解析 Hutchinson–Gilford 早衰综合征：肺部病变在疾病进程中的关键意义

《Molecular Medicine》：Disease pathogenicity in Hutchinson–Gilford progeria syndrome mice: insights from lung-associated alterations

为探究 Hutchinson–Gilford 早衰综合征（HGPS）发病机制，浙大研究人员研究多器官病变，发现肺受严重影响，为疾病诊疗提供新方向。

　　

一、研究背景

在生命科学的神秘领域中，Hutchinson–Gilford 早衰综合征（Hutchinson–Gilford progeria syndrome，HGPS）就像一个神秘的 “早衰魔咒”，困扰着科学界。这是一种极为罕见的遗传疾病，得了这种病的患者仿佛被按下了生命的加速键，衰老的进程大幅加快。他们不仅生长发育受到严重阻碍，脂质代谢也陷入混乱，骨头变得脆弱易折，平均寿命更是只有短短的 13.5 年。

以往对 HGPS 的研究，大多聚焦在心血管方面的表现，就像只看到了冰山露出水面的一角，而对于其他重要器官在疾病进程中的变化，了解十分有限。由于患者样本稀缺，深入研究 HGPS 的病理生理机制和开展临床试验困难重重，这也使得研发有效治疗方法的脚步被大大拖慢。在这样的困境下，小鼠模型成为了探索 HGPS 奥秘的关键 “钥匙”，为科研人员打开了新的研究大门。

为了更全面地揭示 HGPS 的发病机制，浙江大学的研究人员勇敢地踏上了探索之旅，他们深入研究多个器官在 HGPS 中的变化，尤其是之前被忽视的肺部，希望能为这一罕见病的诊疗带来新的曙光。该研究成果发表在《Molecular Medicine》杂志上，为 HGPS 的研究领域注入了新的活力。

二、研究方法

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，选用携带 G608G 突变的 C57BL/6-Tg (Lmna^G608G) HClns/J 小鼠模型，获取 5 月龄小鼠的多个器官样本。然后，通过组织石蜡组织学（对组织进行固定、脱水、包埋、切片及染色观察）、SA-β-gal 染色（检测衰老相关 β - 半乳糖苷酶活性）、免疫荧光（分析蛋白定位与共定位）、Western blot（定量分析蛋白表达量）等组织学和蛋白分析技术，研究组织病理和蛋白表达情况。接着，采用超高效液相色谱 - 串联质谱（UHPLC-MS/MS）测定 NAD 代谢物，实时定量 PCR（RT-qPCR）检测基因表达水平，并对肺组织进行转录组测序分析差异表达基因。此外，招募中国 HGPS 患者进行肺功能评估，与小鼠实验结果相互印证 。

三、研究结果

1. HGPS 小鼠的基本特征：HGPS 小鼠在 5 个月时体重明显减轻，寿命显著缩短，仅为 287±3 天，这与 HGPS 患者的常见表型相符，表明小鼠模型能较好地模拟疾病特征。
2. Progerin 含量及衰老程度：Progerin 是 HGPS 的关键标志蛋白。研究发现，在 HGPS 小鼠 5 个月时，肺部的 Progerin 表达水平最高，甚至超过了心脏。免疫荧光染色结果显示，Progerin 在肺和心脏的表达最为明显，这暗示肺部在 HGPS 中可能受到更严重的影响，需要进一步探究其在疾病进展中的作用。
3. NAD 代谢、细胞衰老及 SASP 信号异常：HGPS 小鼠血清中 NAD⁺、NNO、NA、NADH 和 2-Py 等 NAD 代谢物水平显著降低，与自然衰老存在相似的 NAD 网络关联。同时，HGPS 小鼠多个器官中细胞衰老标记物 p16 和 p27 水平显著升高，Ki67 水平显著降低，衰老相关分泌表型（SASP）相关因子 IL-6、IL-8 和 MMP2 水平升高，而 Vegf-a 和 Vegf-c 水平降低。此外，HGPS 组中 Thy1 和 Tnc 基因表达也显著低于野生型组。
4. 多器官组织学异常：组织学染色结果显示，随着 HGPS 病情进展，多个器官出现明显异常。肺组织表现为肺泡间隔结构逐渐消失，肺泡壁增厚，炎症细胞浸润增加，纤维化明显；心脏组织有严重的心肌纤维化；皮肤组织真皮层变薄，黑色素沉积；主动脉组织中膜变薄，外膜增厚；肝脏组织肝细胞体积减小，细胞核收缩；脾脏生发中心面积大幅减少；肾脏组织肾小球细胞数量显著减少，肾小管细胞紊乱。其中，肺组织的衰老变化尤为明显，通过 β - 半乳糖苷酶染色可见广泛的衰老改变，且 Progerin 与 RAGE 和 KRT5 存在强共定位。
5. 肺组织转录组分析：对肺组织进行转录组分析，发现 527 个差异表达基因（DEGs），其中 376 个下调，147 个上调 。上调基因主要富集在刺激响应、细胞分化和凋亡等过程；下调基因主要涉及免疫反应、血管平滑肌收缩和昼夜节律等过程。选取 Ccr1 和 Slc2a3 基因进行验证，其表达水平变化与转录组分析结果一致。基因集富集分析（GSEA）表明，差异表达基因与细胞外空间、脂质结合、钙信号通路和破骨细胞分化等衰老相关过程有关。
6. HGPS 患者肺功能评估：对 6 例 HGPS 患者（3 例经典 HGPS 和 3 例非经典 HGPS）进行肺功能评估，结果显示患者的用力肺活量（FVC）、第一秒用力呼气容积（FEV1）和呼气峰值流速（PEF）等肺通气功能指标显著降低，这表明肺功能障碍是 HGPS 的一个突出特征，进一步验证了小鼠模型的研究结果，强调了对 HGPS 患者进行密切呼吸监测的必要性。

四、研究结论与讨论

该研究全面揭示了 HGPS 小鼠多个器官的病变情况，特别强调了肺部在 HGPS 发病机制中的重要作用。研究发现，HGPS 小鼠的肺部表现出纤维化、炎症、肺泡结构改变等异常，这些变化与患者的肺功能障碍密切相关。同时，研究还发现 HGPS 小鼠的 NAD 代谢异常与自然衰老存在相似性，但这种相似性是否直接推动疾病进展，还需要进一步研究。

然而，该研究也存在一些局限性。动物模型和人类队列的样本量较小，可能影响研究结果的普遍性；缺乏体内肺功能评估和 Progerin 对肺细胞作用的机制研究，无法明确因果关系；人类患者数据来自有限的临床队列，需要更大规模、多中心的数据进行外部验证；由于检测试剂盒的限制，无法直接量化 HGPS-like 和 APS 患者的 Progerin 或法尼基化前体层粘连蛋白 A 水平，这在小鼠模型和人类病例之间形成了研究缺口；转录组和生化分析虽然确定了一些失调的通路，但 Progerin 积累、NAD 代谢与 HGPS 肺部病理之间的直接机制联系还需要进一步实验验证。

尽管如此，该研究仍具有重要意义。它为 HGPS 的研究提供了新的视角，表明肺部异常在 HGPS 的诊断和治疗中不容忽视。研究 HGPS 发病机制不仅有助于深入了解这一罕见病，还能为揭示自然衰老的复杂机制提供宝贵线索。未来，需要更多的研究来验证这些发现，并探索针对肺部的干预措施是否能有效改善 HGPS 患者的病情，为这一罕见病的治疗带来新的希望。