科学前沿文章 来源：细胞医学 单病种发病率低，患者数量少，市场需求小，这些要素招致治疗稀有病的孤儿药，稀缺又昂贵。“有病无药”是搅扰稀有病患者与家庭的常见问题。假如能够找到不同稀有病之间致病机制的共同点，将会极大地推进多病种广谱治疗伎俩的开发。 -----吴志英（浙江大学医学院隶属第二医院遗传医学科主任） 腓骨肌萎缩症（Charcot-Marie-Tooth neuropathies，CMT）是一组临床上常见的周围神经遗传病，发病率约为1/2500。依据致病基因的不同， CMT可分为几十种不同的亚型。就CMT患者总数而言，在全国范围内是一个十分庞大的数字，但是细致到某些亚型的患者数量却十分稀少，因而CMT被收录到国度《第一批稀有病名录》。耐久以来令人困惑的是，这几十种CMT致病蛋白在细胞中的定位和生理功用各异，似乎没有任何明显的共性，但是这些突变蛋白却会招致CMT患者表示出十分相似的临床病症。 这个被称之为“疾病遗传异质性”的谜团长期以来不时搅扰着宽广神经科学家和临床工作者。 有没有可能不同的致病蛋白最后经过一个“异曲同工”的共同机制引发相似病症？
2023年2月3日， 浙江大学医学院脑科学与脑医学学院白戈课题组分离中国科学院分子细胞科学杰出创新中心李劲松院士课题组在《Cell》杂志以封面文章在线发表了题为“Diverse CMT2 Neuropathies are Linked to Aberrant G3BP Interactions in Stress Granules”的研讨论文。 该工作发现固然在正常生理状态下不同CMT致病蛋白在细胞中的定位各异，但在应激状态下这些CMT致病蛋白会表示出相同的细胞定位，进入应激颗粒中（细胞内一种介导应激反响的无膜细胞器）并与其中心蛋白G3BP发作异常互作，惹起应激颗粒异常，使得周围神经应对环境不良刺激的才干降落，从而招致周围神经病的发作。 该工作提示了应激颗粒异常是介导不同亚型CMT的共同致病机制，为针对多亚型CMT的广谱治疗药物的开发提供了重要理论基础，也为其他疾病遗传异质性的机制研讨提供了新的思绪。
当村寨（运动神经元，MN）面临猛兽来袭时（环境应激），村民（各种蛋白、RNA分子等）从五湖四海赶来，唯村长（G3BP蛋白）马首是瞻，疾速集结成队伍（应激颗粒）以应对危机。此时，有一黑衣人（CMT致病蛋白）也混入人群，趁乱攻击了村长，破坏了村寨的防御体系，招致危机加剧。封面设计灵感来源于宋代名画《清明上河图》，装裱部分取材于“现代神经科学之父”圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔（Santiago Ramón y Cajal）所绘制的脊髓图谱中运动神经元所在区域。 在过去几十年的研讨中，范畴内逐步构成了一个共识：大多数神经系统疾病的发作都是遗传因子和环境应激因子共同作用的结果1,2。当细胞面临各种不良环境刺激时（如营养缺乏、高温、辐射等），细胞内一个重要的应激机制就是构成应激颗粒（Stress granule，SG）3。 SG是细胞内由RNA、蛋白翻译复合物和各种信号分子经过液-液相分别（liquid-liquid phase separation）组装构成的一种无膜细胞器。在应激状态下，SG的构成能够避免蛋白的错误翻译，有效地组织应用细胞中各种信号分子和能量资源，使细胞更好地应对环境中的不良刺激，进步细胞存活率。当环境压力解除后，细胞内的 SG 发作解聚，翻译复合物和各种信号分子疾速恢复功用，辅佐细胞恢复正常运转3-5。
图2. 运动神经元中的应激颗粒 在应激状况下，原本弥散散布在细胞质中的G3BP蛋白疾速组装构成应激颗粒（如箭头所示绿色颗粒状结构），与此同时CMT2D致病蛋白GlyRS也被招募至其中（如箭头所示红色颗粒状结构）。蓝色部分为DAPI标记的细胞核。 在此项研讨中，崔琴琴等研讨人员首先以招致CMT2D亚型的甘氨酰tRNA合成酶（Glycyl-tRNA synthetase，GlyRS）突变蛋白为切入点展开研讨。当运动神经元面临不良环境刺激时，原本定位在细胞质中的GlyRS突变蛋白会进入新构成的SG中，并与SG中的中心蛋白G3BP发作异常相互作用（ 图2）。 研讨人员经过活细胞荧光成像、临近标记、定量蛋白质谱、STORM超分辨成像等技术发现，GlyRS突变蛋白与G3BP的异常相互作用不会影响SG组装-解聚的动态变更，却会显著干扰以G3BP为中心的SG蛋白网络，招致大量非SG组分异常滞留在SG中，从而扰乱了细胞正常的应激反响，招致运动神经元抵御外界不良环境刺激的才干明显降落，更易发作轴突退变（图3）。 研讨人员还进一步审定出了GlyRS突变蛋白与G3BP的分离位点位于其“内在无序区”（Intrinsically disordered region, IDR），经过破坏二者的异常分离，能够消弭GlyRS突变蛋白对SG的干扰，改善运动神经元抵御不良环境刺激的才干，有效缓解CMT2D小鼠模型的疾病病症（图3）。
图3. 不同CMT2蛋白的共性致病机制 最后，研讨人员还发现这个机制能够进一步扩展到其他CMT2亚型。经过对20几种不同类型CMT2致病蛋白中止测试，研讨人员发现这些原本定位在细胞内不同部位的蛋白质，在应激条件下大部分都能够进入SG并且与G3BP发作异常相互作用，惹起SG异常，招致运动神经元应对环境不良刺激的才干降落。这些发现表明应激颗粒异常很可能是介导不同亚型CMT的共性致病机制（图3）。
图4. 白戈课题组部分研讨人员合影 浙江大学医学院脑科学与脑医学学院/教育部脑与脑机融合前沿科学中心白戈研讨员与中国科学院分子细胞科学杰出创新中心李劲松院士为本文的共同通讯作者。博士后崔琴琴、毕洪运、吕占云，博士生武琪贵、华剑锋、谷博凯为本文共同第一作者，博士后霍婵娟、唐明敏等也为本研讨做出重要贡献。本研讨还得到了刘华清、杨培国、金志刚、吴志英、章永登、沈承勇、盛能印等教授的鼎力支持，并得到了段树民院士、胡海岚、景乃禾、李党生、唐北沙、张宏、杨兵、蒋超、张轲、孙启明、彭广敦、郭天南、张如旭、刘聪、陈万金、赵国华、Sam Pfaff（Salk Institute）、Xiang-Lei Yang（TSRI）等教授的指导和辅佐。 该研讨主要受国度自然科学基金委“原创探求计划”、“器官衰老与器官退行性变更的机制”严重研讨计划、科技创新2030严重项目等资助。 参考文献： 1. Saxena, S., and Caroni, P. (2011). Selective neuronal vulnerability in neurodegenerative diseases: from stressor thresholds to degeneration. Neuron 71, 35-48. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2011.06.031. 2. Goldman, S.M. (2014). Environmental toxins and Parkinson's disease. Annu Rev Pharmacol Toxicol 54, 141-164. https://doi.org/10.1146/annurev-pharmtox-011613-135937. 3. Protter, D.S.W., and Parker, R. (2016). Principles and Properties of Stress Granules. Trends Cell Biol 26, 668-679. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2016.05.004. 4. Panas, M.D., Ivanov, P., and Anderson, P. (2016). Mechanistic insights into mammalian stress granule dynamics. Journal of Cell Biology 215, 313-323. https://doi.org/10.1083/jcb.201609081. 5. Kedersha, N., Ivanov, P., and Anderson, P. (2013). Stress granules and cell signaling: more than just a passing phase? Trends in Biochemical Sciences 38, 494-506.https://doi.org/10.1016/j.tibs.2013.07.004. 来源：白戈课题组 转自：浙江大学脑科学与脑医学学院 本文内容转载至细胞医学公众号，如涉侵权请联络删除。 艾贝泰生物科技有限公司细胞医学部依据细胞存储、细胞治疗技术研发、应用研讨等不同范畴的特性，推出针对性应用技术的 细胞治疗平台 产品链。 仪器列表 NEPA21 高效基因电转染仪
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