PNAS：维持端粒长度对杜氏肌营养不良症患者有好处

　　

根据斯坦福大学医学院的一项最新研究，一种防止端粒缩短的蛋白可以帮助杜氏肌营养不良症患者的心肌细胞在培养时活得更长，且更健康。这一发现很有意义，因为心肌细胞损失引起的心力衰竭是该疾病患者死亡的主要原因。

通讯作者、斯坦福大学医学院的Helen Blau教授表示：“在之前的研究中，我们最意想不到的发现是，杜氏肌营养不良症患者心肌细胞的端粒会随着时间推移而缩短。现在我们表明，我们可以在培养皿中防止这种缩短，让病变的心肌细胞开始向健康的心肌细胞转变。”

这种戏剧性的转变是之前没有预料到的。斯坦福大学心血管研究所的Asuka Eguchi博士表示：“我们很惊讶地发现细胞外观有很大改善，无论是它们的大小还是让肌肉细胞收缩的蛋白。心肌细胞的过早损失会导致心脏组织出现瘢痕和硬化，并显著损害其功能。我们正在开发一种策略来对抗这种损害。”

这项研究成果于1月31日在线发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

杜氏肌营养不良与端粒缩短

大约每5000个男孩中就有一个在出生时患有杜氏肌营养不良症（DMD），这是由肌营养不良蛋白（dystrophin）的编码基因突变引起的。肌营养不良蛋白将肌细胞的内部与细胞外结构上的蛋白质和其他分子连接起来，使肌肉能够正常收缩。如果没有这种蛋白，肌肉会逐渐变弱，因此患者大多在年轻时因心脏和呼吸困难而死亡。

端粒被认为是人体的分子钟，因为每次细胞分裂时，端粒都会略微缩短。当它们太短时，细胞就会停止分裂并死亡。然而，在心肌细胞等分裂频率低的细胞中，人们一直认为端粒基本保持稳定。不过，Blau实验室以往的研究发现，杜氏肌营养不良症患者和心肌病患者的端粒比健康人短25%至40%。

他们发现，端粒异常缩短会激活一种损伤反应，干扰细胞的能量中心，阻碍心脏将血液泵送到全身。在这项研究中，他们开始寻找对抗这种情况的方法。“我们想看看是否能够在实验室的培养皿中重现这种端粒缩短，以及我们是否能够阻止它，”Eguchi谈道。

研究人员利用两名患者的诱导多能干细胞（iPSC）生成了肌营养不良蛋白基因突变的心肌细胞。他们在培养皿中培养了心肌细胞，并观察了它们的外观和功能。与肌营养不良蛋白突变被纠正的细胞相比，病变的心肌细胞要小40%左右。肌钙蛋白（troponin）的密度也低于健康细胞。

染色体上的护卫

端粒由短的重复序列（TTAGGG）组成。它们不编码蛋白质，而是在染色体末端重复数百次或数千次。这些重复序列起到物理缓冲的作用，保护染色体末端不会因细胞分裂而缩短。在经过有限次数的细胞分裂后，不断缩短的端粒会引发细胞进入休眠状态并最终死亡，有效地限制了大多数人类细胞的寿命。

同时，端粒又受到一组蛋白质的保护，这些蛋白质形成了一种被称为shelterin的复合物结构，它可以防止损伤，并调节端粒延长蛋白（端粒酶）的活性。在干细胞和某些癌细胞中，端粒酶活性很高。

shelterin复合物由TRF1和TRF2等六种蛋白组成。TRF2蛋白主要负责保护染色体末端，招募其他修复蛋白。研究人员发现，将病变的心肌细胞暴露在TRF2下，可以防止端粒缩短。它还延长了细胞的存活时间。

“我们看到了这些美丽的形态学变化，以及肌钙蛋白密度的增加，”Eguchi谈道。“我们很期待有一天能用类似的方法来保护杜氏肌营养不良症及其他心肌病患者的端粒。”

然而，研究人员提醒说，还需要进行更多的研究来了解TRF2的过度表达是否对这些患者真正安全有效。“这必须是一种谨慎的靶向基因疗法，因为有证据表明，将正在分裂的细胞暴露于TRF2下会对身体造成很大的损伤，”Eguchi谈道。

此外，基于TRF2的基因疗法也不能解决杜氏肌营养不良症患者的根本问题，也就是全身缺乏肌营养不良蛋白。“单凭这个并不能治愈疾病，”Blau说。“但它也许会改善这些患者的心力衰竭。未来，我们终有一天能够提供一种组合疗法，既能恢复肌营养不良蛋白的生成能力，又能帮助维持心肌细胞的活力。”

原文检索

TRF2 rescues telomere attrition and prolongs cell survival in Duchenne muscular dystrophy cardiomyocytes derived from human iPSCs