
患者模型先确认酶缺失与溶酶体积累
威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)等团队在 Journal of Biological Chemistry 建立庞贝病的心肌细胞模型,比较 2 个患者和 2 个对照的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌。
患者模型缺少可检测的酸性 α-葡萄糖苷酶活性,电镜显示溶酶体内积累糖原。研究用这一已知疾病表型检验模型,再分析心肌收缩及细胞内蛋白加工。
统一搏动训练后,收缩差异减小
团队把细胞组成工程心肌组织,培养 2 周后测量恒长收缩力。一条患者细胞系的组织最初收缩较快,其自发频率也高于其他组。
为减少不同自发频率的影响,研究在最后 1 周统一采用 2.5 Hz 刺激。训练后,患者与对照的归一化收缩及舒张曲线没有一致差异。
氯喹试验区分自噬与糖基化变化
研究用氯喹暂时阻断溶酶体酸化,再撤药观察恢复。各组自噬相关蛋白 LC3-II 均积累,随后大体回到基础水平;患者组没有表现出持续的自噬清除障碍,其他自噬指标也未见显著差异。
溶酶体相关膜蛋白 LAMP1 和 LAMP2 则呈现不同结果:患者心肌中的蛋白条带分布与对照不同,提示糖基化程度降低。氯喹处理后,这些条带向较充分糖基化的形式移动。
高尔基体与糖链分析支持加工缺陷
brefeldin A 干扰高尔基体功能后,对照心肌也出现类似患者的 LAMP 蛋白条带。相反,用蔗糖引起溶酶体膨大时,对照没有出现同样条带变化,说明一般性的溶酶体积累不足以解释本次结果。
糖苷酶处理、等电聚焦及质谱进一步显示,患者心肌的部分复杂 N-连接糖链分支减少,LAMP2 的酸性糖修饰也较少。患者的皮肤成纤维细胞和未分化 iPSC 没有出现相同的 LAMP 条带差别。
另一种参与细胞外基质结合的糖蛋白 α-肌营养不良聚糖,糖基化与层粘连蛋白结合在患者及对照间相近。作者因此将异常限定为受测的部分糖基化过程。
模型为后续干预提供可测的疾病表型
研究用多种测量把糖原积累、收缩、自噬和糖基化分别比较,提出以糖链加工异常作为后续机制与治疗研究的方向。氯喹和 brefeldin A 在本文分别用于探查溶酶体酸化与高尔基体加工。