治疗肌营养不良症的新进展：LARGE蛋白

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生物通快讯：肌营养不良症（muscular dystrophies）是一类遗传性疾病，其特征是肌肉组织退行性病变。研究者在对患一种类型的肌营养不良症的小鼠进行实验时发现，通过表达一种酶能够使病变肌肉组织恢复正常功能，而这种酶的功能是将一种与正常的肌肉结构密切相关的蛋白进行糖基化。

有趣的是，科学家发现，在由于基因缺陷而患有同型肌营养不良症患者的细胞中，表达这种叫做LARGE的蛋白时也出现类似的效果，表明这种方法可能对这种疾病的患者的临床治疗有帮助。

这项研究由爱荷华大学Howard Hughes医学院的研究人员Kevin P. Campbell领导的。其结果发表在2004年6月6日Nature Medicine的网络版上。文章的其它作者来自爱荷华大学、多伦多大学、乌普萨拉大学（瑞典）和东京国家神经学和精神病学研究中心。Campbell及其同事对这项研究进行了补充性工作，并阐明了LARGE蛋白在加工一种连接肌肉细胞和周围基质的蛋白质过程中的重要作用。这些研究的结果已经发表在2004年6月3日的Cell的网络版上。

近期的研究结果揭示一种类型的肌营养不良症与一类将肌肉蛋白α-dystrogylcan进行糖基化的酶的突变有关。没有糖基化，α-dystroglycan就不能行使将肌肉细胞内部骨架蛋白与外部基质相连接的功能。而这些细胞外基质能够为保护肌膜不被收缩损伤提供重要的结构支持。

剧烈的肌肉活动，尤其是当伴有拉伸的动作例如跑步下坡或下楼梯时，都会对肌肉细胞施加一定的压力。对于正常的肌肉而言，α-dystroglycan和周围基质直接的连接能够避免这种压力造成伤害。据Campbell的研究，患有肌营养不良症的病人缺乏这种连接从而使得肌肉容易受伤。

“大多数情况下，如果一个正常的人跑超过20英里，他的肌肉将会受到损伤。但是这些肌肉事实上能够进行自我修复”，Campbell说。“然而患肌营养不良症的病人会更快就出现肌肉的损伤，并最终失去修复功能。那就是他们变的虚弱的时候。”

据Campbell说，至少在六种不同类型的肌营养不良症中表现出缺乏糖基化酶。因此，研究人员想知道是否恢复糖基化酶的活性就可以纠正肌肉中的这种缺陷。为了证实这种想法，他们将小鼠中的一种特殊的糖基化酶基因LARGE突变后进行观察。

LARGE功能缺陷的小鼠患上了一种类型的肌营养不良症，与所观察到的一类病人的症状相似，而且这些小鼠通常被用作研究这种疾病的模型。在这些动物中，α-dystroglycan缺少糖基化且不能与细胞外的基质结合。

在Cell上发表的文章中，Campbell及其同事将LARGE确定为启动α-dystroglycan糖基化过程的重要的酶。他们在α-dystroglycan中发现了一种LARGE的识别位点，并且随后证明没有这种识别，α-dystroglycan在肌肉中就失去了它的功能。他们推测LARGE和α-dystroglycan间的相互作用是维持肌肉健康的关键的决定因素。

为了增加小鼠中LARGE的水平，研究人员构建出一种能够表达LARGE基因的病毒。当他们将这种病毒直接注射进只有几天大的小鼠肌肉中时，肌肉细胞产生了具有功能的LARGE蛋白。

LARGE在小鼠肌肉细胞中表达后，这个研究组研究了这些蛋白对肌肉结构和功能的影响。通过检测他们发现α-dystroglycan已经发生了糖基化反应并且α-dystroglycan能够与细胞外基质结合从而恢复了肌肉细胞和环境间的适当连接。在显微镜下观察时，这些肌肉没有萎缩肌肉的特征并且其形态与健康组织相同。更重要的是，研究者还发现当给健康小鼠注射后LARGE的表达对正常肌肉组织没有任何病理影响。

研究者接着又检测小鼠以确定LARGE表达产生的这种生理变化是否对肌肉功能产生良好帮助。研究者让转基因和没有转基因小鼠进行下坡跑步，他们发现肌营养不良但有导入的LARGE基因的小鼠明显的出现较少的肌肉损伤。

根据小鼠实验中得出的令人鼓舞的结果，研究者转向测定在患肌营养不良症的病人的细胞增加LARGE是否有同样的效果。实验所用细胞来源于三种不同类型的肌营养不良症病人，这些类型分别为福山型先天性肌营养不良症（Fukuyama congenital muscular dystrophy）、muscle-eye-brain disease和Walker-Warburg症候群。研究者将这些细胞用携带有LARGE基因的病毒进行处理。

事实上，增加LARGE基因对人类细胞的效果与前面提到对小鼠细胞相同。在病毒处理前，细胞中的α-dystroglycan缺少正常的糖基，但是当LARGE基因表达时糖基化反应得到恢复。

“我们能够在实验室中培养来自患肌营养不良症病人的细胞，这个实验的效果非常好，这表明我们能够用LARGE来纠正细胞中的缺陷”，Campbell说。而且，虽然每种类型的细胞有不同的酶突变，但是三种类型的细胞中糖基化反应都有相似的提高。这表明不管病人细胞中哪种糖基化酶突变，增加LARGE水平都对病情有所帮助。

“我们认为至少在所有与糖基化有关的肌营养不良症，LARGE都可能恢复α-dystroglycan的功能。这就有可能发展出针对一种类型的肌营养不良症的疗法。如果我们能构建一种能够刺激LARGE活性药物，那么我们就有可能克服在这些不同形式的肌营养不良症所造成的缺陷”，Campbell说。

他认为尽管有可能利用类似实验中对小鼠的基因疗法将LARGE基因引入到病人体内，但在基因治疗操作中仍然有许多困难需要克服，而且药物方法可能会更恰当些。”

Campbell指出，研究人员甚至已经在正常组织中观察到LARGE促进了α-dystroglycan与细胞外基质的结合。这表明LARGE也可能通过改善肌肉细胞和它周围基质间的联系，从而有助于非糖基化缺陷的肌营养不良症的治疗。