·浙大一項(xiàng)研究以封面論文的形式在線發(fā)表于《細(xì)胞》雜志。該研究進(jìn)一步揭示了應(yīng)激顆粒異常是導(dǎo)致多種不同亞型腓骨肌萎縮癥的共性機(jī)制，為針對(duì)這類神經(jīng)罕見(jiàn)病的廣譜治療藥物開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ)，也為其他神經(jīng)退行性疾病的機(jī)制研究提供了新的思路。

腓骨肌萎縮癥（Charcot-Marie-Tooth，CMT），是一種常見(jiàn)周圍神經(jīng)遺傳病，發(fā)病率約為1/2500，患者通常從青少年階段開(kāi)始發(fā)病，表現(xiàn)為四肢遠(yuǎn)端進(jìn)行性肌無(wú)力和肌萎縮并伴有感覺(jué)障礙。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一種隱蔽的CMT致病機(jī)制：一個(gè)基因突變引起應(yīng)激顆粒（Stress Granule，簡(jiǎn)稱SG）的功能受損，進(jìn)而導(dǎo)致CMT發(fā)生。

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院腦科學(xué)與腦醫(yī)學(xué)學(xué)院白戈課題組與中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心李勁松院士課題組通過(guò)合作研究，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致應(yīng)激顆粒異常的一種關(guān)鍵分子機(jī)制：參與應(yīng)激顆粒形成的核心蛋白被致病蛋白“綁架”，應(yīng)激顆粒的組分發(fā)生改變，其抗壓功能嚴(yán)重受損。該項(xiàng)研究還進(jìn)一步揭示了應(yīng)激顆粒異常是導(dǎo)致多種不同亞型腓骨肌萎縮癥的共性機(jī)制，為針對(duì)這類神經(jīng)罕見(jiàn)病的廣譜治療藥物開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ)，也為其他神經(jīng)退行性疾病的機(jī)制研究提供了新的思路。

論文截圖。圖片來(lái)源：《細(xì)胞》雜志

2023年2月3日，這項(xiàng)題為《不同的CMT2神經(jīng)病變與應(yīng)激顆粒中異常的G3BP相互作用有關(guān)》（Diverse CMT2 Neuropathies are Linked to Aberrant G3BP Interactions in Stress Granules）的研究以封面論文的形式在線發(fā)表于《細(xì)胞》（Cell）雜志。論文審稿人評(píng)價(jià)，該論文的發(fā)現(xiàn)重要而新穎，將改變這個(gè)領(lǐng)域的思維方式。致病突變蛋白的互作在環(huán)境應(yīng)激下可以發(fā)生改變，這是一個(gè)很重要的概念，潛在可能與許多神經(jīng)退行性疾病高度相關(guān)。

2月3日，白戈在接受澎湃科技采訪時(shí)表示，“接下來(lái)我們會(huì)測(cè)試一些靶向應(yīng)激顆粒的小分子，干擾突變蛋白對(duì)應(yīng)激顆粒的負(fù)面影響，挽救CMT2小鼠內(nèi)異常的應(yīng)激顆粒的影響，找到靶向應(yīng)激顆粒的CMT治療藥物。”

課題組設(shè)計(jì)的封面圖。當(dāng)村寨（運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，MN）面臨猛獸襲擊時(shí)（環(huán)境應(yīng)激），村民（各種蛋白、RNA分子等）從四面八方趕來(lái)，唯村長(zhǎng)（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)，有一黑衣人（CMT致病蛋白）也混入人群，趁亂襲擊了村長(zhǎng)，破壞了村寨的防御體系，導(dǎo)致危機(jī)加劇。封面設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于宋代名畫《清明上河圖》，裝裱部分取材于“現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)之父”圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal）所繪制的脊髓圖譜中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元所在區(qū)域。圖片來(lái)源：浙江大學(xué)

發(fā)現(xiàn)應(yīng)激顆粒的參與

白戈課題組一直致力于找CMT2疾病遺傳異質(zhì)性的共性機(jī)制。他們?cè)?jīng)發(fā)現(xiàn)，2D型腓骨肌萎縮癥（CMT2D）致病蛋白突變后蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，開(kāi)放出新的結(jié)構(gòu)域，使突變蛋白獲得了異常結(jié)合活性，異常結(jié)合神經(jīng)纖毛蛋白-1（Nrp1），干擾VEGF/Nrp1 信號(hào)通路，引起運(yùn)動(dòng)神經(jīng)退行性病變。這項(xiàng)研究于2015年發(fā)表于《自然》（Nature）?！霸谖覀?cè)噲D將這個(gè)機(jī)制擴(kuò)展到其他亞型時(shí)，發(fā)現(xiàn)并不適用于大部分CMT2亞型。所以我們考慮應(yīng)該有其他的機(jī)制存在。”白戈說(shuō)。

2018年左右，白戈團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行另一項(xiàng)研究時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)很多應(yīng)激顆粒的標(biāo)志蛋白在CMT2細(xì)胞模型中出現(xiàn)異常。應(yīng)激顆粒是細(xì)胞內(nèi)一種介導(dǎo)應(yīng)激反應(yīng)的“小球”狀顆粒結(jié)構(gòu)，尺寸在0.1-2微米左右，它們像太陽(yáng)系的行星一樣環(huán)繞在細(xì)胞核周圍。當(dāng)細(xì)胞面臨高溫、輻射、病毒感染、營(yíng)養(yǎng)匱乏等應(yīng)激（stress）時(shí)，細(xì)胞會(huì)暫停胞漿內(nèi)的蛋白翻譯，將未翻譯的mRNA和部分蛋白“打包壓縮”成一個(gè)個(gè)應(yīng)激顆粒保護(hù)起來(lái)。此時(shí)細(xì)胞就像進(jìn)入戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)的城市，暫停大部分生產(chǎn)線，并將大量的人員轉(zhuǎn)移到安全的地方。待到危機(jī)解除，應(yīng)激顆粒則會(huì)發(fā)生“解壓縮”而功成身退，幫助細(xì)胞恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

應(yīng)激顆粒（黃色）像太陽(yáng)系的行星一樣環(huán)繞在細(xì)胞核（藍(lán)色）周圍。圖片來(lái)源：浙江大學(xué)

在當(dāng)時(shí)，已有一些研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)激顆粒在一些神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮作用，其功能主要是與肌萎縮側(cè)索硬化（ALS）相關(guān)疾病中蛋白沉淀的形成相關(guān)。而CMT2是不產(chǎn)生蛋白沉淀的周圍神經(jīng)病，應(yīng)激顆粒是否參與到CMT2疾病中尚未有研究。

應(yīng)激顆粒的異常是如何發(fā)生的？2020年，一項(xiàng)發(fā)表于《細(xì)胞》（Cell）雜志的研究提供了重要線索。西湖大學(xué)楊培國(guó)研究員描繪了應(yīng)激顆粒形成過(guò)程中的核心蛋白網(wǎng)絡(luò)，并指出其中最為重要的是一種叫做G3BP的蛋白。相關(guān)功能性研究表明，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)敲除G3BP后，面臨不良環(huán)境刺激時(shí)，細(xì)胞無(wú)法形成應(yīng)激顆粒，增加了細(xì)胞的死亡率。

“綁架”核心蛋白

在正常情況下，G3BP蛋白均勻分布于細(xì)胞質(zhì)中，而在應(yīng)激情況下，G3BP蛋白“臨危受命”，作為核心組分組裝應(yīng)激顆粒形成，眾多蛋白和RNA與之“抱團(tuán)”，形成一個(gè)復(fù)雜的蛋白-RNA交互網(wǎng)。在顯微鏡下，可以看到細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)發(fā)生了“液-液相分離”現(xiàn)象，星星點(diǎn)點(diǎn)的蛋白“抱團(tuán)”成液滴樣的應(yīng)激顆粒。

運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中的應(yīng)激顆粒。在應(yīng)激情況下，原本彌散分布在細(xì)胞質(zhì)中的G3BP蛋白迅速組裝形成應(yīng)激顆粒（如箭頭所示綠色顆粒狀結(jié)構(gòu)），與此同時(shí)CMT2D致病蛋白GlyRS也被招募至其中（如箭頭所示紅色顆粒狀結(jié)構(gòu)）。藍(lán)色部分為DAPI標(biāo)記的細(xì)胞核。圖片來(lái)源：浙江大學(xué)

當(dāng)致病蛋白出現(xiàn)在這張網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)激顆粒會(huì)產(chǎn)生什么變化？為解決這一問(wèn)題，白戈團(tuán)隊(duì)以CMT2D中的突變蛋白GlyRS為切入點(diǎn)，去探索應(yīng)激顆粒內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的變化。他們發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)激狀態(tài)下，野生型和突變型GlyRS蛋白都能夠進(jìn)入應(yīng)激顆粒中；但只有突變型GlyRS蛋白能夠與G3BP發(fā)生異常的相互作用，擾亂了以G3BP為中心的應(yīng)激顆粒網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步研究顯示，突變的GlyRS蛋白導(dǎo)致了應(yīng)激顆粒網(wǎng)絡(luò)互作強(qiáng)度的增加，形成了結(jié)構(gòu)更為致密的顆粒。

“GlyRS突變蛋白與G3BP的異常相互作用不會(huì)影響應(yīng)激顆粒組裝-解聚的動(dòng)態(tài)變化，卻會(huì)顯著干擾以G3BP為核心的應(yīng)激顆粒蛋白網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致大量非應(yīng)激顆粒組分異常滯留在應(yīng)激顆粒中，從而擾亂了細(xì)胞正常的應(yīng)激反應(yīng)?！卑赘暾f(shuō)，應(yīng)激顆粒受損會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元抵御外界不良環(huán)境刺激的能力明顯下降，更易發(fā)生軸突退變。

研究人員指出，遺傳突變會(huì)導(dǎo)致GlyRS蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變，開(kāi)放出新的結(jié)構(gòu)域，使其獲得了異常的蛋白結(jié)合活性。這個(gè)開(kāi)放結(jié)構(gòu)域的存在，導(dǎo)致突變后的GlyRS蛋白更容易和G3BP發(fā)生異常結(jié)合，導(dǎo)致顆粒更加致密。在腓骨肌萎縮癥小鼠模型中，破壞這種異常的相互作用可以挽救應(yīng)激顆粒異常并緩解小鼠的運(yùn)動(dòng)缺陷。

揭秘共性發(fā)病機(jī)制

根據(jù)致病基因的不同，CMT可以分為幾十種不同的亞型，目前僅CMT2就有30個(gè)以上不同的致病基因。也就是說(shuō)，腓骨肌萎縮癥幾十種不同的亞型，其致病基因各不相同，卻能導(dǎo)致相似的臨床表現(xiàn)，醫(yī)學(xué)上這一現(xiàn)象被稱為“遺傳異質(zhì)性”。由于這些不同的致病蛋白在細(xì)胞中的定位和功能各異，相關(guān)治療藥物的開(kāi)發(fā)面臨著極大挑戰(zhàn)，而如果找到共性的發(fā)病機(jī)制，就有可能實(shí)現(xiàn)利用一種藥物對(duì)多種亞型的CMT進(jìn)行治療。

在這項(xiàng)研究中，研究人員進(jìn)一步對(duì)25種CMT相關(guān)突變蛋白進(jìn)行了考察。他們發(fā)現(xiàn)，在受到環(huán)境壓力的情況下，14種突變蛋白會(huì)被招募到應(yīng)激顆粒中，其中有12種蛋白與G3BP的相互作用發(fā)生了改變，導(dǎo)致應(yīng)激顆粒的功能受損?！霸诃h(huán)境刺激下進(jìn)入應(yīng)激顆粒，可能是不同突變蛋白存在的一個(gè)共性特征?！毖芯咳藛T之一、博士后崔琴琴說(shuō)，“突變蛋白進(jìn)入應(yīng)激顆粒后可能以多種方式影響應(yīng)激顆粒的功能。”

白戈表示，這種共性機(jī)制的揭示對(duì)于CMT的廣譜治療藥物開(kāi)發(fā)起了推進(jìn)作用?！敖酉聛?lái)我們會(huì)測(cè)試一些靶向應(yīng)激顆粒的小分子，干擾突變蛋白對(duì)應(yīng)激顆粒的負(fù)面影響，挽救CMT2小鼠內(nèi)異常的應(yīng)激顆粒的影響，找到靶向應(yīng)激顆粒的CMT治療藥物?！卑赘暾f(shuō)。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.12.046