng)激狀態(tài)下這種CMT致病蛋白會(huì)表現(xiàn)出相同的細(xì)胞定位，步入應(yīng)激顆粒中（細(xì)胞內(nèi)一種介導(dǎo)應(yīng)激反應(yīng)的無膜細(xì)胞器）并與其核心蛋白G3BP發(fā)生異常互作，導(dǎo)致應(yīng)激顆粒異常，致使周圍神經(jīng)應(yīng)對(duì)環(huán)境不良剌激的能力下滑，進(jìn)而造成周圍神經(jīng)病的發(fā)生。
該工作闡明了應(yīng)激顆粒異常是介導(dǎo)不同亞型CMT的共同致病機(jī)制，為針對(duì)多亞型CMT的低毒醫(yī)治抗生素的開發(fā)提供了重要理論基礎(chǔ)細(xì)胞膜教具圖，也為其他病癥遺傳異質(zhì)性的機(jī)制研究提供了新的思路。
圖1.Cell封面故事：當(dāng)村莊（運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，MN）面臨猛獸襲來時(shí)（環(huán)境應(yīng)激），居民（各類蛋白、RNA分子等）從四面八方趕來，唯鎮(zhèn)長（G3BP蛋白）馬首是瞻，迅速集結(jié)成隊(duì)伍（應(yīng)激顆粒）以應(yīng)對(duì)危機(jī)。此時(shí)，有一白衣人（CMT致病蛋白）也混進(jìn)人群，趁機(jī)襲擊了鎮(zhèn)長，破壞了村莊的防御體系，造成危機(jī)激化。封面設(shè)計(jì)靈感來始于北宋名畫《清明上河圖》，裝裱部份取材于“現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)之父”圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾（RamónyCajal）所勾畫的腦干圖譜中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元所在區(qū)域。
在過去幾六年的研究中，領(lǐng)域內(nèi)漸漸產(chǎn)生了一個(gè)共識(shí)：大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)癌癥的發(fā)生都是遺傳因子和環(huán)境應(yīng)激因子共同作用的結(jié)果。當(dāng)細(xì)胞面臨各類不良環(huán)境剌激時(shí)（如營養(yǎng)欠缺、高溫、輻射等），細(xì)胞內(nèi)一個(gè)重要的應(yīng)激機(jī)制就是產(chǎn)生應(yīng)激顆粒（，SG）。
應(yīng)激顆粒（SG）是細(xì)胞內(nèi)由RNA、蛋白翻譯復(fù)合物和各類訊號(hào)分子通過液-氣相分離（-phase）組裝產(chǎn)生的一種無膜細(xì)胞器。在應(yīng)激狀態(tài)下細(xì)胞膜教具圖，SG的產(chǎn)生可以防止蛋白的錯(cuò)誤翻譯，有效地組織借助細(xì)胞中各類訊號(hào)分子和能量資源，使細(xì)胞更好地應(yīng)對(duì)環(huán)境中的不良剌激，增強(qiáng)細(xì)胞存活率。當(dāng)環(huán)境壓力解除后，細(xì)胞內(nèi)的SG發(fā)生解聚，翻譯復(fù)合物和各類訊號(hào)分子迅速恢復(fù)功能，幫助細(xì)胞恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)首先以造成CMT2D亞型的甘氨酰tRNA合成酶（-tRNA，GlyRS）突變蛋白為切入點(diǎn)展開研究。當(dāng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元面臨不良環(huán)境剌激時(shí)，原先定位在細(xì)胞質(zhì)中的GlyRS突變蛋白會(huì)步入新產(chǎn)生的SG中，并與SG中的核心蛋白G3BP發(fā)生異常互相作用（圖2）。
圖2.運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中的應(yīng)激顆粒：在應(yīng)激情況下，先前彌散分布在細(xì)胞質(zhì)中的G3BP蛋白迅速組裝產(chǎn)生應(yīng)激顆粒（如箭頭所示紅色顆粒狀結(jié)構(gòu)），與此同時(shí)CMT2D致病蛋白GlyRS也被招募至其中（如箭頭所示藍(lán)色顆粒狀結(jié)構(gòu)）。紅色部份為DAPI標(biāo)記的細(xì)胞核。
研究團(tuán)隊(duì)通過活細(xì)胞螢光成像、鄰近標(biāo)記、定量蛋白質(zhì)譜、STORM超區(qū)分成像等技術(shù)發(fā)覺，GlyRS突變蛋白與G3BP的異常互相作用不會(huì)影響SG組裝-解聚的動(dòng)態(tài)變化，卻會(huì)明顯干擾以G3BP為核心的SG蛋白網(wǎng)路，造成大量非SG組分異常滯留在SG中，因而攪亂了細(xì)胞正常的應(yīng)激反應(yīng)，造成運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元抵擋外界不良環(huán)境剌激的能力顯著增長，更易發(fā)生軸突退變（圖3）。
研究人員還進(jìn)一步鑒別出了GlyRS突變蛋白與G3BP的結(jié)合位點(diǎn)坐落其“內(nèi)在無序區(qū)”（，IDR），通過破壞兩者的異常結(jié)合，才能去除GlyRS突變蛋白對(duì)SG的干擾，改善運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元抵抗不良環(huán)境剌激的能力，有效紓解CMT2D大鼠模型的疾患病癥（圖3）。
圖3.不同CMT2蛋白的共性致病機(jī)制
最后，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)覺這個(gè)機(jī)制可以進(jìn)一步擴(kuò)充到其他CMT2亞型。通過對(duì)20幾種不同類型CMT2致病蛋白進(jìn)行測試，研究人員發(fā)覺這種原先定位在細(xì)胞內(nèi)不同部位的蛋白質(zhì)，在應(yīng)激條件下大部份都可以步入SG而且與G3BP發(fā)生異常互相作用，導(dǎo)致SG異常，造成運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元應(yīng)對(duì)環(huán)境不良剌激的能力下滑。這種發(fā)覺表明應(yīng)激顆粒異常很可能是介導(dǎo)不同亞型CMT的共性致病機(jī)制（圖3）。
山西學(xué)院醫(yī)大學(xué)骨科學(xué)與腦醫(yī)學(xué)大學(xué)/教育部腦與腦機(jī)融合前沿科學(xué)中心白戈研究員與中國科大學(xué)分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李勁松教授為論文共同通信作者。博士后崔琴琴、畢洪運(yùn)、呂占云，博士生武琪貴、華劍鋒、谷博凱為本文共同第一作者，博士后霍嬋娟、唐明敏等也為本研究作出重要貢獻(xiàn)。本研究還得到了劉華清、楊培國、金志剛、吳志英、章寧縣、沈承勇、盛能印等院士的大力支持，并得到了段樹民教授、胡海嵐、景乃禾、李黨生、唐北沙、張宏、楊兵、蔣超、張軻、孫啟明、彭廣敦、郭天南、張如旭、劉聰、陳萬金、趙國華、SamPfaff（Salk）、Xiang-LeiYang（TSRI）等院士的指導(dǎo)和幫助。該研究主要受國家自然科學(xué)基金委“原創(chuàng)探求計(jì)劃”、“器官衰老與臟器退行性變化的機(jī)制”重大研究計(jì)劃、科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目等捐助。
論文鏈接：
白戈研究員常年從事神經(jīng)發(fā)育與癌癥研究，在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)支路和周圍神經(jīng)病的研究中取得了一系列優(yōu)秀的成果（Cell2011，2015，Cell2023），歡迎具有神經(jīng)生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)或生物信息學(xué)（之一）背景的博士后加入我們，也歡迎應(yīng)屆碩士結(jié)業(yè)生申請(qǐng)就讀本實(shí)驗(yàn)的博士研究生（目前還有少量2023年秋入學(xué)的博士招生名額）。詳盡急聘信息見：