专家点评 Brain | 焉传祝/林鹏飞团队揭示肢带型肌营养不良分子机制及靶向干预研究进展

BioArtMED · 公众号 · · 2024-11-11 14:30

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点评 | 王朝霞（北京大学）、陈万金（福建医科大学）

肢带型肌营养不良R7型（LGMDR7，既往被称为LGMD2G）是一种致残性的遗传性肌肉疾病，致病基因为TCAP，患者主要表现为骨骼肌无力，病情呈进行性加重。TCAP编码肌纤维中的一个结构锚件——Telethonin（也称Titin-cap，缩写为TCAP），但该蛋白的缺失却引起了肌纤维中线粒体空间定位的异常，导致了骨骼肌的变性，目前尚无有效治疗手段。

近日，山东大学齐鲁医院焉传祝/林鹏飞团队在国际期刊Brain杂志在线发表题为AAV-based TCAP delivery rescues mitochondria dislocation in limb-girdle muscular dystrophy R7的研究论文。该研究揭示了TCAP基因缺陷致肌纤维内线粒体空间定位异常参与肢带型肌营养不良R7型（LGMDR7）发病的分子机制，并为LGMDR7提供了有前景的靶向基因治疗方案。

为探讨LGMDR7发病的分子机制及肌纤维内线粒体空间分布异常的机制并对该病的基因治疗进行探索，焉传祝/林鹏飞团队成功构建了LGMDR7的疾病小鼠模型并进行了相关的研究。研究结果揭示了TCAP蛋白在骨骼肌肌纤维中的新功能：它不仅维持了结蛋白单体及结蛋白中间丝的稳定性，还将结蛋白中间丝锚定在Z盘处，确保了线粒体在骨骼肌中正确的空间分布从而高效的给肌纤维供能（图1）。LGMDR7患者的TCAP表达完全缺失导致了结蛋白骨架的崩塌，进而引发了骨骼肌中线粒体空间分布的异常，表现为肌膜下线粒体的增多。这种线粒体空间分布的异常导致了线粒体能量代谢功能的异常。既往大多认为遗传性肌肉疾病结构蛋白突变导致的线粒体功能异常为非特异改变，但该团队的研究结果提示了结构蛋白突变可能通过影响线粒体在肌纤维的空间分布从而导致肌纤维出现能量代谢异常，未来可以作为一系列遗传性肌肉疾病研究干预的靶点。

图1 TCAP蛋白参与肌纤维内线粒体空间定位的分子机制示意图

此外，研究团队还进行了该病基因治疗策略的探索，构建了AAV-LUC-P2A-TCAP载体（AAV-TCAP）递送TCAP蛋白，并引入了荧光素酶（LUC）报告系统，以便在无创条件下监测小鼠体内目的基因表达情况。该研究采用了局部靶向肌肉注射的方式治疗LGMDR7小鼠，向模型小鼠骨骼肌中成功递送TCAP蛋白，并显著改善了其肌无力表型、肌肉病理损伤及线粒体空间分布异常的病理特征（图2）。AAV-TCAP药物局部注射仅在小鼠骨骼肌中富集，未在其他器官中发现分布，一次给药治疗效果至少可维持长达7个月，大大减少了AAV全身高剂量给药的免疫反应及毒副作用。本研究提示对于特定肌群受累的遗传性肌肉疾病，靶向局部注射给药可以作为一个可选择的治疗策略。

图2 LGMDR7小鼠模型基因治疗策略及表型评估

山东大学齐鲁医院神经内科焉传祝教授、林鹏飞副教授为本论文共同通讯作者，博士后吕晓晴为本论文第一作者。山东大学齐鲁医院神经内科及山东省罕见病线粒体医学重点实验室为本论文第一及通讯作者单位。

原文链接：https://doi.org/10.1093/brain/awae351

专家点评

王朝霞（北京大学第一医院）

该研究深入探讨了肢带型肌营养不良症R7型（LGMDR7）的分子机制，并提出了一种基因治疗的靶向干预策略，具有重要的科学意义和临床应用前景。通过构建LGMDR7小鼠模型，研究团队揭示了TCAP基因缺失导致线粒体空间定位异常的新机制，尤其是TCAP蛋白与骨骼肌细胞骨架蛋白结蛋白（desmin）之间的相互作用对骨骼肌细胞骨架稳定性的影响。研究表明，这一相互作用的破坏不仅影响了细胞骨架的结构完整性，还导致了线粒体功能的严重障碍，进而引发了肌肉病变。这一发现为LGMDR7的病理机制提供了全新的视角，拓展了我们对肢带型肌营养不良发病机制的理解，并为进一步研究和治疗提供了新的靶点。

除了基础机制的阐述，该研究还通过临床前研究验证了基因治疗在LGMDR7治疗中的潜力。研究团队利用AAV载体递送TCAP蛋白，成功改善了小鼠模型中的肌无力表型和线粒体定位异常。研究表明，TCAP蛋白的局部递送不仅显著改善了肌肉功能，还能够持续维持长达七个月的治疗效果。这一成果为基因治疗在LGMDR7中的应用提供了强有力的证据。值得一提的是，研究采用的靶向局部注射策略显示出较低的免疫反应，并未观察到明显的毒副作用。这表明，靶向局部注射的基因治疗不仅在疗效上具备优势，而且在安全性上也具有较高的可控性，从而为LGMDR7的临床治疗带来了新的希望。

该研究不仅为LGMDR7的病理机制提供了新的理论依据，还为未来基因治疗在遗传性肌肉疾病中的应用开辟了新的方向。此项研究无疑架起了基础研究与临床应用之间的重要桥梁，为未来治疗遗传性肌肉疾病的临床方案提供了坚实的理论基础和实践指导。

专家点评

陈万金（福建医科大学附属第一医院）

该研究团队不仅揭示了TCAP基因缺失导致线粒体空间定位异常的分子机制，还通过蛋白组学分析、酶活性检测等多种技术手段，系统地探讨了线粒体功能障碍在LGMDR7中的病理表现。研究者全面分析了TCAP基因缺失如何影响肌肉细胞的功能，尤其是对线粒体功能的损害。线粒体作为骨骼肌能量供应的中心，其功能障碍在多种肌肉疾病中扮演着至关重要的角色。研究团队详细阐述了TCAP与结蛋白（desmin）相互作用对骨骼肌细胞骨架稳定性的影响，并揭示了这一过程如何导致线粒体在细胞内空间定位的异常，进而破坏细胞的正常功能。这些发现为肢带型肌营养不良的分子机制提供了新的见解，也为未来治疗策略的开发提供了理论支持。

在治疗策略方面，研究团队采用了AAV载体递送TCAP基因进行干预。该研究表明，通过局部注射递送TCAP基因，能够有效地修复肌肉细胞的结构与功能，显著改善LGMDR7小鼠的病理表型。研究的成功不仅为LGMDR7的基因治疗提供了新的思路，还展示了基因治疗在肌肉疾病中的创新应用。与传统全身治疗方法相比，局部注射具有更高的靶向性和治疗效率，能够减少治疗过程中的副作用，特别是免疫反应和毒性风险。这一靶向治疗策略不仅提高了治疗效果的精确性，还为基因治疗在其他遗传性疾病中的应用提供了重要参考。

尽管该研究的重点是LGMDR7，但其揭示的分子机制和基因治疗策略具有广泛的应用潜力。TCAP与结蛋白之间的相互作用不仅限于LGMDR7，未来的研究可以进一步探索这一机制在其他肌肉疾病中的作用，尤其是在其他类型的肌营养不良症中的潜在影响。

总体而言，该研究在基础研究方面取得了重要进展，并为未来的临床应用奠定了坚实的基础。研究成果为LGMDR7的治疗带来了新的希望，同时为基因治疗在遗传性肌肉疾病中的广泛应用提供了宝贵的理论依据和实验数据。

制版人：十一