·浙大一项研究以封面论文的形式在线发表于《细胞》杂志。该研究进一步揭示了应激颗粒异常是导致多种不同亚型腓骨肌萎缩症的共性机制，为针对这类神经罕见病的广谱治疗药物开发提供了理论基础，也为其他神经退行性疾病的机制研究提供了新的思路。
腓骨肌萎缩症（Charcot-Marie-Tooth，CMT），是一种常见周围神经遗传病，发病率约为1/2500，患者通常从青少年阶段开始发病，表现为四肢远端进行性肌无力和肌萎缩并伴有感觉障碍。一项研究发现了一种隐蔽的CMT致病机制：一个基因突变引起应激颗粒（Stress Granule，简称SG）的功能受损，进而导致CMT发生。
浙江大学医学院脑科学与脑医学学院白戈课题组与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心李劲松院士课题组通过合作研究，发现导致应激颗粒异常的一种关键分子机制：参与应激颗粒形成的核心蛋白被致病蛋白“绑架”，应激颗粒的组分发生改变，其抗压功能严重受损。该项研究还进一步揭示了应激颗粒异常是导致多种不同亚型腓骨肌萎缩症的共性机制，为针对这类神经罕见病的广谱治疗药物开发提供了理论基础，也为其他神经退行性疾病的机制研究提供了新的思路。
论文截图。图片来源：《细胞》杂志
2023年2月3日，这项题为《不同的CMT2神经病变与应激颗粒中异常的G3BP相互作用有关》（Diverse CMT2 Neuropathies are Linked to Aberrant G3BP Interactions in Stress Granules）的研究以封面论文的形式在线发表于《细胞》（Cell）杂志。论文审稿人评价，该论文的发现重要而新颖，将改变这个领域的思维方式。致病突变蛋白的互作在环境应激下可以发生改变，这是一个很重要的概念，潜在可能与许多神经退行性疾病高度相关。
2月3日，白戈在接受澎湃科技采访时表示，“接下来我们会测试一些靶向应激颗粒的小分子，干扰突变蛋白对应激颗粒的负面影响，挽救CMT2小鼠内异常的应激颗粒的影响，找到靶向应激颗粒的CMT治疗药物。”
课题组设计的封面图。当村寨（运动神经元，MN）面临猛兽袭击时（环境应激），村民（各种蛋白、RNA分子等）从四面八方赶来，唯村长（G3BP蛋白）马首是瞻，迅速集结成队伍（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，趁乱袭击了村长，破坏了村寨的防御体系，导致危机加剧。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。图片来源：浙江大学
发现应激颗粒的参与
白戈课题组一直致力于找CMT2疾病遗传异质性的共性机制。他们曾经发现，2D型腓骨肌萎缩症（CMT2D）致病蛋白突变后蛋白构象发生改变，开放出新的结构域，使突变蛋白获得了异常结合活性，异常结合神经纤毛蛋白-1（Nrp1），干扰VEGF/Nrp1 信号通路，引起运动神经退行性病变。这项研究于2015年发表于《自然》（Nature）。“在我们试图将这个机制扩展到其他亚型时，发现并不适用于大部分CMT2亚型。所以我们考虑应该有其他的机制存在。”白戈说。
2018年左右，白戈团队在进行另一项研究时偶然发现很多应激颗粒的标志蛋白在CMT2细胞模型中出现异常。应激颗粒是细胞内一种介导应激反应的“小球”状颗粒结构，尺寸在0.1-2微米左右，它们像太阳系的行星一样环绕在细胞核周围。当细胞面临高温、辐射、病毒感染、营养匮乏等应激（stress）时，细胞会暂停胞浆内的蛋白翻译，将未翻译的mRNA和部分蛋白“打包压缩”成一个个应激颗粒保护起来。此时细胞就像进入战时状态的城市，暂停大部分生产线，并将大量的人员转移到安全的地方。待到危机解除，应激颗粒则会发生“解压缩”而功成身退，帮助细胞恢复正常运转。
应激颗粒（黄色）像太阳系的行星一样环绕在细胞核（蓝色）周围。图片来源：浙江大学
在当时，已有一些研究发现应激颗粒在一些神经退行性疾病中发挥作用，其功能主要是与肌萎缩侧索硬化（ALS）相关疾病中蛋白沉淀的形成相关。而CMT2是不产生蛋白沉淀的周围神经病，应激颗粒是否参与到CMT2疾病中尚未有研究。
应激颗粒的异常是如何发生的？2020年，一项发表于《细胞》（Cell）杂志的研究提供了重要线索。西湖大学杨培国研究员描绘了应激颗粒形成过程中的核心蛋白网络，并指出其中最为重要的是一种叫做G3BP的蛋白。相关功能性研究表明，当细胞内敲除G3BP后，面临不良环境刺激时，细胞无法形成应激颗粒，增加了细胞的死亡率。
“绑架”核心蛋白
在正常情况下，G3BP蛋白均匀分布于细胞质中，而在应激情况下，G3BP蛋白“临危受命”，作为核心组分组装应激颗粒形成，众多蛋白和RNA与之“抱团”，形成一个复杂的蛋白-RNA交互网。在显微镜下，可以看到细胞内部的物质发生了“液-液相分离”现象，星星点点的蛋白“抱团”成液滴样的应激颗粒。
运动神经元中的应激颗粒。在应激情况下，原本弥散分布在细胞质中的G3BP蛋白迅速组装形成应激颗粒（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。图片来源：浙江大学
当致病蛋白出现在这张网络中，应激颗粒会产生什么变化？为解决这一问题，白戈团队以CMT2D中的突变蛋白GlyRS为切入点，去探索应激颗粒内部网络的变化。他们发现，在应激状态下，野生型和突变型GlyRS蛋白都能够进入应激颗粒中；但只有突变型GlyRS蛋白能够与G3BP发生异常的相互作用，扰乱了以G3BP为中心的应激颗粒网络。进一步研究显示，突变的GlyRS蛋白导致了应激颗粒网络互作强度的增加，形成了结构更为致密的颗粒。
“GlyRS突变蛋白与G3BP的异常相互作用不会影响应激颗粒组装-解聚的动态变化，却会显著干扰以G3BP为核心的应激颗粒蛋白网络，导致大量非应激颗粒组分异常滞留在应激颗粒中，从而扰乱了细胞正常的应激反应。”白戈说，应激颗粒受损会导致运动神经元抵御外界不良环境刺激的能力明显下降，更易发生轴突退变。
研究人员指出，遗传突变会导致GlyRS蛋白质构象发生改变，开放出新的结构域，使其获得了异常的蛋白结合活性。这个开放结构域的存在，导致突变后的GlyRS蛋白更容易和G3BP发生异常结合，导致颗粒更加致密。在腓骨肌萎缩症小鼠模型中，破坏这种异常的相互作用可以挽救应激颗粒异常并缓解小鼠的运动缺陷。
揭秘共性发病机制
根据致病基因的不同，CMT可以分为几十种不同的亚型，目前仅CMT2就有30个以上不同的致病基因。也就是说，腓骨肌萎缩症几十种不同的亚型，其致病基因各不相同，却能导致相似的临床表现，医学上这一现象被称为“遗传异质性”。由于这些不同的致病蛋白在细胞中的定位和功能各异，相关治疗药物的开发面临着极大挑战，而如果找到共性的发病机制，就有可能实现利用一种药物对多种亚型的CMT进行治疗。
在这项研究中，研究人员进一步对25种CMT相关突变蛋白进行了考察。他们发现，在受到环境压力的情况下，14种突变蛋白会被招募到应激颗粒中，其中有12种蛋白与G3BP的相互作用发生了改变，导致应激颗粒的功能受损。“在环境刺激下进入应激颗粒，可能是不同突变蛋白存在的一个共性特征。”研究人员之一、博士后崔琴琴说，“突变蛋白进入应激颗粒后可能以多种方式影响应激颗粒的功能。”
白戈表示，这种共性机制的揭示对于CMT的广谱治疗药物开发起了推进作用。“接下来我们会测试一些靶向应激颗粒的小分子，干扰突变蛋白对应激颗粒的负面影响，挽救CMT2小鼠内异常的应激颗粒的影响，找到靶向应激颗粒的CMT治疗药物。”白戈说。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.12.046
