Cell | 破解亨廷顿舞蹈症：基因“修复工”如何改写神经命运的剧本

生物探索

2025-02-13 08:00发布于江苏科学领域创作者

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1.亨廷顿舞蹈症是一种神经退行性疾病，由CAG三核苷酸重复引发，患者运动能力和认知功能逐渐丧失。

2.研究发现，错配修复基因在HD患者中扮演关键角色，推动CAG重复序列的体细胞扩增。

3.小鼠实验显示，纹状体中型多棘神经元中的CAG重复超过150次时，会触发突变的亨廷顿蛋白的核内聚集。

4.由于此，研究团队建立了"体细胞扩增动力学模型"，为类似疾病提供全新的共性治疗策略。

5.未来，通过精准靶向、动态监测扩增进程和时序干预等治疗方法，有望改写亨廷顿舞蹈症的治疗范式。

以上内容由腾讯混元大模型生成，仅供参考

引言

在人类基因组的浩瀚密码中,一段名为"Huntingtin(HTT)"的基因序列暗藏杀机。当这个基因上出现过多CAG三核苷酸重复时,就会引发被称为"亨廷顿舞蹈症(Huntington's disease,HD)"的神经退行性疾病。患者从肢体不受控制地舞动开始,逐渐丧失运动能力、认知功能,最终走向生命的终点。2月11日Cell的研究报道“Distinct mismatch-repair complex genes set neuronal CAG-repeat expansion rate to drive selective pathogenesis in HD mice”，揭开了惊人发现：原本担任基因"校对员"的错配修复基因，竟在这场神经死亡风暴中扮演关键角色。

基因纠错系统叛变：从守护者到加害者

(Mismatch Repair, MMR)
我们的细胞自带精密的基因纠错系统——错配修复机制(MMR)。就像印刷厂的质检员,MSH3、PMS1等基因组成的分子机器(MutSb-MutLb复合体)原本负责检测并修复DNA复制错误。但在HD患者中,这套系统出现了匪夷所思的"叛变":它们持续推动CAG重复序列的体细胞扩增,使得神经元中的CAG重复数从遗传的140次飙升至260次。

小鼠实验显示,纹状体中型多棘神经元(Medium Spiny Neurons, MSNs)中的CAG每月以8.8次的速度线性扩增。当敲除MSH3基因后,这个速度直接降至2.3次;若是彻底删除该基因,扩增完全停止。这解释了为何携带140次CAG重复的HD模型小鼠(Q140)在12月龄时会出现特征性的突变蛋白聚集,而基因改造小鼠却能保持神经健康。

临界点效应：150次重复改写细胞命运

(CAG repeat threshold)
研究团队通过单神经元CAG测序发现惊人规律:当MSN神经元中的CAG重复超过150次(threshold),就会触发突变的亨廷顿蛋白(mHTT)的核内聚集。这个临界点犹如打开潘多拉魔盒的钥匙,引发以下连锁反应:

转录组崩溃:涉及8,900多个基因的表达紊乱,包括突触功能相关基因下调30%
染色质解构:开放式染色质区域异常增加22%,影响PRC2复合体介导的表观调控
星形胶质细胞活化:纹状体区域GFAP阳性细胞数量增加2.5倍

时空双维打击：从纹状体到皮层的病变演进

(Spatiotemporal pathogenesis)
疾病进展展现精确的时空规律:运动调控中枢纹状体最早在6月龄出现病理改变,而认知相关的皮层病变要到12月龄才显现。这种差异与皮层神经元的CAG扩增速率(每月4.2次)显著慢于纹状体(每月8.8次)直接相关。更惊人的是,在疾病晚期的20月龄小鼠中,去除MSH3基因仍能清除90%的蛋白聚集体,逆转星形胶质细胞增生。

曙光初现：基因编辑改写治疗范式

(Therapeutic implications)
该研究为HD治疗指明三个突破方向:

精准靶向：针对MutSb-MutLb复合体的特异性抑制剂开发,相比广谱DNA修复调控更具安全性
动态监测：通过PET检测mHTT聚集体或脑脊液中的CX3CL1等生物标志物,建立150次重复的早期预警系统
时序干预：在青少年期进行基因治疗,阻止CAG扩增突破临界点

动物实验证实,MSH3基因敲除不仅逆转病理改变,更显著改善运动障碍:在测试中,治疗组小鼠的运动持续时间延长4倍,步态失调指数下降76%。这为即将进入临床试验的反义寡核苷酸(ASO)疗法提供了关键理论支撑。

治疗新纪元：亨廷顿的基因密码

(Beyond Huntington's)
这项突破性发现的影响已超越单一疾病范畴。在超过40种由三核苷酸重复扩展引发的神经退行性疾病中,如脊髓小脑共济失调3型(SCA3)和肌萎缩侧索硬化症(ALS),类似的DNA修复机制异常可能普遍存在。研究团队建立的"体细胞扩增动力学模型",为这类疾病提供了全新的共性治疗策略——通过调控特定修复基因的表达节奏,在细胞命运失控前重启生命密码的正确解读。

当我们凝视显微镜下那些因基因重复而扭曲的神经元,看到的不再是绝望的终点,而是科学利剑劈开的希望之路。从精准编辑致病基因到动态监测扩增进程,这场对抗神经退化的战役,正在改写现代医学的剧本。

参考文献

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00100-X

责编|探索君

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