AGBL5基因缺失导致视网膜色素变性中纤毛发生障碍与微管蛋白超谷氨酰化的分子机制及治疗策略研究

本研究针对视网膜色素变性(RP)这一尚无有效治疗手段的遗传性眼病，聚焦AGBL5基因突变导致的微管蛋白超谷氨酰化现象。研究人员通过CRISPR构建AGBL5-/-视网膜色素上皮细胞模型，发现该基因缺失会导致纤毛缩短和发生障碍，并证实外源表达AGBL5或抑制谷氨酰化酶TTLL5均可挽救表型。这项发表于《BMC Molecular and Cell Biology》的研究为RP治疗提供了基因治疗和靶向干预新思路。

　　

视网膜色素变性(RP)是一种严重影响视力的遗传性眼病，全球约每4000人中就有1例患者。这种疾病主要表现为视网膜感光细胞逐渐退化，最终导致视力丧失。目前已知有94个基因突变与RP相关，但仍有大量病例无法得到有效治疗。在众多致病基因中，AGBL5(又称CCP5)编码的微管蛋白去谷氨酰化酶引起了研究人员的特别关注。这种酶对维持纤毛结构和功能至关重要，而纤毛正是视网膜感光细胞中负责光信号转导的关键细胞器。

以往研究发现，AGBL5缺陷会导致微管蛋白谷氨酰化水平异常升高，进而影响纤毛形成和功能。在斑马鱼和小鼠模型中，AGBL5缺失会引起纤毛运动障碍、视网膜变性等症状。2015年首次报道人类RP患者中存在AGBL5突变后，又有11个突变位点被陆续发现。然而，AGBL5在人类视网膜细胞中的具体作用机制仍不清楚，针对该基因突变的治疗策略也尚未开发。这些未解之谜促使Suly S. Villa-Vasquez等研究人员决定在人类视网膜色素上皮细胞中建立AGBL5缺陷模型，深入探究其分子机制并寻找潜在治疗靶点。

研究人员采用了多种关键技术方法开展研究：利用CRISPR/Cas9技术构建AGBL5基因敲除的ARPE19细胞系；通过RNA测序分析差异表达基因；采用免疫荧光和Western blot检测微管蛋白谷氨酰化水平；使用高分辨率共聚焦显微镜观察纤毛形态；通过基因转染和siRNA干扰进行表型挽救实验；结合免疫共沉淀和质谱分析鉴定AGBL5相互作用蛋白。

研究结果部分，在"AGBL5-/-突变细胞系的特征"中，研究人员成功构建了两个AGBL5基因敲除克隆(A7和A9)，证实这些细胞出现异常剪接，产生截短蛋白。Western blot显示敲除细胞中AGBL5蛋白水平降低约40%，同时微管蛋白分支点谷氨酰化(GT335)显著增加，但多聚谷氨酰化(polyE)信号反而减弱。在"AGBL5-/-导致谷氨酸侧链过量但不增加长度"部分，研究发现敲除细胞中纤毛数量减少约30%，长度缩短38-51%，证实AGBL5缺失严重影响纤毛发生。

在"通过外源表达AGBL5或TTLL5敲除挽救纤毛缺陷"部分，研究人员证明外源表达AGBL5-eGFP可完全恢复敲除细胞的纤毛长度和数量，同时使谷氨酰化水平恢复正常。更有意义的是，通过CRISPR敲除或siRNA干扰抑制谷氨酰化酶TTLL5的表达，同样能够部分挽救纤毛缺陷和降低超谷氨酰化水平。这些结果提示，针对TTLL5的干预可能成为治疗AGBL5相关RP的替代策略。

在"AGBL5蛋白相互作用体"部分，质谱分析鉴定出EXOC4和USP9X可能是AGBL5的新型相互作用蛋白。免疫共沉淀实验初步验证了这些相互作用，暗示AGBL5可能通过调控囊泡运输和蛋白稳定性来影响纤毛发生。

研究结论指出，AGBL5缺陷导致的微管蛋白超谷氨酰化是纤毛发生障碍的关键因素。这项工作首次在人类细胞模型中证实，通过基因补充(AGBL5过表达)或靶向干预(TTLL5抑制)均可挽救相关表型，为AGBL5相关RP的治疗提供了两种潜在途径。特别是TTLL5抑制策略，考虑到目前反义寡核苷酸(ASO)技术在眼科疾病治疗中的应用进展，可能更具临床转化前景。此外，发现的AGBL5相互作用蛋白为深入理解其分子机制提供了新线索。

这项研究的创新之处在于：首次在人类视网膜细胞中系统研究AGBL5功能；发现AGBL5缺失导致特定类型的谷氨酰化异常(分支点增加但侧链不延长)；提出并验证了两种潜在治疗策略；建立了便于开展高通量筛选的细胞模型。这些发现不仅对理解RP发病机制具有重要意义，也为开发针对微管蛋白翻译后修饰异常相关疾病的治疗策略提供了新思路。未来研究可在视网膜类器官模型和动物模型中进一步验证这些治疗策略的有效性和安全性。