ADAMTS9介导TMEM67蛋白剪切调控纤毛发生与Wnt信号通路的分子机制及其在纤毛病中的临床意义

为解决TMEM67蛋白在纤毛过渡区组装和非经典Wnt信号通路中的双重功能机制不明的问题，研究人员通过N末端蛋白质组学技术鉴定出ADAMTS9对TMEM67的剪切位点，构建非剪切型Tmem67ACLE/ACLE小鼠模型，发现剪切后的C端片段（TMEM67Δ342）调控纤毛过渡区（TZ）组装，而全长蛋白参与Wnt信号传导。该研究揭示了纤毛病致病新机制，为靶向治疗提供理论依据。

　　

纤毛作为细胞的“天线”，在发育和疾病中扮演关键角色。TMEM67基因突变会导致Meckel-Gruber综合征（MKS）等多种纤毛病，但其同时参与纤毛过渡区（TZ）组装和Wnt信号通路的机制长期未明。更令人困惑的是，TMEM67如何协调这两种看似独立的功能？这一科学问题的解答对理解纤毛病发病机制至关重要。

美国马萨诸塞大学医学院的研究团队通过创新性研究揭开了这一谜题。他们发现细胞外基质金属蛋白酶ADAMTS9能够特异性剪切TMEM67蛋白，产生两个功能独立的片段：C端片段（TMEM67Δ342）定位纤毛过渡区调控纤毛发生，而全长蛋白则参与Wnt信号传导。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究采用N末端蛋白质组学（TAILS）鉴定剪切位点，构建非剪切型Tmem67^ACLE/ACLE基因编辑小鼠模型，结合CRISPR-Cas9技术制备线虫突变体，运用超分辨显微镜和冷冻电镜分析纤毛结构，并通过Wnt信号通路相关分子检测阐明功能机制。

TMEM67剪切位点的鉴定与验证
通过iTRAQ TAILS技术发现ADAMTS9在TMEM67胞外域的K331-F332和N342-F343位点进行剪切。AlphaFold结构预测显示剪切发生在连接CRD（半胱氨酸富集域）和BRD（β片层富集域）的柔性区域。免疫印迹证实ADAMTS9缺失导致34 kDa剪切片段消失，全长相较野生型细胞增加3倍。

剪切对纤毛发生的必要性
在TMEM67敲除细胞中，仅转染全长TMEM67或C端片段（Δ342）能恢复纤毛形成，而N端片段（N-331）或剪切位点突变体（S1+S2）无效。超分辨显微镜显示剪切后C端片段特异性定位于过渡区标记物CEP170阳性区域。

过渡区组装缺陷的分子机制
TMEM67或ADAMTS9缺失导致MKS/B9模块6个核心蛋白（TCTN1/2/3、TMEM237、CC2D2A、B9D2）在过渡区显著减少。qPCR排除了转录水平影响，提示这些蛋白的定位依赖TMEM67剪切后的支架作用。

临床变异的功能验证
三个位于剪切基序的临床变异（F343V、K329T、L349S）在细胞模型中均导致纤毛发生缺陷和过渡区蛋白募集障碍，Western blot显示其剪切效率显著降低。

线虫与小鼠模型的表型验证
在线虫中，模拟人类变异的mks-3(F249V)和双位点突变体（ΔCLE）导致纤毛结构和感觉功能缺陷。构建的Tmem67^ACLE/ACLE小鼠出现与敲除小鼠完全一致的多囊肾、脑积水等表型，冷冻电镜证实其纤毛过渡区“项链”结构完全缺失。

Wnt信号通路的特异性维持
关键发现是：Tmem67^ACLE/ACLE小鼠成纤维细胞虽丧失纤毛功能，但保留正常的ROR2磷酸化和β-catenin核转位能力。这与Tmem67敲除细胞中Wnt信号紊乱形成鲜明对比，证实两种功能可由不同蛋白形式执行。

该研究首次阐明ADAMTS9介导的TMEM67剪切是决定其亚细胞定位和功能分化的分子开关：剪切后C端片段主导纤毛过渡区组装，而全长蛋白调控Wnt信号。这一发现不仅解释了TMEM67相关纤毛病的致病机制，还为开发特异性靶向剪切过程的治疗策略提供了理论依据。研究建立的Tmem67^ACLE/ACLE小鼠模型将成为研究纤毛疾病分子通路的宝贵工具。