核糖体蛋白缺陷与贫血新关联：ATF4 表达异常的关键作用

为探究核糖体病的发病机制，研究人员聚焦 DBA，发现核糖体蛋白缺陷影响 ATF4 表达，这对理解 DBA 有重要意义。

　　在生命的微观世界里，细胞的正常运作依赖于各种精细的机制，其中核糖体的合成至关重要。核糖体就像细胞内的 “蛋白质制造工厂”，由 4 种核糖体 RNA（rRNA）和 80 种核糖体蛋白组装成小亚基（40S）和大亚基（60S），进而参与蛋白质的合成过程。然而，当这个 “工厂” 出现故障时，就会引发一系列严重的疾病，钻石黑扇贫血（Diamond - Blackfan anemia，DBA）就是其中之一。

DBA 是一种常染色体显性遗传性疾病，患者不仅会出现红细胞发育不良，还可能伴有先天性畸形，甚至患癌风险也会增加。目前已知约 75% 的 DBA 病例是由编码核糖体蛋白的基因突变引起的，但对于其发病机制，科学界尚未完全明晰。以往的研究发现，p53 激活和 GATA1 表达降低与 DBA 的发展有关，然而这些机制并不能充分解释 DBA 的所有症状，比如为何携带小亚基核糖体蛋白（RPS）基因突变的患者，其红细胞缺陷似乎比携带大亚基核糖体蛋白（RPL）基因突变的患者更严重。这一系列未解之谜，就像一团团迷雾，笼罩在 DBA 研究的道路上，吸引着科研人员不断探索。

为了驱散这些迷雾，来自西班牙萨拉曼卡癌症研究中心（Centro de Investigación del Cáncer, CSIC - University of Salamanca）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《iScience》杂志上，为我们理解 DBA 的发病机制带来了新的曙光。

在研究过程中，研究人员运用了多种技术方法。他们借助 RNA 测序（RNA - seq）和核糖体分析测序（Ribo - seq）技术，对细胞内的基因表达情况进行了全面分析；通过 Western blot 分析，精确检测蛋白质的表达水平；利用小干扰 RNA（siRNA）介导的转录敲低技术，有针对性地降低特定基因的表达，以探究其功能。同时，研究人员还使用了患者来源的样本数据，使研究结果更具临床相关性。

研究人员首先对 40S 核糖体亚基合成缺陷进行研究。他们通过 siRNA 敲低 HCT116 细胞中 RPS19 的表达，模拟 DBA 中 RPS19 单倍体不足的情况。结果发现，RPS19 敲低导致 40S 核糖体亚基减少，同时引发了一系列细胞反应。基因集富集分析（GSEA）显示，RPS19 或 bystin（参与 40S 成熟的核糖体生物发生因子）的缺陷会触发 p53 依赖和独立的基因表达程序，其中 p53 通路和氧化磷酸化相关基因集在 p53^+/+细胞中显著上调，同时 mTORC1 信号通路和未折叠蛋白反应（UPR）相关基因集则被下调。

进一步探究发现，RPS19 缺陷会导致 ATF4 调节基因的表达减少。研究人员分析了 RPS19 和 bystin 敲低后共同下调的基因，发现许多基因是转录因子 ATF4 的靶基因，且 ATF4 转录本水平在两种敲低情况下均降低。这表明 RPS19 缺陷引发的 40S 亚基合成途径受阻，会导致正常生长细胞中 ATF4 调节基因的表达下降。

在研究 RPS19 和 RPL5 缺陷对 ATF4 表达的影响时，研究人员发现两者存在明显差异。RPS19 敲低使 ATF4 蛋白和 mRNA 水平均显著降低，且 ATF4 mRNA 稳定性下降；而 RPL5 敲低虽导致 ATF4 蛋白水平轻度降低，但 ATF4 mRNA 水平却升高，且其在翻译非活性复合物中异常积累。这说明 RPS19 缺陷主要影响 ATF4 mRNA 的稳定性，而 RPL5 缺陷则主要影响其翻译效率。

研究人员还发现，ATF4 表达的降低在 RPS 缺陷细胞中更为严重。通过分析 A549 细胞中 44 种 RPL 和 31 种 RPS 转录本分别敲低的数据，发现 RPS 敲低样本中 ATF4 mRNA 水平普遍低于对照组，而 RPL 敲低样本中 ATF4 mRNA 水平与对照组相似或更高，且 ATF4 mRNA 的整体翻译在 RPS 敲低细胞中受到更严重的抑制。

在研究 ATF4 表达与 DBA 的关系时，研究人员对人类造血干细胞和祖细胞（HSPCs）进行研究，发现 RPS19 或 RPL5 敲低会导致 ATF4 调节的基因特征表达下调，且在 RPS19 敲低细胞中，ATF4 mRNA 水平和翻译效率均降低。对 DBA 患者来源的红细胞前体数据分析也显示，携带 RPS 基因突变的患者，其红细胞前体中 ATF4 功能严重受损，且与红细胞分化缺陷的严重程度相关。

此外，研究人员还发现核糖体蛋白缺陷会影响 ATF4 介导的胎儿血红蛋白表达调控。在 K562 细胞中敲低 RPS19 或 RPL5，会导致胎儿 γ - 球蛋白表达增加，而添加多西环素诱导 ATF4 表达后，这种增加的现象被抑制。

综上所述，研究人员通过一系列实验揭示了核糖体蛋白缺陷与 ATF4 表达之间的紧密联系。核糖体蛋白缺陷会导致 ATF4 表达下调，且这种下调通过两种机制实现：40S 核糖体亚基合成缺陷会降低 ATF4 转录本水平，60S 核糖体亚基合成缺陷则会降低翻译效率。这一发现为解释 DBA 的发病机制提供了新的视角，尤其是对于 RPS 基因突变患者红细胞缺陷更严重的现象给出了合理的解释。同时，研究还表明 ATF4 表达下调可能与 DBA 患者的其他临床表现相关，为未来的研究指明了方向。不过，目前研究仍存在一些局限性，如患者样本数量较少，以及在体内验证 ATF4 功能的实验尚未完成等。但这些不足并不能掩盖该研究的重要意义，它为我们深入理解 DBA 以及其他核糖体病的发病机制奠定了坚实的基础，有望在未来推动相关疾病治疗方法的开发。