科学家发现了一组致命的儿童神经退行性疾病的生物标志物和治疗方法

德克萨斯州儿童医院和贝勒医学院的一项令人兴奋的研究已经确定了分子生物标志物和两种治疗婴儿神经轴索营养不良(INAD)的有效方法，这是一种破坏性和致命的儿童神经退行性疾病。

在一篇发表于eLife贝勒医学院杰出服务教授Hugo J. Bellen博士和他在德克萨斯儿童医院Jan and Dan Duncan神经研究所(Duncan NRI)的研究团队使用各种INAD疾病模型来发现这种疾病的关键分子特征，这将帮助研究人员和临床医生为INAD患者设计有针对性和有效的治疗方法。

该研究进一步扩展了这些发现，以确定四种已知药物和一种新的临床前靶向基因治疗方法，成功逆转了INAD动物模型中一些潜在的分子缺陷，缓解了疾病症状，并延长了寿命。

这项工作为INAD/ pla2g6相关的神经退行性疾病提供了令人难以置信的进展，并为这些目前无法治疗的疾病提供了可行和有效的治疗方案。

脂质循环中断是INAD症状的基础

INAD是一种罕见的神经系统疾病，会导致受影响儿童的运动和认知能力迅速退化。它的特点是肌肉张力的丧失，癫痫发作，某些大脑区域的解体和视觉障碍。通常情况下，患有INAD的儿童无法活过他们生命的第一个十年。

它是由PLA2G6基因的变异引起的，该基因编码一种叫做A2磷脂酶的酶。PLA2G6的变异导致INAD和其他两种后发性帕金森样疾病，非典型NAD (aNAD)和帕金森病14 (PARK14)，它们被统称为PLA2G6相关神经退行性变(PLAN)。

林光博士和贝伦实验室的其他人在2018年的一项研究中报告说，缺乏PLA2G6基因的果蝇表现出缓慢进行性神经退行性变的迹象，如寿命缩短、运动和视力缺陷，并表现出与INAD患者神经元相似的细胞特征。此外，他们发现细胞脂质的异常循环和运输是INAD疾病症状的主要原因。

为了以最少的能量消耗维持膜内脂质的最佳平衡，细胞通过细胞内循环途径对神经酰胺磷酸乙醇胺(CPE)和鞘磷脂(SM)等膜脂质进行再利用和循环。逆转录蛋白是循环途径的重要组成部分，该途径在各种细胞成分到达溶酶体之前从内吞膜中提取，并将其带回质膜。

未回收的CPE和SM被运送到溶酶体，在那里它们被分解成神经酰胺，然后在膜中重新使用。Bellen团队发现，INAD果蝇中PLA2G6蛋白的缺失破坏了逆转录复合物的稳定，并破坏了其回收能力，从而导致神经酰胺积累。

林博士等人在本文中测试的第一个问题是INAD细胞缺陷在不同物种之间是否在进化上是保守的。

他们发现，来自患者细胞的多巴胺能神经元和来自与INAD有关的大脑区域的PLA2G6突变小鼠神经元表现出类似的细胞缺陷——神经酰胺的积累，溶酶体的增大以及细胞的能量工厂线粒体的结构和功能缺陷——这表明它们在INAD/PARK14的发病机制中起着关键作用。

四种已知药物逆转INAD果蝇和患者来源的神经元细胞的疾病症状

他们的下一个目标是确定INAD的治疗策略。他们首先查阅了医学文献，找到了已报道的调节鞘脂代谢、细胞内蛋白质转运和治疗帕金森病的药物。利用这些标准，他们发现了20种潜在的候选药物，这些药物的疗效在INAD果蝇中进行了测试，使用刘海敏感性试验作为癫痫发作的读数。

“在这些药物中，有四种已知药物显示出对这些果蝇癫痫易感性的剂量依赖性改善，并且在INAD患者来源的神经祖细胞中没有表现出任何毒性迹象，”贝伦实验室的助理教授林博士说。

“此外，这些药物还显示出pla2g6诱导的细胞缺陷的显著逆转，并降低神经酰胺水平以及溶酶体的大小，这表明细胞内交通流的恢复”。令人鼓舞的是，其中三种药物被用于治疗其他疾病。

临床前基因治疗抑制INAD患者来源细胞和小鼠模型的运动缺陷

他们的下一个目标是测试基因疗法是否能有效治疗INAD患者。

贝伦研究小组此前发现，在INAD果蝇模型中，PLA2G6基因的人类版本的全身表达逆转了神经退行性变的症状，恢复了正常的寿命。然而，该转基因基因仅在神经元中的特异性表达挽救了神经退行性表型，但没有延长寿命。这表明，尽管该基因在神经系统中起着至关重要的作用，但在其他细胞中也需要它。

基于这一观察，他们设计了一种基于腺相关病毒(AAV)的基因治疗方法，将人类PLA2G6基因传递到尽可能多的细胞类型中。有趣的是，这些病毒载体在INAD患者来源的表达神经前体细胞诱导人PLA2G6低水平表达，这足以部分缓解两个关键症状:溶酶体扩张和线粒体结构缺陷。

在这些有希望的结果的鼓舞下，研究小组将人PLA2G6注射到脑脊髓液(脑室)和血流，并发现这种转基因的表达不仅对小鼠是安全的，而且还成功地推迟了运动缺陷的发生，并延长了成年症状前INAD小鼠的寿命。

Bellen博士说:“我们希望这项研究不仅能促进我们对INAD/ pla2g6相关疾病的潜在机制的理解，而且这些有价值的见解将引起人们对这组致命疾病的更多兴趣，并加速治疗的发展，这是受影响的儿童及其家庭的迫切需要。”