·浙大一項研究以封面論文的形式線上發表于《細胞》雜志。該研究進一步揭示了應激顆粒異常是導緻多種不同亞型腓骨肌萎縮症的共性機制，為針對這類神經罕見病的廣譜治療藥物開發提供了理論基礎，也為其他神經退行性疾病的機制研究提供了新的思路。
腓骨肌萎縮症（Charcot-Marie-Tooth，CMT），是一種常見周圍神經遺傳病，發病率約為1/2500，患者通常從青少年階段開始發病，表現為四肢遠端進行性肌無力和肌萎縮并伴有感覺障礙。一項研究發現了一種隐蔽的CMT緻病機制：一個基因突變引起應激顆粒（Stress Granule，簡稱SG）的功能受損，進而導緻CMT發生。
浙江大學醫學院腦科學與腦醫學學院白戈課題組與中國科學院分子細胞科學卓越創新中心李勁松院士課題組通過合作研究，發現導緻應激顆粒異常的一種關鍵分子機制：參與應激顆粒形成的核心蛋白被緻病蛋白“綁架”，應激顆粒的組分發生改變，其抗壓功能嚴重受損。該項研究還進一步揭示了應激顆粒異常是導緻多種不同亞型腓骨肌萎縮症的共性機制，為針對這類神經罕見病的廣譜治療藥物開發提供了理論基礎，也為其他神經退行性疾病的機制研究提供了新的思路。
論文截圖。圖檔來源：《細胞》雜志
2023年2月3日，這項題為《不同的CMT2神經病變與應激顆粒中異常的G3BP互相作用有關》（Diverse CMT2 Neuropathies are Linked to Aberrant G3BP Interactions in Stress Granules）的研究以封面論文的形式線上發表于《細胞》（Cell）雜志。論文審稿人評價，該論文的發現重要而新穎，将改變這個領域的思維方式。緻病突變蛋白的互作在環境應激下可以發生改變，這是一個很重要的概念，潛在可能與許多神經退行性疾病高度相關。
2月3日，白戈在接受澎湃科技采訪時表示，“接下來我們會測試一些靶向應激顆粒的小分子，幹擾突變蛋白對應激顆粒的負面影響，挽救CMT2小鼠内異常的應激顆粒的影響，找到靶向應激顆粒的CMT治療藥物。”
課題組設計的封面圖。當村寨（運動神經元，MN）面臨猛獸襲擊時（環境應激），村民（各種蛋白、RNA分子等）從四面八方趕來，唯村長（G3BP蛋白）馬首是瞻，迅速集結成隊伍（應激顆粒）以應對危機。此時，有一黑衣人（CMT緻病蛋白）也混入人群，趁亂襲擊了村長，破壞了村寨的防禦體系，導緻危機加劇。封面設計靈感來源于宋代名畫《清明上河圖》，裝裱部分取材于“現代神經科學之父”聖地亞哥·拉蒙·卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal）所繪制的脊髓圖譜中運動神經元所在區域。圖檔來源：浙江大學
發現應激顆粒的參與
白戈課題組一直緻力于找CMT2疾病遺傳異質性的共性機制。他們曾經發現，2D型腓骨肌萎縮症（CMT2D）緻病蛋白突變後蛋白構象發生改變，開放出新的結構域，使突變蛋白獲得了異常結合活性，異常結合神經纖毛蛋白-1（Nrp1），幹擾VEGF/Nrp1 信号通路，引起運動神經退行性病變。這項研究于2015年發表于《自然》（Nature）。“在我們試圖将這個機制擴充到其他亞型時，發現并不适用于大部分CMT2亞型。是以我們考慮應該有其他的機制存在。”白戈說。
2018年左右，白戈團隊在進行另一項研究時偶然發現很多應激顆粒的标志蛋白在CMT2細胞模型中出現異常。應激顆粒是細胞内一種介導應激反應的“小球”狀顆粒結構，尺寸在0.1-2微米左右，它們像太陽系的行星一樣環繞在細胞核周圍。當細胞面臨高溫、輻射、病毒感染、營養匮乏等應激（stress）時，細胞會暫停胞漿内的蛋白翻譯，将未翻譯的mRNA和部分蛋白“打包壓縮”成一個個應激顆粒保護起來。此時細胞就像進入戰時狀态的城市，暫停大部分生産線，并将大量的人員轉移到安全的地方。待到危機解除，應激顆粒則會發生“解壓縮”而功成身退，幫助細胞恢複正常運轉。
應激顆粒（黃色）像太陽系的行星一樣環繞在細胞核（藍色）周圍。圖檔來源：浙江大學
在當時，已有一些研究發現應激顆粒在一些神經退行性疾病中發揮作用，其功能主要是與肌萎縮側索硬化（ALS）相關疾病中蛋白沉澱的形成相關。而CMT2是不産生蛋白沉澱的周圍神經病，應激顆粒是否參與到CMT2疾病中尚未有研究。
應激顆粒的異常是如何發生的？2020年，一項發表于《細胞》（Cell）雜志的研究提供了重要線索。西湖大學楊培國研究員描繪了應激顆粒形成過程中的核心蛋白網絡，并指出其中最為重要的是一種叫做G3BP的蛋白。相關功能性研究表明，當細胞内敲除G3BP後，面臨不良環境刺激時，細胞無法形成應激顆粒，增加了細胞的死亡率。
“綁架”核心蛋白
在正常情況下，G3BP蛋白均勻分布于細胞質中，而在應激情況下，G3BP蛋白“臨危受命”，作為核心組分組裝應激顆粒形成，衆多蛋白和RNA與之“抱團”，形成一個複雜的蛋白-RNA互動網。在顯微鏡下，可以看到細胞内部的物質發生了“液-液相分離”現象，星星點點的蛋白“抱團”成液滴樣的應激顆粒。
運動神經元中的應激顆粒。在應激情況下，原本彌散分布在細胞質中的G3BP蛋白迅速組裝形成應激顆粒（如箭頭所示綠色顆粒狀結構），與此同時CMT2D緻病蛋白GlyRS也被招募至其中（如箭頭所示紅色顆粒狀結構）。藍色部分為DAPI标記的細胞核。圖檔來源：浙江大學
當緻病蛋白出現在這張網絡中，應激顆粒會産生什麼變化？為解決這一問題，白戈團隊以CMT2D中的突變蛋白GlyRS為切入點，去探索應激顆粒内部網絡的變化。他們發現，在應激狀态下，野生型和突變型GlyRS蛋白都能夠進入應激顆粒中；但隻有突變型GlyRS蛋白能夠與G3BP發生異常的互相作用，擾亂了以G3BP為中心的應激顆粒網絡。進一步研究顯示，突變的GlyRS蛋白導緻了應激顆粒網絡互作強度的增加，形成了結構更為緻密的顆粒。
“GlyRS突變蛋白與G3BP的異常互相作用不會影響應激顆粒組裝-解聚的動态變化，卻會顯著幹擾以G3BP為核心的應激顆粒蛋白網絡，導緻大量非應激顆粒組分異常滞留在應激顆粒中，進而擾亂了細胞正常的應激反應。”白戈說，應激顆粒受損會導緻運動神經元抵禦外界不良環境刺激的能力明顯下降，更易發生軸突退變。
研究人員指出，遺傳突變會導緻GlyRS蛋白質構象發生改變，開放出新的結構域，使其獲得了異常的蛋白結合活性。這個開放結構域的存在，導緻突變後的GlyRS蛋白更容易和G3BP發生異常結合，導緻顆粒更加緻密。在腓骨肌萎縮症小鼠模型中，破壞這種異常的互相作用可以挽救應激顆粒異常并緩解小鼠的運動缺陷。
揭秘共性發病機制
根據緻病基因的不同，CMT可以分為幾十種不同的亞型，目前僅CMT2就有30個以上不同的緻病基因。也就是說，腓骨肌萎縮症幾十種不同的亞型，其緻病基因各不相同，卻能導緻相似的臨床表現，醫學上這一現象被稱為“遺傳異質性”。由于這些不同的緻病蛋白在細胞中的定位和功能各異，相關治療藥物的開發面臨着極大挑戰，而如果找到共性的發病機制，就有可能實作利用一種藥物對多種亞型的CMT進行治療。
在這項研究中，研究人員進一步對25種CMT相關突變蛋白進行了考察。他們發現，在受到環境壓力的情況下，14種突變蛋白會被招募到應激顆粒中，其中有12種蛋白與G3BP的互相作用發生了改變，導緻應激顆粒的功能受損。“在環境刺激下進入應激顆粒，可能是不同突變蛋白存在的一個共性特征。”研究人員之一、博士後崔琴琴說，“突變蛋白進入應激顆粒後可能以多種方式影響應激顆粒的功能。”
白戈表示，這種共性機制的揭示對于CMT的廣譜治療藥物開發起了推進作用。“接下來我們會測試一些靶向應激顆粒的小分子，幹擾突變蛋白對應激顆粒的負面影響，挽救CMT2小鼠内異常的應激顆粒的影響，找到靶向應激顆粒的CMT治療藥物。”白戈說。
論文連結：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.12.046