文獻(xiàn)解讀：CAOP綜合征的致病基因MBTPS1及其致病機(jī)制

白內(nèi)障-禿發(fā)-口腔黏膜病-銀屑病樣綜合征（CAOP綜合征）是一種極其罕見的疾病，其特征為早發(fā)性雙側(cè)白內(nèi)障、全身性非瘢痕性禿發(fā)、口腔黏膜疾病以及嚴(yán)重的銀屑病樣皮膚損傷。目前，CAOP綜合征的發(fā)病機(jī)制仍不清楚。

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院姚志榮/李明/張思團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年研究，首次報(bào)告膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子肽酶/位點(diǎn)1蛋白酶（MBTPS1/S1P）是CAOP綜合征的致病基因，并闡明了MBTPS1突變的致病機(jī)理。他們還發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充核黃素可改善CAOP綜合征患者的炎性病變，為這種罕見皮膚病的治療指明了方向。

這項(xiàng)研究成果于近日發(fā)表在《EMBO Molecular Medicine》雜志上。新華醫(yī)院的陳付英、倪成、王曉曉、程茹虹、潘超蘭為本文共同第一作者，新華醫(yī)院皮膚科姚志榮教授和李明教授、復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張思教授為該論文的共同通訊作者。
 

研究材料
在這項(xiàng)研究中，研究人員構(gòu)建了皮膚特異性Mbtps1條件性敲除小鼠模型以及Mbtps1敲低的mbtps1-MO斑馬魚模型（其中Mptps1條件性敲除小鼠模型由賽業(yè)生物提供）。體外研究則采用了MBTPS1-KO HaCaT細(xì)胞。

技術(shù)方法
他們?cè)谘芯恐胁捎昧硕囗?xiàng)技術(shù)，包括全外顯子組測(cè)序分析、Western blotting、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性分析。在分析S1P的結(jié)合伴侶時(shí)，他們使用了免疫熒光、LC-MS/MS分析和GST pull-down分析等。他們還通過多種分析測(cè)定了線粒體的代謝水平。

技術(shù)路線

01全外顯子組測(cè)序發(fā)現(xiàn)CAOP患者的S1P變異

02S1P能與ETFA和ETFB相互作用并維持ETF穩(wěn)定性

03S1P變異使ETFA/ETFB不穩(wěn)定并損害線粒體呼吸

04核黃素治療可改善CAOP患者的線粒體功能障礙

研究結(jié)果
1.測(cè)序發(fā)現(xiàn)CAOP綜合征的致病變異
研究人員發(fā)現(xiàn)了兩例CAOP綜合征的散發(fā)病例，一例是14歲的中國(guó)男孩（患者1），另一例是5歲的西班牙女孩（患者2）。兩名患者均表現(xiàn)出輕度的毛囊角化癥、雙側(cè)白內(nèi)障、全身性禿發(fā)、銀屑病樣病變和甲溝炎等。他們的臨床癥狀與所有已知皮膚病不同，且患者1對(duì)常規(guī)療法無(wú)應(yīng)答。全外顯子組測(cè)序和Sanger測(cè)序在患者的MBTPS1/S1P基因中鑒定出雜合變異。

考慮到患者1的線粒體數(shù)量顯著增加和線粒體形態(tài)異常的癥狀，研究人員想了解這是否由S1P缺乏引起。他們構(gòu)建了Mbtps1-cKO小鼠模型，并發(fā)現(xiàn)這些小鼠也表現(xiàn)出銀屑病樣病變、脂質(zhì)積累和線粒體異常的表型。同樣，mbtps1-MO斑馬魚模型也觀察到線粒體自噬和線粒體異常的表型。

2.S1P與ETFA和ETFB相互作用
研究人員通過一系列分析表明，S1P是一種新型線粒體蛋白，存在于線粒體基質(zhì)空間內(nèi)。MBTPS1的突變影響了其與線粒體表面受體分子（TOM20、TOM70和TIM23）的結(jié)合，破壞了它們的線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)。

在篩選了S1P的互作蛋白后，研究人員對(duì)潛在的結(jié)合蛋白開展了生物信息學(xué)分析。蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)表明，電子轉(zhuǎn)移黃素蛋白（ETF）可能在S1P相關(guān)的線粒體信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮核心作用。缺乏核黃素（維生素B2）會(huì)導(dǎo)致白內(nèi)障、畏光、口腔炎、角化過度和發(fā)育遲緩等癥狀，這些癥狀與CAOP綜合征的癥狀有一定的相似性。共聚焦免疫熒光分析進(jìn)一步證實(shí)，S1P能與ETFA和ETFB形成三聚體復(fù)合物（圖1）。
 

圖1 S1P與ETFA和ETFB蛋白形成三聚體復(fù)合物

3.S1P異常損害線粒體呼吸
研究人員發(fā)現(xiàn)，患者1的皮膚活檢中的ETFA和ETFB蛋白水平下降，但mRNA表達(dá)沒有出現(xiàn)顯著變化。同樣，MBTPS1-KO HaCaT細(xì)胞和Mbtps1-cKO小鼠中也觀察到ETFA和ETFB的蛋白水平下降，除此之外，MBTPS1敲除不影響ETF的mRNA表達(dá)水平，但誘導(dǎo)ETF快速降解，這表明S1P可能維持了ETF的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。

與野生型S1P相比，突變型S1P與ETFA和ETFB的結(jié)合減少，這表明MBTPS1變異失去了與ETF形成三聚體復(fù)合物的能力。后續(xù)的分析表明，野生型S1P可以通過與ETFA/ETFB結(jié)合及隨后的ETF黃素化（flavination），增強(qiáng)ETF的穩(wěn)定性，而突變型S1P卻失去了這種能力（圖2）。

耗氧率（OCR）的測(cè)定結(jié)果表明，與對(duì)照細(xì)胞相比，MBTPS1-KO HaCaT細(xì)胞的線粒體呼吸減少。為此，研究人員采用靶向代謝組學(xué)分析來(lái)研究S1P如何影響能量代謝。結(jié)果表明，S1P的缺失會(huì)損害線粒體呼吸和三羧酸循環(huán)（TCA），并導(dǎo)致線粒體代謝從氧化磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒狻?/span>
 

圖2 S1P功能障礙破壞了ETF黃素化和穩(wěn)定性

4.核黃素療法可減輕患者的炎性病變
考慮到MBTPS1變異破壞了ETF的穩(wěn)定性，研究人員提出用核黃素來(lái)逆轉(zhuǎn)線粒體異常并治療CAOP綜合征。正如預(yù)期的那樣，核黃素以濃度依賴性的方式逆轉(zhuǎn)了S1P缺乏導(dǎo)致的ETFA和ETFB減少，并恢復(fù)了線粒體呼吸和細(xì)胞ATP產(chǎn)生。

患者1在口服核黃素之前對(duì)各種治療方案均無(wú)應(yīng)答。從14歲開始，他每天口服核黃素，并對(duì)這種療法表現(xiàn)出良好的應(yīng)答。在3年的隨訪過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)患者1的嚴(yán)重炎性病變顯著減輕，畏光和舌裂略有改善。這些數(shù)據(jù)表明，MBTPS1變異導(dǎo)致的ETF降解和線粒體異常引起了CAOP綜合征以及嚴(yán)重炎性病變。

研究結(jié)論
總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究表明MBTPS1變異引起了CAOP綜合征。S1P可作為一種新型的線粒體蛋白結(jié)合伴侶，與ETFA和ETFB形成三聚體復(fù)合物，增強(qiáng)ETF的黃素化，從而維持其穩(wěn)定性（圖3）。這項(xiàng)研究也首次證實(shí)，CAOP綜合征患者對(duì)核黃素療法有應(yīng)答。
 

圖3 S1P調(diào)控細(xì)胞呼吸的推測(cè)機(jī)制

原文檢索：
Chen F, Ni C, Wang X, et al. S1P defects cause a new entity of cataract, alopecia, oral mucosal disorder, and psoriasis-like syndrome. EMBO Mol Med. 2022 May 9;14(5):e14904. doi: 10.15252/emmm.202114904. Epub 2022 Apr 1. PMID: 35362222; PMCID: PMC9081911.