Woozy小鼠模型的系统表型与分子分析：揭示 Marinesco-Sjogren综合征小脑性共济失调的性别差异与肌肉特异性病理机制

《Molecular Neurobiology》：Systematic Phenotyping and Molecular Analysis of the Woozy Mouse: A Preclinical Model of Cerebellar Ataxia

本研究针对 Marinesco-Sjogren综合征（MSS）这一罕见遗传性小脑共济失调疾病，通过对SIL1wz（woozy）小鼠模型进行系统表型与分子分析，揭示了疾病进展的时间规律、显著的性别差异（雌性运动表现优于雄性）以及糖酵解肌肉（如腓肠肌和股四头肌）相较于氧化肌肉（如比目鱼肌）的特异性易损性。研究发现SIL1wz小鼠从第9周开始出现进行性小脑共济失调，肌肉组织中未折叠蛋白反应（UPR）标记物（BiP、pEIF2α）和蛋白水解相关蛋白（Rab11、LC3-II）上调，并在14周时出现认知行为缺陷。该研究为MSS及相关小脑共济失调的治疗策略开发提供了重要的临床前依据。

　　

在神经科学领域，罕见病研究常常面临临床样本稀缺、发病机制不清的困境。Marinesco-Sjogren综合征（MSS）就是这样一种罕见的常染色体隐性遗传性小脑共济失调（autosomal recessive cerebellar ataxia, ARCA），以进行性小脑功能障碍、先天性白内障和肌病为特征。该病约60%的病例由SIL1基因突变引起，该基因编码的SIL1蛋白是内质网蛋白质量控制机制中不可或缺的核苷酸交换因子。SIL1功能丧失会导致错误折叠蛋白积累、细胞应激，最终引发神经退行性变。尽管已有woozy（SIL1^wz）和SIL1^Gt等小鼠模型被用于MSS研究，但这些模型的许多特征仍未充分探索，其能否全面反映MSS的所有临床特征（如认知障碍）尚不清楚，疾病进程中不同脑区的细胞分子变化时序、蛋白聚集与细胞应激反应的相互作用等关键问题也亟待阐明。

为了更深入地理解MSS的疾病进程并评估woozy小鼠作为临床前模型的潜力，由Fabio Bellia、Laura Amodei、Anna Giulia Ruggieri等研究人员组成团队，在《Molecular Neurobiology》上发表了他们的研究成果。他们设计了一个从生命早期（5周龄）到成年中期（26周龄）的深度表型分析流程，旨在系统描绘疾病发展的完整时间线。

研究人员为开展此项研究，主要应用了以下几类关键技术方法：首先，利用一系列行为学测试（包括加速旋转棒、走横梁、杆测试和倒置网格测试）对SIL1^wz小鼠及其对照（SIL1^ht）进行了长期（5至26周龄）的运动功能评估；其次，通过筑巢行为、新物体识别和Y迷宫测试评估了小鼠的认知功能；再者，采用组织学方法（苏木精-伊红染色）分析了肌肉纤维的横截面积；最后，通过蛋白质印迹技术检测了肌肉组织中与未折叠蛋白反应和蛋白水解过程相关的关键蛋白（如BiP、pEIF2α、Rab11、LC3）的表达水平。实验所用小鼠来源于美国杰克逊实验室提供的CXB5/By-SIL1^wz/J品系。

运动表现评估

研究人员通过多种行为学测试评估了woozy小鼠的运动功能。加速旋转棒测试显示，SIL1^wz小鼠从第9周开始跌落潜伏期显著缩短，表明小脑损伤导致运动协调能力下降。值得注意的是，存在明显的性别差异，雌性SIL1^wz小鼠的运动表现优于雄性。

走横梁测试进一步证实了SIL1^wz小鼠存在精细运动协调和平衡缺陷。从第7周开始，突变小鼠穿越横梁的时间显著延长，后足失误次数增加。这种协调问题在雄性小鼠中出现更早、更明显。

杆测试主要用于评估运动协调和平衡能力。结果显示，SIL1^wz小鼠在14周和16周时，转身时间和总下降时间均显著长于对照组。这种损伤在雄性小鼠中尤为突出，再次凸显了性别差异。

倒置网格测试用于评估抓握力和肌肉耐力。虽然两组小鼠的跌落潜伏期无差异，但SIL1^wz小鼠的不动时间显著更长，不动次数更多，且后肢离开网格的次数更少，提示其存在肌肉耐力不足和运动行为改变。

认知行为评估

为探究MSS患者常见的智力障碍，研究人员评估了小鼠的认知功能。筑巢行为测试发现，在14周龄时，SIL1^wz小鼠的总评分显著低于对照组，尤其在啃咬百分比参数上差异明显，提示其存在认知行为缺陷。然而，在新物体识别和Y迷宫测试中，两组小鼠未见显著差异，表明与海马功能相关的空间工作记忆和学习能力在此时可能尚未受损。

肌肉组织学与分子分析

组织学分析显示，26周龄SIL1^wz小鼠的糖酵解肌肉（腓肠肌）纤维横截面积显著减小，出现肌肉萎缩，而氧化肌肉（比目鱼肌）则无此变化。

分子水平上，在糖酵解肌肉（股四头肌）中，SIL1^wz小鼠的未折叠蛋白反应标记物BiP和pEIF2α，以及蛋白水解相关蛋白Rab11和脂化的LC3-II水平均显著上调，同时非脂化LC3水平下降。这表明内质网应激和自噬/内体回收通路被激活。相比之下，在比目鱼肌中，这些蛋白的变化趋势不明显，未达到统计学显著性。

研究结论与意义

本研究通过对woozy小鼠模型的全面表征，成功绘制了MSS疾病进展的详细时间线，明确了小脑性共济失调症状出现于第9周左右，并揭示了此前未被充分认识的性别差异（雌性运动表型较温和）以及糖酵解肌肉与氧化肌肉在病理易感性上的显著差异。这些发现强调了在评估治疗策略时考虑性别和肌肉类型特异性的重要性。

研究的讨论部分指出，筑巢行为缺陷可能反映了MSS患者中观察到的更广泛的认知功能障碍，而非单纯的海马依赖型记忆损害。肌肉特异性病理（糖酵解肌肉易受损）可能与它们对葡萄糖代谢的依赖性以及SIL1缺失对胰岛素受体/IGF1受体信号通路的影响有关。分子数据支持了内质网应激和蛋白稳态失衡在疾病机制中的核心作用。

该研究的局限性包括缺乏多个时间点的组织学和分子分析以精确确定病理扰动发生的时间，以及使用SIL1^ht而非野生型小鼠作为对照可能对某些分子研究产生影响。

总之，这项研究不仅深化了我们对MSS病理机制的理解，特别是性别和肌肉类型在疾病表达中的作用，而且为未来针对MSS及相关小脑共济失调的治疗干预（如靶向内质网应激或特定代谢通路）提供了坚实的临床前基础和有价值的表型评估框架。对雌性小鼠表现出的相对保护效应的进一步探索，可能为开发新的治疗策略提供线索。