共济失调（Ataxia）是一类以运动协调性杂乱为主要特征的神经系统症状，，，临床体现包括步态不稳、损失平衡、吞咽难题、眼球运动异常、肌张力受损等。。。。。其中，，，遗传性共济失调具有高度的临床和遗传异质性，，，病死率和病残率较高，，，约占神经系统遗传性疾病的10%～15%，，，现在此类疾病的治疗仍为天下难题。。。。。2014-2015年，，，两个国际研究团队划分报道了一种新型遗传性共济失调（spinocerebellar ataxia, autosomal recessive 20, SCAR20）[1, 2]，，，SCAR20患者体现为早发性小脑萎缩和严重的运动失衡，，，全基因组测序效果发明该病是由SNX14基因突变所致，，，但详细发病的机制未知，，，治疗更无从谈起。。。。。
2020年，，，厦门大学医学院神经科学研究所王鑫教授团队在《国家科学谈论》（National Science Review）上揭晓题为“SNX14 deficiency-induced defective axonal mitochondrial transport in Purkinje cells underlies cerebellar ataxia and can be reversed by valproate”的研究效果[3]。。。。。该研究首次从轴突线粒体运输这一全新视角展现了一类遗传性共济失调（spinocerebellar ataxia, autosomal recessive 20, SCAR20）的发病机制，，，并发明抗癫痫药--丙戊酸大幅度减缓模子小鼠的疾病历程，，，具有较强的转化应用价值，，，有望为共济失调提供新的治疗手段。。。。。
作者简介：
王鑫，，，厦门大学医学院神经科学研究所教授、博士生导师，，，国家自然科学基金优青项目获得者（2018年），，，福建省“闽江学者”特聘教授，，，福建省“百人妄想”专家，，，厦门市首届优异青年人才。。。。。王鑫教授课题组主要致力于神经系统疾病的致病机理和药物靶点探索。。。。。近年在Nat Med、Natl Sci Rev、Sci Adv、PloS Biol等国际着名学术期刊揭晓研究论文20余篇。。。。。王鑫教授课题组因事情需要，，，热忱接待优异博士后加盟，，，同时接待优异学子报考厦门大学医学院神经科学研究所王鑫教授课题组研究生。。。。。联系方法：wangx@xmu.edu.cn
效果
1.SCAR20的“罪魁罪魁”是小脑浦肯野细胞的自觉性殒命
首先，，，研究职员通过Snx14flox/flox（Snx14f/f）小鼠和Nestin-Cre小鼠（由Nestin启动子驱动表达的Cre重组酶，，，Nestin在神经元和胶质细胞前体表达）杂交构建Snx14条件性敲除小鼠（cKO）模拟SCAR20疾病模子，，，并借助旋转杆清静衡木行为学范式发明，，，特异性敲除中枢神经系统Snx14可导致小鼠从1月龄最先泛起SCAR20表型，，，体现为轻度运动协调性杂乱，，，且在2、3月龄时，，，其运动协调性杂乱征象逐渐恶化（图1A-C）。。。。。
接下来，，，作者借助组织学和病理学剖析发明，，，cKO小鼠的浦肯野细胞显着镌汰（图1D,E）。。。。。同时，，，平衡木行为学实验效果显示，，，浦肯野细胞数目与足部滑移呈负相关（图1F），，，这提醒了小鼠运动协调性杂乱中保存Snx14依赖的浦肯野细胞变性。。。。。进一步，，，作者借助浦肯野细胞标记物碳酸碱酶8（carbonic anhydrase 8, CA8）举行免疫荧光染色，，，效果发明，，，Snx14f/f小鼠中约为16%的CA8阳性的浦肯野细胞轴索肿胀，，，透射电镜（TEM）视察发明，，，在这些肿胀的轴突中线粒体、溶酶体和其他细胞器泛起异常唬唬积累（图1G-I）。。。。。
图1 SNX14缺陷导致小鼠运动协调性杂乱和浦肯野细胞变性
由于Snx14 mRNA主要在小鼠小脑的浦肯野细胞中表达[Allen Brain Atlas]，，，基于此，，，研究职员通过将Snx14f/f与Pcp2-Cre转基因鼠杂交，，，构建浦肯野细胞特异性Snx14 KO（Snx14f/f:Pcp2-Cre）小鼠模子。。。。。行为学实验效果显示，，，3、4月龄的Snx14f/f:Pcp2-Cre小鼠体现出运动协调性障碍征象（图2A）。。。。。别的，，，与cKO小鼠类似，，，随着年岁的增添，，，Snx14f/f:Pcp2-Cre小鼠浦肯野细胞受损，，，泛起轴突肿胀征象（图2B-F）。。。。。
Allen Brain Atlas (www.brainatlas.org)
图2 Snx14缺失导致浦肯野细胞的细胞自觉性殒命
上述效果提醒了，，，SCAR20的“罪魁罪魁”是小脑浦肯野细胞的自觉性殒命，，，浦肯野细胞殒命爆发的细胞碎片激活小胶质细胞，，，继而进一步增进浦肯野细胞殒命，，，形成恶性循环。。。。。至终末期，，，浦肯野细胞险些消亡殆尽。。。。。
2.Snx14缺陷导致浦肯野细胞线粒体功效障碍
接下来，，，为探讨SCAR20中浦肯野细胞自觉性殒命的分子机制，，，作者借助TMT定量卵白组学手艺对1月龄的Nestin-Cre和cKO鼠小脑的整体卵白质组表达谱举行了剖析，，，共判断出222个差别表达卵白（differentially expressed proteins, DEPs）显著上调，，，352个DEPs显著下调（图3A）。。。。。值得注重的是，，，这些下调的DEPs中视察到线粒体富集征象（图3B）。。。。。
浦肯野细胞是脊椎动物脑内体积最大的神经元之一，，，其树突分支极其细腻、重大，，，每个神经元可接受来自上游2万个颗粒细胞的轴突投射，，，云云重大的细胞“机械”运作需要重大的能量供应，，，同时对能量缺乏异常敏感。。。。。通过对小脑举行系统的组学剖析和功效学研究发明，，，cKO鼠小脑中浦肯野细胞的线粒体功效缺陷、活性氧自由基太过爆发（图3C-H）。。。。。作为细胞的“能量工厂”，，，线粒体功效受损对能量需求兴旺的浦肯野细胞无疑是致命攻击。。。。。
图3 Snx14缺陷导致浦肯野细胞线粒体功效障碍
3.Snx14缺陷导致Spastin卵白降解，，，影响线粒体运输
进一步，，，作者借助TEM视察到在Snx14 缺失的浦肯野细胞肿胀的轴突中，，，泛起线粒体群集和微管杂乱征象（图4A-C）。。。。。由于轴突“货物”运输依赖于线性微管组织，，，因此，，，研究职员使用实时显微成像手艺监测Snx14缺陷神经元轴突中的线粒体运动。。。。。效果显示，，，Snx14缺失神经元轴突中运动的线粒体数目显着镌汰，，，导致线粒体顺逆行运输受损（图4D）。。。。。随后，，，研究职员借助卵白质组学剖析手艺发明SNX14通过与微管剪切卵白Spastin相互作用施展功效，，，SNX14缺陷导致Spastin卵白降解（图4E-J），，，从而影响神经元轴突中微管的正常剪切，，，破损微管结构动态性，，，进而使依赖微管运输的“货物”（线粒体等细胞器）“派送”异常，，，导致浦肯野细胞因细胞能量供应障碍而殒命。。。。。
图4 SNX14缺失破损微管结构和线粒体运输
4.丙戊酸改善小鼠的SCAR20表型
基于上述效果，，，该研究团队进一步从改善轴突运输和线粒体功效入手寻找治疗的药物。。。。。丙戊酸（valproate,VPA）作为抗癫痫常用药而被人们熟知，，，其临床应用已靠近60年，，，药效及清静性较为明确。。。。。值得一提的是，，，VPA在神经元轴突重塑和生长方面具有主要调控作用[4-5]，，，使用这一功效，，，研究职员实验对SCAR20模子小鼠举行治疗。。。。。他们在出生后25天（P25）cKO小鼠一连35天腹腔注射VPA，，，随后检测其行为和小脑心理转变（图5A）。。。。。效果显示，，，慢性注射VPA可显著改善cKO小鼠的运动协调性（图5B），，，同时，，，VPA还改善了在小脑分子层（molecular layer,ML）的厚度，，，抑制了浦肯野细胞的丧失，，，并恢复了相关基因信号（图5C-F）。。。。。别的，，，体外作育浦肯野细胞，，，经VPA处置惩罚后，，，Snx14 KO浦肯野细胞的细胞巨细和分支重漂后也获得改善（图5H,I）。。。。。
图5 VPA改善Snx14 缺陷小鼠共济失调表型
最后，，，研究职员对VPA的治疗机制举行探讨。。。。。发明VPA可以显著改善轴突病变及微管杂乱征象（图6A-C），，，别的，，，VPA处置惩罚也缓解了Snx14缺失的浦肯野细胞中线粒体轴突异常唬唬积累（6D），，，同时，，，借助延时显微镜对轴突线粒体运动举行了视察，，，发明VPA可以显著恢复Snx14 KO神经元线粒体运输和功效（图6E-G）。。。。。
图6 VPA恢复了线粒体功效和运输
结论
该研究通过构建多个Snx14条件性敲除小鼠模子，，，证实引起SCAR20的“罪魁罪魁”是小脑浦肯野细胞的自觉性殒命。。。。。接下来，，，作者借助系统的组学剖析、功效学研究、行为学等手艺手段展现SCAR20中浦肯野细胞自觉性殒命的分子机制，，，发明Snx14缺失可导致浦肯野细胞的线粒体功效缺陷、活性氧自由基太过爆发，，，别的，，，SNX14通过与微管剪切卵白Spastin相互作用施展功效，，，SNX14缺陷导致Spastin卵白降解，，，从而影响神经元轴突中微管的正常剪切，，，破损微管结构动态性，，，进而使依赖微管运输的“货物”（线粒体等细胞器）“派送”异常，，，导致浦肯野细胞因细胞能量供应障碍而殒命。。。。。最后，，，该研究团队从改善轴突运输和线粒体功效入手，，，发明抗癫痫常用药--丙戊酸，，，可改善小鼠的共济失调表型，，，抑制浦肯野细胞的殒命，，，削弱神经炎症，，，同时线粒体运输和功效也获得一定恢复。。。。。受到丙戊酸在SCAR20模子小鼠上优异治疗效果的鼓舞，，，研究团队期望进一步在临床试验中评价丙戊酸“老药新用”的可能性，，，让SCAR20患者早日受益。。。。。另外，，，进一步评价丙戊酸是否适用于其它类型的遗传性共济失调（尤其以浦肯野细胞殒命为特征的），，，也将是未来研究的一个主要偏向。。。。。
SCAR20发病的分子/细胞学机制及治疗示意图
厦门大学医学院助理教授张洪峰和博士生洪育娟配合完成主要实验事情，，，为文章的配合一作，，，王鑫教授为文章通讯作者。。。。。本研究事情获得国家自然科学基金、国家重点研发妄想项目、福建省自然科学基金、厦门大学校长基金的资助和支持。。。。。
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原文链接：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwab024/6132275
参考文献
1. Akizu N, et al. Biallelic mutations in SNX14 cause a syndromic form of cerebellar atrophy and lysosome-autophagosome dysfunction. Nat Genet 2015;47(5):528-34. doi: 10.1038/ng.3256.
2. Thomas AC, et al. Mutations in SNX14 cause a distinctive autosomal-recessive cerebellar ataxia and intellectual disability syndrome. Am J Hum Genet 2014;95(5):611-21. doi: 10.1016/j.ajhg.2014.10.007.
3. Zhang HF, et al. SNX14 deficiency-induced defective axonal mitochondrial transport in Purkinje cells underlies cerebellar ataxia and can be reversed by valproate. NSR. doi:10.1093/nsr/nwab024.
4. Bachmann RF, et al. Common effects of lithium and valproate on mitochondrial functions: protection against methamphetamine-induced mitochondrial damage. International Journal of Neuropsychopharmacology 2009; 12(6):805-822. doi: 10.1017/S1461145708009802
5. Biermann J, et al. Valproic acid-mediated neuroprotection and regeneration in injured retinal ganglion cells. Invest Ophthalmol Vis Sci 2010; 51(1):526-34. doi: 10.1167/iovs.09-3903.
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