10月28日，山东大学齐鲁医院焉传祝/林鹏飞团队在国际知名期刊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。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独立第一作者。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。
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。
肢带型肌营养不良R7型（Limb-girdle muscular dystrophy type R7，LGMDR7）是呈常染色体隐性遗传的一种肢带型肌营养不良，临床表现为青少年时期发病，初始症状为下肢近端肌肉受累，同时出现或者继发下肢远端肌无力，随着年龄的增长逐渐丧失行走能力，尚无有效干预措施。LGMDR7的致病基因TCAP编码肌纤维中的一个结构锚件——telethonin蛋白，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，导致骨骼肌的变性，且目前无任何治疗手段。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，研究团队成功构建了LGMDR7的疾病小鼠模型并进行了相关的研究。
1.构建LGMDR7小鼠模型
基于团队前期研究结果——LGMDR7患者Telethonin蛋白（也称为Titin-cap，缩写为TCAP）表达完全缺失[1]，研究者采用敲除Tcap基因的方式构建了LGMDR7小鼠模型。
2.LGMDR7小鼠模型骨骼肌存在线粒体分布异常的病理表型
研究团队采用SDH染色和超微结构观察发现Tcap-/-小鼠骨骼肌出现类似患者病理上线粒体空间分布异常病理表型——肌膜下线粒体增多，而肌原纤维间线粒体减少。
3.TCAP蛋白与结蛋白（desmin）相互作用并维持其稳定性
研究者通过体内、体外实验研究发现，TCAP与desmin有直接相互作用。当TCAP缺失时，除正常长度的desmin（称为“longer desmin”）外，还会产生一个截短的desmin，称之为“shorter desmin”。TCAP维持longer desmin的稳定性，使之不被从N端被截断从而产生“shorter desmin”（图1）。
图1 TCAP与desmin相互作用并维持longer desmin的稳定性
4.TCAP缺失导致desmin细胞骨架的崩塌并由此引发线粒体空间定位异常
Desmin组成III型中间丝，是骨骼肌细胞的细胞骨架，维持骨骼肌中线粒体的正确空间定位。其组装方式见图2。Desmin N端在中间丝装配中起重要作用，故研究团队推测shorter desmin的产生会降低desmin中间丝的稳定性。通过WB和免疫荧光染色证明Tcap-/-小鼠的desmin细胞骨架发生崩塌。
图2 desmin单体结构及中间丝形成示意图
5.Tcap-/-小鼠红肌中出现线粒体功能障碍
采集出现线粒体分布异常的小鼠股四头肌红肌组织进行蛋白组学分析显示，参与线粒体氧化磷酸化一系列蛋白出现下调。酶活性分析提示线粒体柠檬酸合酶及复合体II酶活性减低。说明这些空间分布异常的线粒体存在能量代谢功能的异常。
6.LGMDR7基因治疗策略
基于LGMDR7的致病机理，研究团队构建了AAV-TCAP载体递送TCAP蛋白，并引入了荧光素酶报告系统以监测模型小鼠体内目的基因表达情况（图3）。局部肌肉注射的治疗方式明显改善LGMDR7小鼠肌无力表型及线粒体定位异常的病理表型。AAV-TCAP 药物仅在小鼠骨骼肌中富集，未在其他器官中发现分布（图3）。一次给药至少可维持长达7个月的治疗效果，免疫反应较轻且无明显的毒副作用（图4）。
图 3 AAV-TCAP治疗策略及表型评估
图4 AAV-TCAP长期治疗疗效评价
综上所述，研究团队揭示骨骼肌中的结构蛋白TCAP可以通过影响demsin细胞骨架从而引起线粒体空间分布的异常。同时，这项研究提示，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种可选择的治疗策略（图5）。
图5 机制图
原文链接：https://doi.org/10.1093/brain/awae351
参考文献：
[1]Lv X, Lin F, Wu W, Wang H, Luo Y, Wang Z, Yan C, Lv H, Luo S, Lin P. The clinical features and TCAP mutation spectrum in a Chinese cohort of patients with limb-girdle muscular dystrophy R7. Hum Mol Genet. 2023 Jul 20;32(15):2502-2510. doi: 10.1093/hmg/ddad090. PMID: 37216648.
* 本文版权归属作者团队，仅做分享
点击上方名片关注我们
感谢支持！欢迎分享、投稿转载！
神经内科学术讨论群
神经外科学术讨论群
脑成像学术讨论群
AD-PD学术讨论群
脑血管学术讨论群
脑肿瘤学术讨论群
癫痫学术讨论群
脑与运动学术讨论群
脑与睡眠学术讨论群
······
-添加小编宸宸微信-
微信 | brainnews_15
留言 | 加群+群名称
