《Nature Communications》：Integrated stress response inhibition prolongs the lifespan of a Pelizaeus-Merzbacher disease mouse model by increasing oligodendrocyte survival
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本研究针对由PLP1基因突变引起的佩梅病(PMD)，探讨了整合应激反应(ISR)在疾病进展中的作用。研究人员通过遗传学与药理学手段抑制ISR关键组分PERK或使用eIF2B激活剂2BAct，显著提高了Jimpy模型小鼠的少突胶质细胞存活率、促进中枢神经系统髓鞘形成，并将小鼠寿命延长约一倍。该发现为PMD的治疗提供了新的靶点策略。
在大脑的精密网络中，髓鞘如同包裹电线的绝缘层，保障神经信号的高速传导。当髓鞘发育异常时，便会引发一系列严重的神经系统疾病。佩梅病(Pelizaeus-Merzbacher disease, PMD)是一种罕见的X连锁遗传性白细胞营养不良，由 proteolipid protein 1 (PLP1) 基因突变引起。该基因编码的蛋白脂质蛋白(PLP)是中枢神经系统髓鞘中最丰富的蛋白成分之一。PMD患者的主要病理特征是产生髓鞘的少突胶质细胞大量死亡，导致中枢神经系统严重髓鞘形成不足，患者通常在童年期死亡。目前，尚无获批用于PMD的有效治疗方法。
PLP1基因的多种突变（如重复、错义、移码突变等）会导致PLP蛋白错误折叠，并在内质网中累积，引发内质网应激。细胞为了应对这种应激，会激活未折叠蛋白反应，这是整合应激反应(Integrated Stress Response, ISR)的一个分支。ISR是细胞在应对各种压力时启动的保护性反应网络，其核心事件是eIF2α（真核翻译起始因子2α）的磷酸化，这会全局性抑制蛋白质合成，同时促进特定保护性基因的表达。然而，持续、强烈的内质网应激和ISR激活最终可能触发细胞凋亡。在PMD中，突变PLP蛋白导致的内质网应激被认为是少突胶质细胞死亡的关键因素。因此，调控ISR能否成为保护少突胶质细胞、治疗PMD的新策略，是一个亟待解答的科学问题。
为了回答这个问题，研究人员在《Nature Communications》上发表了一项研究。他们利用经典的PMD小鼠模型——Jimpy小鼠（其Plp1基因存在移码突变，模拟人类PMD的严重“先天型”表型）展开探索。Jimpy小鼠表现出震颤、癫痫等症状，少突胶质细胞数量急剧减少，中枢神经系统几乎完全缺乏髓鞘，通常在出生后21天左右死亡。
研究人员综合运用了基因工程小鼠模型、药理学干预、组织病理学分析、电子显微镜、蛋白质印迹、实时定量PCR以及高通量RNA测序(RNA-seq)等多种技术手段。研究的样本主要来源于不同基因型的Jimpy模型小鼠及其对照小鼠的中枢神经系统组织，以及从这些小鼠中分离培养的少突胶质前体细胞。
研究结果
Perk失活增加Jimpy少突胶质细胞存活、中枢神经系统髓鞘形成和寿命
蛋白激酶R样内质网激酶(PERK)是触发ISR的四个eIF2α激酶之一。研究人员首先通过遗传杂交，使Jimpy小鼠携带Perk基因的杂合缺失或在中枢神经系统少突胶质细胞中特异性敲除Perk（通过Olig2-Cre工具鼠实现）。结果发现，与Jimpy对照组相比，少突胶质细胞特异性Perk基因敲除的Jimpy小鼠（Jimpy; Perkfl/fl; Olig2-Cre）寿命显著延长约两周。组织学分析显示，在出生后第19天，这些小鼠胼胝体区域成熟少突胶质细胞（ASPA阳性）和新分化少突胶质细胞（BCAS1+Olig2+）的密度显著增加，而凋亡的少突胶质系细胞（Caspase 3+Olig2+）数量减少。髓鞘碱性蛋白(MBP)免疫反应性和电子显微镜观察均证实，Perk缺失部分挽救了Jimpy小鼠的髓鞘形成，尽管髓鞘轴突数量仅达到野生型小鼠的约10%。同时，标志轴突退化的DegenoTag信号显著降低，髓鞘相关蛋白（MAG, MBP）及其mRNA水平也部分恢复。这些结果表明，抑制PERK通路可以部分克服突变PLP表达的有害影响。
Perk失活增加Jimpy少突胶质前体细胞增殖并减少星形胶质细胞增生
少突胶质前体细胞(OPC)是成年大脑中具有增殖和分化潜能的细胞。研究发现，Jimpy小鼠中OPC（PDGFRα阳性）的总体密度与野生型无差异，但增殖的OPC（PDGFRα+Ki67+）密度却显著降低。少突胶质细胞特异性Perk敲除部分挽救了这种增殖缺陷，使增殖OPC数量回升。此外，Perk缺失还显著减轻了Jimpy小鼠的星形胶质细胞增生（GFAP阳性），但对小胶质细胞活化（IBA1阳性）影响不大。这表明Perk缺失与增强的OPC分化及减轻的神经炎症病理相关。
下游ISR失活未能纠正Jimpy少突胶质细胞缺陷
GADD34和CHOP是ISR下游靶基因。研究人员将Jimpy突变引入Gadd34基因突变（延长ISR）或Chop基因敲除（消除促凋亡因子）的小鼠背景。结果显示，Gadd34突变对Jimpy小鼠的寿命和少突胶质细胞密度没有影响。Chop缺失虽使Jimpy小鼠平均寿命略有延长（约2天），但并未增加少突胶质细胞数量。这表明在Jimpy模型中，ISR的有害作用可能主要通过CHOP非依赖的细胞死亡通路实现，延长ISR并无益处。
药理学ISR衰减增加Jimpy髓鞘形成和寿命
磷酸化的eIF2α通过抑制鸟嘌呤核苷酸交换因子eIF2B来抑制蛋白质翻译。小分子eIF2B激活剂（如ISRIB和2BAct）可以拮抗p-eIF2α的抑制作用，从而衰减ISR。研究人员从母鼠怀孕期开始，持续给Jimpy小鼠喂食含有2BAct的饲料。令人振奋的是，2BAct处理使Jimpy小鼠的平均寿命延长了一倍（从约18天延长至约36天）。组织学分析证实，2BAct处理显著增加了Jimpy小鼠脑内多个区域（胼胝体、小脑、脑干）的成熟少突胶质细胞数量和髓鞘轴突数量，并提高了髓鞘蛋白基因的表达。然而，与遗传学Perk敲除不同，2BAct处理并未显著影响OPC的密度或增殖。
RNAseq通路分析：Perk挽救髓鞘形成而2BAct靶向炎症
通过RNA测序分析基因表达谱，研究人员深入探讨了其作用机制。在出生后第19天，少突胶质细胞特异性Perk敲除主要挽救了Jimpy小鼠中下调的与髓鞘形成、少突胶质细胞终末分化和胆固醇生物合成相关的基因集，并下调了ISR特征基因集（如ISR CLIC基因）。值得注意的是，Perk敲除还上调了未折叠蛋白反应另外两个分支（IRE1和ATF6）的靶基因，提示可能存在代偿机制。相反，2BAct处理在PND19主要逆转了Jimpy小鼠中上调的炎症相关基因集（如干扰素γ和α通路），对髓鞘和分化相关基因集的挽救程度相对较小。在更早的时间点（PND7, PND14），2BAct则影响了与细胞周期、发育等相关的不同通路。这表明两种干预方式虽都抑制ISR，但作用机制和重点可能有所不同。
ISR抑制促进Jimpy少突胶质细胞体外成熟
为了验证ISR抑制对少突胶质细胞的细胞自主性作用，研究人员从Jimpy小鼠中分离OPC进行体外培养。在分化培养基中加入ISRIB（2BAct的类似物，在培养基中更稳定）后，Jimpy少突胶质细胞的存活和成熟（MBP表达）得到显著改善，且呈剂量依赖性，而在野生型细胞中无此效应。这证明ISR抑制能直接促进Jimpy少突胶质细胞的分化和存活。
研究结论与意义
本研究系统地证明，通过遗传学（敲除Perk）或药理学（使用eIF2B激活剂2BAct/ISRIB）手段抑制整合应激反应(ISR)，能够有效保护佩梅病(PMD) Jimpy模型小鼠的少突胶质细胞，促进中枢神经系统髓鞘形成，减少轴索损伤，并显著延长其寿命。这表明靶向ISR通路是治疗PMD的一个极具前景的新策略。
研究揭示了ISR在应对不同类型细胞压力中的双重角色：在相对温和、短暂的炎症刺激下，增强ISR可能对少突胶质细胞起到保护作用；然而，在由突变PLP持续表达引起的慢性、强烈内质网应激下，ISR（特别是PERK分支）的激活则转变为适应不良，最终导致细胞死亡，抑制ISR反而有益。这种背景依赖性为理解ISR在疾病中的作用提供了重要见解。
研究还发现，遗传学Perk敲除和药理学2BAct处理虽都抑制ISR并改善表型，但其具体作用机制可能存在差异：Perk敲除更直接地挽救了少突胶质细胞分化和髓鞘形成相关的基因程序，而2BAct在整体水平上表现出更强的抗炎作用。这种差异可能与药物的全身性效应或作用靶点的特异性有关。
目前，针对PMD尚无获批疗法。干细胞移植和反义寡核苷酸（靶向Plp1 mRNA）疗法虽显示出潜力，但仍处于探索阶段。本研究提出的药理学ISR抑制策略，例如使用eIF2B激活剂（其中Fosigotiator已进入针对另一种白细胞营养不良VWMD的临床试验），为PMD治疗提供了新的可能性。ISR抑制或许能为其他疗法（如细胞移植或基因治疗）争取时间，或与之形成组合疗法，从而为PMD患者带来更大的临床获益。
总之，这项研究不仅深化了我们对PMD发病机制的理解，更重要的是，它揭示了一条可药用的新通路，为开发治疗这种毁灭性神经系统疾病的方法带来了希望。
