亂入的RNA 不能停下的“舞步”

 大腦中錯(cuò)放的RNA，會(huì)破壞神經(jīng)元，讓人們無法控制行動(dòng)，甚至出現(xiàn)亨廷頓舞蹈病。

美國麻省理工學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，亨廷頓舞蹈病患者神經(jīng)元死亡的重要原因，可能是對(duì)線粒體非正常釋放的遺傳物質(zhì)的免疫反應(yīng)。線粒體是提供能量的細(xì)胞成分。

這項(xiàng)研究全面跟蹤了不同類型的腦細(xì)胞，如何應(yīng)對(duì)導(dǎo)致亨廷頓舞蹈病的突變。研究人員測量了在疾病發(fā)展不同階段的不同細(xì)胞類型中，亨廷頓舞蹈病死亡患者的大腦樣本與正常人的RNA差異，以及經(jīng)過不同程度基因突變改造的小鼠的RNA水平。

“線粒體釋放的這些RNA看上去就像病毒RNA，這引發(fā)了先天免疫，并可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡?！痹撗芯客ㄓ嵶髡?、美國麻省理工學(xué)院大腦與認(rèn)知科學(xué)系副教授Myriam Heiman說，“我們相信這是觸發(fā)炎癥信號(hào)通路的一部分?！?
危害從發(fā)育開始

亨廷頓舞蹈病是一種染色體顯性遺傳所導(dǎo)致的腦部退化疾病，能無情地奪走受害者對(duì)運(yùn)動(dòng)和思想的控制能力。患者會(huì)出現(xiàn)顫搐等舞蹈癥狀，最終可能過早死亡。在全球范圍內(nèi)，每10萬人中有3到10人受該疾病影響，目前沒有治療方法。

該疾病是以美國內(nèi)科醫(yī)生喬治·亨廷頓的名字命名的，他在1872年描述了這種疾病。100多年來，科學(xué)家一直在探索這種疾病。1993年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)引起亨廷頓舞蹈病的基因突變位于4號(hào)染色體短臂的頂端附近。但沒有人知道突變亨廷頓蛋白（mHTT）是如何破壞神經(jīng)元的。

甚至亨廷頓舞蹈病是一種晚期表現(xiàn)的神經(jīng)退行性疾病，但小鼠研究和癥狀前突變攜帶者的神經(jīng)影像學(xué)研究均表明，亨廷頓舞蹈病可能會(huì)影響神經(jīng)發(fā)育。

7月16日刊登于《科學(xué)》的這項(xiàng)研究指出，人類胎兒（妊娠13周）攜帶亨廷頓舞蹈病突變的組織，在發(fā)育皮質(zhì)中顯示出明顯的異常，包括突變的亨廷頓蛋白和連接復(fù)合蛋白的定位錯(cuò)誤、神經(jīng)祖細(xì)胞極性和分化的缺陷、異常的纖毛發(fā)生以及有絲分裂和細(xì)胞周期進(jìn)程的改變。

因此研究人員表示，亨廷頓舞蹈病對(duì)神經(jīng)發(fā)育有影響，而不僅僅是一種退行性疾病。

但是，“由于突變蛋白的功能和引起疾病的相關(guān)機(jī)制仍然未知，因此無法利用傳統(tǒng)方法針對(duì)其病理功能篩選阻斷劑?！睆?fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)神經(jīng)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員魯伯塤表示。

線粒體“事故”

為了geng好地探究亨廷頓舞蹈病的秘密，Heiman研究組采用了兩種不同的篩選技術(shù)，TRAP能用于小鼠模型，而單核RNA測序可用于小鼠和人。

結(jié)果令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，線粒體中的RNA被錯(cuò)放在了被稱為刺突投射神經(jīng)元（SPN）的腦細(xì)胞中，從而破壞了這些神經(jīng)元，導(dǎo)致了致命的神經(jīng)癥狀。研究人員觀察到，這些游離的RNA在細(xì)胞中看起來與從細(xì)胞核中提取的RNA不同，引發(fā)了有問題的免疫反應(yīng)。

而且，他們不僅發(fā)現(xiàn)了線粒體RNA 的存在，而且還顯示了氧化磷酸化過程的基因表達(dá)缺失，氧化磷酸化過程是需要燃料的神經(jīng)元產(chǎn)生能量的過程。

之前，小鼠實(shí)驗(yàn)表明，這種氧化磷酸化的下調(diào)和線粒體RNA釋放的增加，都發(fā)生在亨廷頓舞蹈病的早期，在大多數(shù)其他基因表達(dá)差異顯現(xiàn)之前。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)一種被稱為PKR的免疫系統(tǒng)蛋白表達(dá)增加，該蛋白被證明是釋放線粒體RNA的傳感器。事實(shí)上，研究小組發(fā)現(xiàn)，PKR不僅在神經(jīng)元中升高，而且被激活并與線粒體RNA結(jié)合。

Heiman說，新發(fā)現(xiàn)似乎與一些臨床癥狀相一致。例如，亨廷頓舞蹈病會(huì)導(dǎo)致大腦紋狀體區(qū)域的損傷；在Aicardi-Goutières 綜合征中，由于先天免疫反應(yīng)失調(diào)，同樣的大腦區(qū)域可能會(huì)受損；患有硫胺素缺乏癥的兒童會(huì)出現(xiàn)線粒體功能障礙，研究表明其小鼠模型也表現(xiàn)出PKR激活。

“該論文最大的亮點(diǎn)是組學(xué)部分，應(yīng)該是第一篇用單細(xì)胞（單核）測序以及TRAP（測量正在被翻譯的mRNA）的組學(xué)研究。”

對(duì)臨床可能有借鑒

Heiman表示，他們還發(fā)現(xiàn)了基因表達(dá)上的重大差異，包括與重要神經(jīng)功能有關(guān)的差異，如突觸回路連接和生物鐘功能。

此外，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元中這些基因轉(zhuǎn)錄改變的主要調(diào)節(jié)因子可能是視黃酸受體b轉(zhuǎn)錄因子。“這可能是一個(gè)對(duì)臨床有用的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)橛兴幬锟梢约せ頡arb?！盚eiman告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“如果能夠抑制轉(zhuǎn)錄失調(diào)，我們就能夠改變疾病的結(jié)果。但這是一個(gè)需要驗(yàn)證的重要假設(shè)。”

另一方面，研究人員在人腦樣本神經(jīng)元中看到的許多基因表達(dá)差異，與他們?cè)谛∈笊窠?jīng)元中看到的變化非常吻合，這進(jìn)一步保證了小鼠模型對(duì)研究這種疾病有用。這個(gè)問題一直困擾著這個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)樾∈笸ǔ２粫?huì)像人那樣出現(xiàn)那么多的神經(jīng)元死亡。

“我們看到的是，實(shí)際上小鼠模型很好地再現(xiàn)了發(fā)生在人類亨廷頓舞蹈病期神經(jīng)元的基因表達(dá)變化。但其他一些非神經(jīng)元的細(xì)胞類型在人類疾病和小鼠模型之間并沒有表現(xiàn)出那么多的保守性，我們相信這些信息將有助于其他研究者開展未來研究。”Heiman說。

實(shí)際上，除了小鼠模型，豬也在為該領(lǐng)域研究“出力”。2018年，研究人員首次利用基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9和體細(xì)胞核移植技術(shù)，成功培育出世界首例亨廷頓舞蹈病基因敲入豬，能精準(zhǔn)地模擬出人類神經(jīng)退行性疾病。

此外，2019年魯伯塤團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性地提出基于自噬小體綁定化合物的藥物研發(fā)原創(chuàng)概念，并巧妙地通過基于化合物芯片和前沿光學(xué)方法的篩選，發(fā)現(xiàn)了特異性降低亨廷頓舞蹈病致病蛋白的小分子化合物，有望為臨床治療帶來新曙光。