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神经退行性变是多数溶酶体贮积症（LSDs）的严重表现，CLN1 疾病由CLN1基因突变导致，但其致病机制不明。研究人员开展了关于 CLN1 疾病致病机制的研究，发现 NPC1 蛋白错向运输致溶酶体胆固醇失衡，抑制 mTORC1 可改善病情，为该病治疗提供方向。
在生命的微观世界里，溶酶体一直以来都被视作细胞内物质消化的 “终点站”。然而，近年来越来越多的研究表明，溶酶体的功能远不止于此，它还是细胞基础代谢过程的重要调控者。一旦溶酶体出现功能障碍，就可能引发一系列被称为溶酶体贮积症（LSDs）的遗传性代谢疾病。在众多 LSDs 中，神经元蜡样脂褐质沉积症（NCLs，俗称 Batten 病 ）最为常见，其中 CLN1 疾病（曾被称为婴儿型神经元蜡样脂褐质沉积症 ）又是最具破坏性的神经退行性疾病之一。患有 CLN1 疾病的儿童出生时看似正常，但在 6 到 18 个月大时，就会出现精神运动发育迟缓的症状；2 岁时，大脑磁共振成像显示皮质严重萎缩，随后还会出现癫痫发作和失明；大约 4 岁时，脑电图呈等电位，患者进入植物人状态，几年后最终死亡。
尽管科学家们早已发现CLN1基因编码的棕榈酰蛋白硫酯酶 - 1（PPT1）失活突变是导致 CLN1 疾病的原因，但在长达二十多年的时间里，这种疾病的致病机制却始终成谜。为了揭开这一神秘面纱，来自国外研究机构的研究人员开展了一系列深入研究，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。
研究人员主要运用了动物实验、细胞实验、免疫印迹分析、共聚焦成像等技术方法。他们以 * Cln1?/?* 小鼠为动物模型（该小鼠是人类 CLN1 疾病可靠的动物模型 ），同时使用患者的成纤维细胞和永生化淋巴细胞等细胞样本进行实验。通过免疫印迹分析来检测蛋白水平，利用共聚焦成像观察细胞内蛋白的定位和共定位情况。
研究结果如下：
- 胆固醇水平变化：研究人员测定了不同年龄段 * Cln1?/?* 小鼠和野生型（WT）小鼠的总皮质匀浆及纯化溶酶体组分中的胆固醇水平。结果发现，*Cln1?/?* 小鼠在各个年龄段，其总皮质匀浆和溶酶体组分中的胆固醇水平均显著高于 WT 小鼠。这一结果通过共聚焦成像观察分离的神经元也得到了进一步证实。
- mTORC1 通路激活：由于溶酶体胆固醇的运输与 mTORC1 通路相关，且已有研究表明 mTORC1 的过度激活会抑制自噬，而自噬失调与多种神经退行性疾病有关。研究人员检测了 * Cln1?/?小鼠大脑中 mTORC1 通路的激活状态，发现其关键底物磷酸化 S6 激酶 1（pS6K1）和磷酸化 4E 结合蛋白 1（p4E - BP1）等的水平显著高于 WT 小鼠，这表明在Cln1?/?* 小鼠中，高浓度的溶酶体胆固醇可能激活了 mTORC1 信号通路。
- NPC1 蛋白异常：Niemann - Pick C1（NPC1）蛋白和 NPC2 蛋白分别介导溶酶体胆固醇的流出和输入，共同维持胆固醇稳态。研究人员发现，*Cln1?/?小鼠总皮质匀浆中 NPC1 和 NPC2 蛋白水平均显著高于 WT 小鼠，但在纯化溶酶体组分中，NPC1 蛋白水平却显著降低，且在质膜组分中 NPC1 蛋白水平升高。通过共聚焦成像、流式细胞术和邻近连接分析（PLA）等实验进一步证实，在Cln1?/?* 小鼠中，NPC1 蛋白发生了错误定位，从正常的溶酶体膜转移到了质膜。
- NPC1 蛋白 S - 棕榈酰化作用：研究人员通过生物信息学分析预测 NPC1 蛋白的 S - 棕榈酰化位点，并通过实验证实 NPC1 蛋白在半胱氨酸 97（Cys97）位点发生 S - 棕榈酰化，而 NPC2 蛋白不发生 S - 棕榈酰化。进一步研究表明，在 * Cln1?/?* 小鼠中，PPT1 的缺乏会损害 NPC1 蛋白的去棕榈酰化过程，影响其从早期内体向晚期内体 / 溶酶体的运输，导致 NPC1 蛋白错误地进入回收内体并最终被转运到质膜。
- OSBP 水平影响：研究发现，*Cln1?/?小鼠溶酶体组分中氧化甾醇结合蛋白（OSBP）水平显著升高，同时与胆固醇运输相关的 VAPA 和 VAPB 蛋白水平也升高。这使得溶酶体膜上的胆固醇积累增加，促进了胆固醇介导的 mTORC1 激活。通过药物抑制 OSBP，可以抑制 mTORC1 的激活，挽救自噬，并改善Cln1?/?* 小鼠的神经病理学症状。
- TPC2 的作用：研究人员检测了 Ca++ 可渗透的双孔通道 2（TPC2）在 CLN1 疾病中的作用，发现 WT 小鼠和 * Cln1?/?* 小鼠以及对照和 CLN1 疾病患者的成纤维细胞中，TPC2 的 mRNA 和蛋白水平均无显著差异。使用 TPC2 激动剂处理 CLN1 疾病患者的成纤维细胞后，溶酶体胆固醇水平和 mTORC1 激活标记物水平也未发生显著变化，表明 TPC2 的失活可能与 CLN1 疾病的发病机制无关。
研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了 CLN1 疾病中 NPC1 蛋白的错误定位与溶酶体胆固醇稳态失调之间的关系。在 * Cln1?/?* 小鼠中，PPT1 的缺乏导致 NPC1 蛋白错误地定位于质膜，影响了溶酶体胆固醇的流出，同时 NPC2 蛋白的输入正常，最终导致溶酶体胆固醇积累。这种胆固醇积累与 OSBP 水平升高共同作用，激活了 mTORC1 信号通路，抑制了自噬，从而导致神经退行性变。此外，研究还发现，CLN1 疾病与 NPC 疾病在致病机制上存在相似之处，两者都涉及 NPC1 基因功能的受损和 mTORC1 的过度激活。本研究通过对 CLN1 疾病这一罕见单基因神经退行性 LSDs 致病机制的深入探究，为理解更常见的神经退行性疾病的发病机制提供了新的视角，也为开发针对 CLN1 疾病的治疗策略奠定了基础。未来进一步的研究有望基于这些发现，开发出全新的治疗方法，为那些深受 CLN1 疾病困扰的患者带来希望。
