CFTR校正剂C17挽救牛假性肌强直中缺陷型SERCA1：布罗迪肌病的潜在治疗新策略

《Human Molecular Genetics》：CFTR corrector C17 rescues defective SERCA1 in bovine pseudomyotonia: a potential therapy for Brody myopathy

本研究针对罕见病布罗迪肌病（Brody myopathy）及其动物模型牛先天性假性肌强直（PMT），探索了基于囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）校正剂的药物重定位策略。研究人员发现，CFTR校正剂C17能有效挽救因错误折叠而被泛素-蛋白酶体系统降解的肌浆网Ca2+-ATP酶异构体1（SERCA1）突变蛋白，恢复其定位与功能。该研究为保留功能活性的SERCA1突变相关患者提供了首个潜在靶向疗法，为罕见神经肌肉疾病治疗开辟新途径。

　　

在神经肌肉疾病的研究领域中，布罗迪肌病（Brody myopathy）是一种极其罕见的遗传性肌肉功能障碍疾病，患者常表现为运动诱导的肌肉僵硬和延迟松弛，甚至在爬楼梯或弹钢琴等轻度活动后症状也会加剧。该疾病的根源在于ATP2A1基因突变导致肌浆网Ca²⁺-ATP酶异构体1（Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca²⁺-ATPase isoform 1, SERCA1）功能缺陷。SERCA1是快缩骨骼肌纤维中调控钙离子回收的关键泵蛋白，其功能障碍会使胞质钙离子无法有效撤回肌浆网，进而破坏肌肉松弛机制。目前，布罗迪肌病尚无特异性治疗方法，临床仅依赖非特异性肌松剂缓解症状，但长期使用会伴随严重副作用。

更为棘手的是，该疾病缺乏理想的动物模型。尽管小鼠模型在疾病研究中广泛应用，但其骨骼肌纤维类型组成与人类存在显著差异，例如小鼠膈肌中快缩纤维占比超过90%，而人类仅为60%左右。此前构建的SERCA1基因敲除小鼠在出生后数小时即因呼吸衰竭死亡，无法模拟人类疾病的慢性进程。这一困境使得牛先天性假性肌强直（Pseudomyotonia, PMT）成为研究布罗迪肌病的关键自然模型。PMT与布罗迪肌病具有相同的遗传和病理特征：均由ATP2A1基因错义突变（如R164H、G211V）引起SERCA1蛋白错误折叠，虽保留催化活性，却被泛素-蛋白酶体系统识别并降解，最终导致肌浆网膜上SERCA1蛋白含量降低。

值得注意的是，这种蛋白降解机制与囊性纤维化（Cystic Fibrosis, CF）中II型CFTR突变体的致病机制高度相似。在囊性纤维化治疗中，CFTR校正剂（如已获批的VX-809、VX-661）能够修复错误折叠的CFTR蛋白，促进其膜定位。受此启发，研究团队提出假设：CFTR校正剂或可同样挽救SERCA1突变蛋白，从而为布罗迪肌病提供治疗新思路。

为验证这一设想，研究团队综合运用体外、体内及离体实验策略。在细胞模型中，他们通过Western blot和免疫荧光技术证实CFTR校正剂C17、C4和C9能显著提升R164H和G211V突变SERCA1的表达水平，效果与蛋白酶体抑制剂MG132相当。在PMT患病牛模型中，研究人员直接对半膜肌进行局部C17注射，发现突变SERCA1蛋白在肌浆网富集的微囊组分中特异性积累，并伴随Ca²⁺-ATP酶活性恢复，且该活性可被特异性抑制剂毒胡萝卜素（thapsigargin）阻断。离体实验进一步支持C17和C4对突变SERCA1的挽救作用。此外，超微结构分析揭示，未经治疗的PMT牛在挛缩危机后出现肌原纤维排列紊乱、肌浆网扩张及钙结晶沉积，凸显早期干预的必要性。毒性试验表明，C17在牛源与人类肝细胞系中均未表现高毒性，为其临床转化提供安全性依据。

关键技术方法概述

研究采用多层次实验体系：利用转染SERCA1突变体的HEK293/HeLa细胞进行体外药物筛选；以自然发生的PMT牛为疾病模型，通过局部肌肉注射给药并采集活检组织进行亚细胞分馏；通过Western blot、Ca²⁺-ATP酶活性检测及免疫组化/电镜技术分析蛋白表达、功能与超微结构；采用牛源肝细胞（BFH12）与肾细胞（MDBK）评估化合物毒性。

研究结果

CFTR校正剂促进R164H和G211V突变SERCA1的体外挽救

通过密度定量分析发现，C17、C4和C9校正剂可显著提升HEK293细胞中R164H突变SERCA1的表达至野生型水平。免疫荧光结果进一步显示，C17和C4处理使HeLa细胞中G211V突变蛋白的荧光信号增强至接近野生型水平。

C17校正剂在体内恢复突变SERCA1蛋白

PMT患牛半膜肌局部注射C17后，Western blot显示肌浆网膜组分中SERCA1免疫反应性增强，且挽救的蛋白仅定位于肌浆网组分。功能性分析表明，处理组肌浆网膜的Ca²⁺-ATP酶最大活性显著提升，且可被毒胡萝卜素抑制。

离体实验验证C17与C4的挽救效果

PMT患牛肌肉纤维离体培养后，经C17或C4处理可剂量依赖性增加SERCA1突变体在肌浆网膜中的表达，与体内、体外结果一致。

挛缩危机后PMT患肌的超微结构变化

电镜分析显示，经历严重挛缩的患牛肌肉出现肌原纤维结构破坏、肌浆网扩张及钙结晶沉积，提示钙超载引发的继发性损伤。

C17的细胞毒性评估

在牛源肝细胞（BFH12）与肾细胞（MDBK）中，C17的半数毒性浓度（TC₅₀）处于微摩尔级别，且人类肝细胞系（HepG2）中毒性更低，支持其生物安全性。

结论与展望

本研究首次证实CFTR校正剂C17可通过修复错误折叠的SERCA1突变蛋白，恢复其肌浆网定位与钙泵功能，为布罗迪肌病提供了精准的治疗策略。该策略适用于突变后仍保留催化活性的SERCA1患者群体，突破了传统肌松剂的对症局限。尽管样本量受限于疾病罕见性，但多模型验证与安全性数据为临床转化奠定基础。未来研究需进一步优化给药方案，并探索该策略在其他蛋白错误折叠相关罕见病（如肢带型肌营养不良症）中的应用潜力。论文发表于《Human Molecular Genetics》，为罕见神经肌肉疾病治疗领域注入新的希望。