缺陷的降解酶加劇遺傳性疾病
在罕見的遺傳性存儲疾病(例如Sandhoff病或Tay-Sachs綜合征)中,由于缺少關鍵的酶,導致神經節(jié)苷脂積聚的代謝廢物無法在神經細胞中妥善處置。對患者的后果是嚴重的,從行動受限到失明,智力下降和過早死亡。
波恩大學的研究人員報告說,他們發(fā)現了為什么這些神經節(jié)苷脂還會在患有其他儲存疾病的患者中積聚并導致其惡化。他們的研究(“ 膜脂質及其降解化合物控制溶酶體腔小泡中的GM2分解代謝 ”)在線發(fā)表在《脂質研究》上。
神經節(jié)苷脂GM2的分解代謝取決于三種基因產物。這些基因中任何一個的突變都會導致不同類型的GM2神經節(jié)病(Tay-Sachs病,B1變異,Sandhoff病和AB變異),而GM2是主要的溶酶體貯藏化合物。GM2還是溶酶體貯積病(如A,B和C型Niemann-Pick病)中的次要貯藏化合物,分別主要貯藏SM和膽固醇。“在攜帶GM2的脂質體表面重構GM2分解代謝表明,將脂質摻入到攜帶GM2的膜中,例如膽固醇,SM,鞘氨醇和鞘氨醇,可抑制由GM2活化蛋白輔助的β-己糖胺酶A的GM2水解,而陰離子脂質,神經酰胺,脂肪酸,溶血磷脂酰膽堿和二?;视痛碳M2分解代謝。
“此外,我們可以證明水解抑制脂質對GM2激活蛋白對膜結合脂質的增溶和動員也具有抑制作用,而刺激脂質則增強了脂質動員。”
在Tay-Sachs綜合征和Sandhoff病中,神經細胞膜的成分無法適當降解,導致神經節(jié)苷脂GM2儲存在溶酶體中。神經節(jié)苷脂脂質主要存在于神經系統的神經節(jié)細胞中。如果GM2降解酶Hex A缺失或受損(例如由于遺傳缺陷),則會發(fā)生破壞性神經節(jié)苷脂儲存。
在?;舴蚴喜≈?,降解酶Hex A和Hex B沒有活性。與Tay-Sachs綜合征一樣,GM2的儲存會導致神經細胞的破壞?;疾〉膬和谏念^幾個月中正常發(fā)育;后來,失明,行動受限和智力下降發(fā)生,并最終提前死亡。
波恩大學LIMES研究所高級教授Konrad Sandhoff博士說:“以前的治療方法并未在這些神經變性神經節(jié)苷脂酶方面取得任何重大成功。” 酶替代療法由于血腦屏障對這些物質的不可滲透性而失敗。
桑德霍夫和他的研究小組已經破譯了分子環(huán)境在溶酶體中對GM2成功降解的作用。在試管中,科學家重建了溶酶體中降解GM2的囊泡。通常,輔助蛋白GM2AP有助于捕獲和釋放位于囊泡殼上的GM2。然后可以將其與降解酶Hex A一起降解為無害的GM3。但是,當十六進制A的功能被阻止時,它會被存儲,對神經細胞造成致命后果。
在試管中,科學家研究了抑制或改善GM2降解的影響因素。例如,囊泡越小,其表面帶負電的越多,降解酶越容易接近GM2,“消化”功能越好。
另一方面,膽固醇和鞘磷脂的存在顯著降低了GM2的降解。研究表明,這些脂質在尼曼-皮克病中的儲存觸發(fā)了溶酶體中額外的GM2積累,即使GM2降解酶Hex A完整且活躍,也顯著加劇了C型臨床表現。Sandhoff補充說:“降解酶的遺傳疾病顯然引發(fā)了一系列未知的后果性損害。”
在另一項研究中,研究小組表明,這種級聯原理也適用于遺傳性粘多糖多糖酶。在這些疾病中,一種儲存物質硫酸軟骨素通過抑制GM2降解,觸發(fā)了神經細胞中神經節(jié)苷脂的額外儲存。除了現有的身材矮小,面部特征粗糙和肝臟腫大以外,它還引起學習困難和驚嚇反射,但是在動物模型中,可以通過抑制GM2的形成來緩解這種情況。
桑德霍夫說:“當前治療方法的目的是防止針對這些遺傳性存儲疾病的GM2產生。”他補充說,目前市場上出售的藥物僅能部分滿足這一要求。“也許基因替代療法已經在動物模型中獲得成功,并將很快用于患者中,它將更加成功。”
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