《SCIENCE ADVANCES》：Niemann Pick C1 mistargeting disrupts lysosomal cholesterol homeostasis contributing to neurodegeneration in a Batten disease model
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神經退行性變是多數溶酶體貯積癥（LSDs）的嚴重表現，CLN1 疾病由CLN1基因突變導致，但其致病機制不明。研究人員開展了關于 CLN1 疾病致病機制的研究，發現 NPC1 蛋白錯向運輸致溶酶體膽固醇失衡，抑制 mTORC1 可改善病情，為該病治療提供方向。
在生命的微觀世界里，溶酶體一直以來都被視作細胞內物質消化的 “終點站”。然而，近年來越來越多的研究表明，溶酶體的功能遠不止于此，它還是細胞基礎代謝過程的重要調控者。一旦溶酶體出現功能障礙，就可能引發一系列被稱為溶酶體貯積癥（LSDs）的遺傳性代謝疾病。在眾多 LSDs 中，神經元蠟樣脂褐質沉積癥（NCLs，俗稱 Batten 病 ）最為常見，其中 CLN1 疾�。ㄔ环Q為嬰兒型神經元蠟樣脂褐質沉積癥 ）又是最具破壞性的神經退行性疾病之一�；加� CLN1 疾病的兒童出生時看似正常，但在 6 到 18 個月大時，就會出現精神運動發育遲緩的癥狀；2 歲時，大腦磁共振成像顯示皮質嚴重萎縮，隨后還會出現癲癇發作和失明；大約 4 歲時，腦電圖呈等電位，患者進入植物人狀態，幾年后最終死亡。
盡管科學家們早已發現CLN1基因編碼的棕櫚酰蛋白硫酯酶 - 1（PPT1）失活突變是導致 CLN1 疾病的原因，但在長達二十多年的時間里，這種疾病的致病機制卻始終成謎。為了揭開這一神秘面紗，來自國外研究機構的研究人員開展了一系列深入研究，相關成果發表在《SCIENCE ADVANCES》上。
研究人員主要運用了動物實驗、細胞實驗、免疫印跡分析、共聚焦成像等技術方法。他們以 * Cln1?/?* 小鼠為動物模型（該小鼠是人類 CLN1 疾病可靠的動物模型 ），同時使用患者的成纖維細胞和永生化淋巴細胞等細胞樣本進行實驗。通過免疫印跡分析來檢測蛋白水平，利用共聚焦成像觀察細胞內蛋白的定位和共定位情況。
研究結果如下：
- 膽固醇水平變化：研究人員測定了不同年齡段 * Cln1?/?* 小鼠和野生型（WT）小鼠的總皮質勻漿及純化溶酶體組分中的膽固醇水平。結果發現，*Cln1?/?* 小鼠在各個年齡段，其總皮質勻漿和溶酶體組分中的膽固醇水平均顯著高于 WT 小鼠。這一結果通過共聚焦成像觀察分離的神經元也得到了進一步證實。
- mTORC1 通路激活：由于溶酶體膽固醇的運輸與 mTORC1 通路相關，且已有研究表明 mTORC1 的過度激活會抑制自噬，而自噬失調與多種神經退行性疾病有關。研究人員檢測了 * Cln1?/?小鼠大腦中 mTORC1 通路的激活狀態，發現其關鍵底物磷酸化 S6 激酶 1（pS6K1）和磷酸化 4E 結合蛋白 1（p4E - BP1）等的水平顯著高于 WT 小鼠，這表明在Cln1?/?* 小鼠中，高濃度的溶酶體膽固醇可能激活了 mTORC1 信號通路。
- NPC1 蛋白異常：Niemann - Pick C1（NPC1）蛋白和 NPC2 蛋白分別介導溶酶體膽固醇的流出和輸入，共同維持膽固醇穩態。研究人員發現，*Cln1?/?小鼠總皮質勻漿中 NPC1 和 NPC2 蛋白水平均顯著高于 WT 小鼠，但在純化溶酶體組分中，NPC1 蛋白水平卻顯著降低，且在質膜組分中 NPC1 蛋白水平升高。通過共聚焦成像、流式細胞術和鄰近連接分析（PLA）等實驗進一步證實，在Cln1?/?* 小鼠中，NPC1 蛋白發生了錯誤定位，從正常的溶酶體膜轉移到了質膜。
- NPC1 蛋白 S - 棕櫚�；饔�：研究人員通過生物信息學分析預測 NPC1 蛋白的 S - 棕櫚�；稽c，并通過實驗證實 NPC1 蛋白在半胱氨酸 97（Cys97）位點發生 S - 棕櫚�；�，而 NPC2 蛋白不發生 S - 棕櫚�；�。進一步研究表明，在 * Cln1?/?* 小鼠中，PPT1 的缺乏會損害 NPC1 蛋白的去棕櫚�；^程，影響其從早期內體向晚期內體 / 溶酶體的運輸，導致 NPC1 蛋白錯誤地進入回收內體并最終被轉運到質膜。
- OSBP 水平影響：研究發現，*Cln1?/?小鼠溶酶體組分中氧化甾醇結合蛋白（OSBP）水平顯著升高，同時與膽固醇運輸相關的 VAPA 和 VAPB 蛋白水平也升高。這使得溶酶體膜上的膽固醇積累增加，促進了膽固醇介導的 mTORC1 激活。通過藥物抑制 OSBP，可以抑制 mTORC1 的激活，挽救自噬，并改善Cln1?/?* 小鼠的神經病理學癥狀。
- TPC2 的作用：研究人員檢測了 Ca++ 可滲透的雙孔通道 2（TPC2）在 CLN1 疾病中的作用，發現 WT 小鼠和 * Cln1?/?* 小鼠以及對照和 CLN1 疾病患者的成纖維細胞中，TPC2 的 mRNA 和蛋白水平均無顯著差異。使用 TPC2 激動劑處理 CLN1 疾病患者的成纖維細胞后，溶酶體膽固醇水平和 mTORC1 激活標記物水平也未發生顯著變化，表明 TPC2 的失活可能與 CLN1 疾病的發病機制無關。
研究結論和討論部分指出，本研究揭示了 CLN1 疾病中 NPC1 蛋白的錯誤定位與溶酶體膽固醇穩態失調之間的關系。在 * Cln1?/?* 小鼠中，PPT1 的缺乏導致 NPC1 蛋白錯誤地定位于質膜，影響了溶酶體膽固醇的流出，同時 NPC2 蛋白的輸入正常，最終導致溶酶體膽固醇積累。這種膽固醇積累與 OSBP 水平升高共同作用，激活了 mTORC1 信號通路，抑制了自噬，從而導致神經退行性變。此外，研究還發現，CLN1 疾病與 NPC 疾病在致病機制上存在相似之處，兩者都涉及 NPC1 基因功能的受損和 mTORC1 的過度激活。本研究通過對 CLN1 疾病這一罕見單基因神經退行性 LSDs 致病機制的深入探究，為理解更常見的神經退行性疾病的發病機制提供了新的視角，也為開發針對 CLN1 疾病的治療策略奠定了基礎。未來進一步的研究有望基于這些發現，開發出全新的治療方法，為那些深受 CLN1 疾病困擾的患者帶來希望。
