Science揭示超级明星药物的新作用

　　

生物通报道  移植抗排斥药物雷帕霉素（rapamycin）在一个致命性缺陷小鼠模型中对细胞的线粒体显示出了意外的益处。罹患Leigh综合征的儿童表现为进行性脑损伤、肌肉无力、丧失协调或肌肉控制能力，体重减轻，往往死于呼吸衰竭。

Leigh综合征通常在1岁前得到确诊。受累患儿很少能活过6岁或7岁。目前，这一疾病可由几种不同的潜在病因所引起，没有有效的治疗方法。

在发表于11月15日《科学》（Science）杂志上的一篇论文中，华盛顿大学的人员报告称他们发现用雷帕霉素治疗可大大地提高Leigh综合征小鼠模型生存，减缓疾病进程。每天注射一次，这种药物可以延迟神经症状出现，减少大脑炎症，防止脑损害。

在大部分生命历程中，治疗小鼠呼吸及运动正常，平均和最长寿命显著延长。这种疾病小鼠的平均寿命是50天。相比之下，治疗雄性小鼠平均存活了114天，雌性小鼠平均生活了111天。治疗组的最长生存期是269天，是未处理动物的三倍以上。

研究的资深作者、华盛顿大学病理学副教授Matt Kaeberlein 博士说：“我们对这些研究结果感到非常兴奋，因为它有可能会影响罹患这一疾病以及相关线粒体病儿童的治疗。相似的干预策略或许对于广泛的线粒体并或是由线粒体功能障碍导致的其他疾病有用。”

线粒体缺陷会减少细胞的能量利用。这种能量耗尽可以损害或破坏重要组织。疾病的症状或严重程度取决于受累的细胞类型，但是在很多情况下，线粒体功能障碍会造成多个器官运转不良。

除了一些特定的线粒体疾病，其中大部分疾病与遗传有关，线粒体功能衰退或障碍也促成了许多常见的健康问题，包括一些形式的心脏病，癌症，以及与衰老相关的肌肉、神经或脑退化。

多年来Kaeberlein一直致力于雷帕霉素的抗衰老效应研究，其研究侧重于可延长寿命的因子。这种药物像热量限制饮食一样，通过抑制mTOR起作用。

Kaeberlein说：“这项研究表明，这种药物对于mTOR的抑制作用有可能对细胞的线粒体以及能量生成造成了重大的影响。我们还知道雷帕霉素似乎能够延缓衰老。但我们不知道的是，雷帕霉素对于线粒体的效应是否是其对正常衰老和衰老相关疾病造成影响的一个主要组成部分。”

Kaeberlein和实验室决定，在针对正常小鼠开展衰老和寿命研究的同时，检测一下雷帕霉素对具有严重线粒体缺陷的小鼠的作用。在华盛顿大学Richard Palmiter博士实验室，他们构建出了Leigh综合征小鼠模型。

在看到雷帕霉素对健康和生存所具有的一些意外好处之后，研究小组通过检测治疗和未治疗Leigh综合征小鼠的100多种不同代谢产物，仔细调查了其对于代谢的影响。研究小组观察到治疗小鼠似乎更多地燃烧氨基酸和脂肪而非葡萄糖作为能量来源，。这减少了葡萄糖分解副产物，包括乳酸的累积。这些副产物是有毒的，在人类Leigh综合征患者体内可以看到这些副产物呈高水平。

“这种药物实质上并没有改变线粒体组成。相反，小鼠似乎通过转换它们的代谢模式绕过了线粒体的缺陷。但我们还不能确切地解释其挽救Leigh综合征小鼠的机制，”Kaeberlein说。

由于这是一项小鼠研究，下一步要在Leigh综合征患者中取得雷帕霉素有效的证据。雷帕霉素已获得FDA批准用于几个用途，包括防止器官移植排斥，治疗一些罕见的癌症形式；但这种药物也具有一些副作用，有可能限制它在非常幼小的儿童中使用。对此Kaeberlein抱乐观态度：“即便结果表明雷帕霉素不能够用作Leigh综合征的治疗，获得的经验将为开发出这种破坏性疾病的新疗法铺平道路。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

mTOR Inhibition Alleviates Mitochondrial Disease in a Mouse Model of Leigh Syndrome

Mitochondrial dysfunction contributes to numerous health problems including neurological and muscular degeneration, cardiomyopathies, cancer, diabetes, and pathologies of aging. Severe mitochondrial defects can result in childhood disorders such as Leigh syndrome, for which there are no effective therapies. Here, we report that rapamycin, a specific inhibitor of the mechanistic target of rapamycin (mTOR) signaling pathway, robustly enhances survival and attenuates disease progression in a mouse model of Leigh syndrome. Administration of rapamycin to these mice, which are deficient in the mitochondrial respiratory chain subunit NADH dehydrogenase (ubiquinone) Fe-S protein 4 (Ndufs4), delays onset of neurological symptoms, reduces neuroinflammation, and prevents brain lesions. While the precise mechanism of rescue remains to be determined, rapamycin induces a metabolic shift toward amino acid catabolism and away from glycolysis, alleviating the buildup of glycolytic intermediates. This therapeutic strategy may prove relevant for a broad range of mitochondrial diseases.