新发现：细胞中心体旋转蛋白RTTN突变导致儿童心力衰竭！

为了确定导致儿童心力衰竭的一种罕见疾病背后的原因，马里兰大学医学院的研究人员在一名婴儿患者身上发现了导致这种疾病的新基因突变。然后，他们能够了解突变是如何起作用的，并使用一种药物来逆转其对来自患者干细胞的心肌细胞的影响。

　　

   

   

图片: 与健康的心肌细胞(上)相比，产生旋转蛋白的基因发生突变的心肌细胞(下)肌肉纤维(红色)紊乱。

来源: Matthew Miyamoto

马里兰大学医学院(UMSOM)的研究人员在努力确定一种导致儿童心力衰竭的罕见疾病背后的原因，他们在一名婴儿患者身上发现了导致这种疾病的新基因突变。然后，他们能够了解突变是如何起作用的，并使用一种药物来逆转其对来自患者干细胞的心肌细胞的影响。这项研究结果发表在4月下旬的《循环》（Circulation）杂志上，表明可以开发出治疗方法来控制这种情况，而不是需要心脏移植——过往这种儿童疾病的标准治疗方法。

“尽管已经对成人心力衰竭进行了很多研究，但关于婴儿心力衰竭的遗传原因仍有很多需要了解，”医学和生理学医学教授、心脏病学研究主任、UMSOM心血管医学联合主任Melvin Sharoky博士说。“我们发现的基因突变与婴儿小头症有关，但尚未与人类心脏病有关。”

婴儿扩张型心肌病是心力衰竭的常见原因，约占小儿心力衰竭病例的一半，其原因通常是未知的。虽然这种情况相对罕见，大约20万分之一，但患有这种疾病的婴儿的心脏无法有效收缩，因此他们无法泵出应有的血液。

洪博士和他的同事们发现的这种突变的基因原本负责产生一种存在于细胞结构中心体中的蛋白质RTTN(旋转蛋白)，中心体的功能是连接细胞骨架，最广为人知的是它在细胞分裂过程中的作用。研究人员推测，如果没有这种蛋白质，心脏中的肌肉细胞就无法整齐地组织起来，也无法收缩，这反过来又影响了心脏的跳动。

为了确定导致婴儿心力衰竭的基因突变，研究人员从患者在移植过程中移除的患病心脏中提取了心脏细胞样本。然后他们将心脏组织转化为干细胞，这样他们就可以培养更多的细胞并在实验室中进行研究。结果发现，患者的编码旋转蛋白的基因有两个不同的突变，分别来自双亲。

在验证该基因功能的实验中，研究人员从斑马鱼的心脏中去除同样的蛋白质，发现其心脏出现了心力衰竭的迹象；而缺失旋转蛋白的果蝇心脏中发现心肌细胞组织混乱，不能正常收缩，类似于患有这种疾病的婴儿心脏。

研究人员随后使用了一种药物C19，这种药物被认为可以在来自婴儿扩张型心肌病患者的心肌细胞中组织中心体。这种药物恢复了病人干细胞在培养皿中培养的正在发育的心肌细胞的组织以及它们的收缩能力。

文章背景

在心肌细胞成熟过程中，作为微管组织中心的中心体经历了剧烈的结构重组，其成分从中心粒重组到核膜。这种发育程序化的过程，称为中心体还原，以前与细胞周期退出有关。然而，对这一过程如何影响心肌细胞生物学，以及它的破坏是否会导致人类心脏病的理解仍然未知。作者在一例罕见的婴儿扩张型心肌病(iDCM)中研究了这种现象，他表现为左心室射血分数为18%，肌瘤和线粒体结构破坏。

研究方法:

他们从一名罕见的iDCM患儿开始进行分析，从患者身上获得诱导多能干细胞来体外模拟iDCM。他们对患者及其父母进行了全外显子组测序以进行致病基因分析。使用CRISPR/ cas9介导的基因敲除和体外校正来确认全外显子组测序结果。斑马鱼和果蝇模型用于体内验证致病基因。使用Matrigel床垫技术和单细胞RNA测序进一步表征iDCM心肌细胞。

研究结果:

全外显子组测序和CRISPR/Cas9基因敲除/校正鉴定出编码中心体蛋白RTTN(旋转蛋白)的基因RTTN是该患者病情的致病基因，这是中心体缺陷首次与非综合征型扩张型心肌病有关。斑马鱼和果蝇的基因敲低证实了RTTN对心脏结构和功能的进化保守要求。iDCM心肌细胞单细胞RNA测序显示，iDCM心肌细胞成熟受损，这是心肌细胞结构和功能缺陷的基础。作者还观察到中心体在中心粒的持续定位，与预期的程序性核周重组形成对比，后者导致随后的全局微管网络缺陷。此外，他们发现了一种小分子，可以恢复中心体重组，改善iDCM心肌细胞的结构和收缩性。

研究结论:

这项研究首次证明了由中心体减少缺陷引起的人类疾病病例。作者还发现了RTTN在围产期心脏发育中的新作用，并确定了中心体相关iDCM的潜在治疗策略。未来的研究旨在确定中心体成分的变异，可能会发现人类心脏病的其他因素。

作者及其他学者的评价

“过往一直认为，一旦心脏细胞成熟，这种细胞分裂机制就会完全消失，但事实证明，它会转移到细胞中的一个新位置，并在心肌功能中发挥新的作用。”Matthew Miyamoto说:“这是已知的第一种由中心体结构转变破坏引起的人类疾病，中心体结构通常在出生后不久发生，”他是洪博士实验室医学院二年级学生，也是该项目的第一作者。

“由于中心体在心肌发育，特别是细胞复制，结构和功能中发挥着如此重要的作用，因此更好地了解这种组织特异性编程过程将与未来的心脏再生治疗工作高度相关，”UMSOM院长Mark T. Gladwin医学博士说，他也是马里兰大学巴尔的摩分校(UMB)医学事务副总裁，以及John Z.和Akiko K. Bowers杰出教授。

洪博士补充说:“只有通过心脏病专家、医学生实习生和实验室研究人员之间的合作，我们才能实现这一生物医学发现，我们希望有一天能将其转化为对患有这种疾病的儿童的医学治疗。”

Patrice Desvigne-Nickens医学博士是美国国立卫生研究院下属的国家心肺血液研究所(NHLBI)心血管科学部心力衰竭和心律失常科的医务官员，他同意这一观点:“这项研究对理解婴儿扩张型心肌病的生物学基础及其与心力衰竭的关系做出了重要贡献。”“我们期待着未来的研究来澄清和证实这些发现，以努力改善心力衰竭的结局。”

编译：vivian