生命的活力有賴于健全的防御機制，小小細(xì)胞也是一樣。防御機制一旦出現(xiàn)差錯，細(xì)胞就會變得脆弱甚至導(dǎo)致疾病。  

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院腦科學(xué)與腦醫(yī)學(xué)學(xué)院白戈研究員課題組與中國科學(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開展合作研究，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。  

該研究進一步揭示了應(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制,。這為針對這類神經(jīng)罕見病的廣譜治療藥物開發(fā)提供了理論基礎(chǔ),，也為其他神經(jīng)退行性疾病的機制研究提供了新思路。  

1,、應(yīng)激顆粒的作用不容小覷  

細(xì)胞的一生常常會面臨各種應(yīng)激,。當(dāng)危險來臨，細(xì)胞會暫停胞漿內(nèi)的蛋白翻譯,，將未翻譯的信使核糖核酸（mRNA）和部分蛋白“打包壓縮”成一個個小顆粒保護起來,。  

這些尺寸在0.1至2微米左右的球狀小液滴被稱為應(yīng)激顆粒（SG），它們像太陽系的行星一樣環(huán)繞在細(xì)胞核周圍,。此時細(xì)胞會將大量的“人員”轉(zhuǎn)移到安全的地方,。待到危機解除，應(yīng)激顆粒則會發(fā)生“解壓縮”而功成身退,，幫助細(xì)胞恢復(fù)正常運轉(zhuǎn),。  

“應(yīng)激顆粒可以有效避免應(yīng)激狀態(tài)下蛋白的錯誤翻譯,，組織利用細(xì)胞中的各種信號分子和能量資源,，使細(xì)胞更好應(yīng)對環(huán)境中的不良刺激，提高細(xì)胞存活率,。”論文共同通訊作者白戈介紹,，作為細(xì)胞內(nèi)一個重要的防御機制,，應(yīng)激顆粒的作用不容小覷,。  

研究表明，疾病蛋白在應(yīng)激顆粒中聚集并產(chǎn)生蛋白沉淀是導(dǎo)致漸凍癥,、阿爾茨海默病等多種神經(jīng)退行性疾病的一個重要機制,。  

白戈平時關(guān)注一類名為腓骨肌萎縮癥的遺傳性周圍神經(jīng)病?；颊咄ǔ那嗌倌觌A段開始發(fā)病,，表現(xiàn)為四肢遠(yuǎn)端進行性肌無力和肌萎縮并伴有感覺障礙?！鞍韫羌∥s癥在內(nèi)的一部分神經(jīng)系統(tǒng)疾病中并沒有發(fā)現(xiàn)病理性蛋白沉淀,。”這讓白戈感到疑惑,，“這些細(xì)胞的應(yīng)激顆粒是否存在異常呢,？”  

之前發(fā)表的一項研究為白戈提供了重要線索。相關(guān)功能性研究表明,，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)敲除G3BP蛋白后,，面臨不良環(huán)境刺激時細(xì)胞無法形成應(yīng)激顆粒，增加了細(xì)胞的死亡率,。  

2,、“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”，作為核心組分組裝形成應(yīng)激顆粒,，眾多蛋白和核糖核酸（RNA）與之“抱團”,，形成一個復(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,，星星點點的蛋白“抱團”成液滴樣的應(yīng)激顆粒。  

“當(dāng)致病蛋白出現(xiàn)在這張網(wǎng)絡(luò)中,，應(yīng)激顆粒會發(fā)生什么變化,？”白戈說，他們以2D型腓骨肌萎縮癥（CMT2D）中的突變蛋白GlyRS為切入點,，探索應(yīng)激顆粒內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的變化,。  

通過實驗，白戈課題組發(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,，擾亂以G3BP為中心的應(yīng)激顆粒網(wǎng)絡(luò),。進一步研究顯示,，突變的GlyRS蛋白導(dǎo)致應(yīng)激顆粒網(wǎng)絡(luò)互作強度增加，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影響應(yīng)激顆粒組裝-解聚的動態(tài)變化,，卻會顯著干擾以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),。”白戈說,，應(yīng)激顆粒受損會導(dǎo)致運動神經(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,，遺傳突變會導(dǎo)致GlyRS蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變,，開放出新的結(jié)構(gòu)域，使其獲得了異常的蛋白結(jié)合活性,。這個開放結(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，使顆粒更加致密,。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動缺陷。  

3,、發(fā)現(xiàn)“隱蔽”共性機制復(fù)雜材料  

白戈課題組的研究揭示了腓骨肌萎縮癥中,，一個基因突變?nèi)绾我饝?yīng)激顆粒的功能受損，進而導(dǎo)致疾病發(fā)生的分子機制,。這是一個極為“隱蔽”的機制,。因為從表面上看，這些受損的應(yīng)激顆粒組裝-解聚的動態(tài)過程沒有異常,，也不產(chǎn)生病理性的蛋白沉淀,。病變機制隱藏在核心蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。遺傳突變導(dǎo)致突變蛋白與應(yīng)激顆粒核心蛋白形成了異常相互作用,，應(yīng)激顆粒的組分發(fā)生改變并形成致密顆粒,，最終導(dǎo)致了細(xì)胞抗壓機制的失靈。  

作為臨床上常見的周圍神經(jīng)遺傳病,，腓骨肌萎縮癥的發(fā)病率約為1/2500,。根據(jù)致病基因的不同，其可以分為幾十種不同的亞型,，目前僅CMT2一個亞型就有30個以上不同的致病基因,。也就是說，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”,。  

這些不同的致病蛋白在細(xì)胞中的定位和功能各異,，為相關(guān)治療藥物的開發(fā)帶來了極大挑戰(zhàn)。如果科學(xué)家能從中找到共性的發(fā)病機制,，就有可能實現(xiàn)利用一種藥物對多種亞型的腓骨肌萎縮癥進行治療,。  

在這項研究中，研究人員對25種腓骨肌萎縮癥相關(guān)突變蛋白進行了考察,。結(jié)果發(fā)現(xiàn),，在受到環(huán)境壓力的情況下，14種突變蛋白會被招募到應(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。  

“在環(huán)境刺激下進入應(yīng)激顆粒,，可能是不同突變蛋白存在的一個共性特征,。”論文共同第一作者崔琴琴說,，“突變蛋白進入應(yīng)激顆粒后,，可能以多種方式影響應(yīng)激顆粒的功能?！?nbsp; 

這種共性機制為針對多種亞型腓骨肌萎縮癥的廣譜治療藥物開發(fā)奠定了重要的理論基礎(chǔ),。