發(fā)布時(shí)間：2022-11-29 10:30:00
11月29日，《Cell Discovery》期刊在線發(fā)表了題為“Loss of function of CMPK2 causes mitochondria deficiency and brain calcification”的研究論文，該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心熊志奇研究組與福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科陳萬金/王檸教授團(tuán)隊(duì)、山東大學(xué)齊魯醫(yī)院焉傳祝/趙翠萍團(tuán)隊(duì)合作完成。該研究發(fā)現(xiàn)CMPK2基因雙突變可導(dǎo)致線粒體功能障礙，并引起家族性腦鈣化癥（Familial Brain Calcification，FBC）。
腦鈣化病是一種影響廣泛的神經(jīng)疾病，在老年人中發(fā)生率高達(dá)20%，由于其發(fā)病機(jī)制不清楚，臨床上缺乏有效的治療手段。FBC是一種以雙側(cè)基底節(jié)、小腦等腦區(qū)病理性鈣化灶沉積為特征的神經(jīng)遺傳病，臨床癥狀包括進(jìn)行性運(yùn)動(dòng)、精神、認(rèn)知障礙和頭痛等。最常見的FBC包括原發(fā)性家族性腦鈣化癥（PFBC）、Aicardi-Goutières綜合征（AGS），假性甲狀旁腺功能減退癥等。FBC的遺傳基因鑒定對(duì)解析腦鈣化發(fā)生的分子細(xì)胞機(jī)理非常重要。過去十年已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)FBC特別是PFBC的關(guān)聯(lián)基因，然而仍有40%以上的家族性患者的遺傳因素尚未明確。
福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院陳萬金教授團(tuán)隊(duì)通過多年積累，建立了117個(gè)FBC家系和365個(gè)散發(fā)腦鈣化患者的臨床隊(duì)列。運(yùn)用全外顯子測(cè)序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)福建和山東的兩個(gè)具有類似臨床表征和腦鈣化影像特征的家系患者均帶有CMPK2基因的隱性突變或雙雜合突變。進(jìn)一步，采用Sanger測(cè)序驗(yàn)證了兩個(gè)家系中的CMPK2基因突變與腦鈣化符合共分離特征。CMPK2 基因編碼一種定位于線粒體的UMP-CMP kinase 2 (CMPK2)蛋白質(zhì)，是線粒體中負(fù)責(zé)將(d)CMP/UMP轉(zhuǎn)化成(d)CDP/UDP關(guān)鍵酶。
腦智卓越中心熊志奇研究組與陳萬金團(tuán)隊(duì)合作，構(gòu)建了突變蛋白質(zhì)表達(dá)質(zhì)粒，發(fā)現(xiàn)病人的突變?cè)斐?/span>CMPK2不能定位在線粒體。采集新鮮外周血提取血細(xì)胞RNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，并采用基因功能注釋的GO分析發(fā)現(xiàn)患者群體的差異性生物學(xué)通路出現(xiàn)多個(gè)線粒體和能量代謝相關(guān)通路的富集。利用原位雜交技術(shù)等表達(dá)分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，小鼠腦內(nèi)的Cmpk2基因主要在神經(jīng)元和血管內(nèi)皮細(xì)胞呈現(xiàn)表達(dá)富集。Cmpk2敲除的小鼠腦組織線粒體DNA拷貝數(shù)減少。原代神經(jīng)元培養(yǎng)分析顯示，CMPK2缺失可造成線粒體關(guān)鍵蛋白如COX4, Cytochrome C的表達(dá)量降低，ATP合成減少以及細(xì)胞內(nèi)無機(jī)磷酸根濃度增高。電鏡觀察顯示，對(duì)線粒體功能至關(guān)重要的線粒體嵴結(jié)構(gòu)在CMPK2缺失的細(xì)胞中被破壞。在鈣化表型方面， Cmpk2基因敲除小鼠（Cmpk2-KO）以及帶有患者突變的Cmpk2基因突變敲入(knockin, Cmpk2-KI）小鼠的丘腦區(qū)均出現(xiàn)年齡依賴的異常鈣化沉積。
該研究證明了CMPK2基因突變是FBC的遺傳致病因素之一，拓展了此前關(guān)于腦鈣化發(fā)生的細(xì)胞學(xué)機(jī)制，即：CMPK2缺失引發(fā)線粒體核苷酸合成缺陷，并可能通過影響線粒體內(nèi)的無機(jī)磷酸根穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致腦鈣化和多種臨床癥狀的發(fā)生。
福建醫(yī)科大學(xué)的陳萬金、王檸和吳志英教授（現(xiàn)任浙江大學(xué)附屬第二醫(yī)院醫(yī)學(xué)遺傳科/罕見病診治中心主任）與腦智卓越中心熊志奇研究組長期合作進(jìn)行疾病基因的篩查與機(jī)理研究。在發(fā)作性運(yùn)動(dòng)誘發(fā)性運(yùn)動(dòng)障礙(PKD)領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)了首個(gè)致病基因PRRT2 (Nature Genetics, 2011)和第二個(gè)致病基因TMEM151A (Cell Discovery, 2021)。在家族性腦鈣化病方向，發(fā)現(xiàn)了首個(gè)PFBC的隱性突變致病基因MYORG (Neuron, 2018)，以及本次工作的CMPK2 (Cell Discovery, 2022)。2020年，雙方團(tuán)隊(duì)在國際醫(yī)學(xué)雜志BMJ發(fā)表分析文章，探討單基因腦疾病的研究現(xiàn)狀和未來展望(BMJ, 2020)。以新的致病基因?yàn)榍腥朦c(diǎn)，闡明發(fā)作性運(yùn)動(dòng)障礙和腦鈣化等腦疾病發(fā)生的機(jī)理 (Cell Res, 2017; Cell Reports, 2021)，有望為疾病的診治帶來突破性進(jìn)展。
中科院腦智卓越中心光學(xué)成像平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)鼠房、電鏡平臺(tái)和非人靈長類研究平臺(tái)，在疾病模型制作、飼養(yǎng)和成像方面提供了大力協(xié)助。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國科學(xué)院、科技部的資助。
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