揭秘脊髓小脑性共济失调 19/22 型：果蝇模型中 Shal/KV4 蛋白稳态与运动功能的修复之旅

脊髓小脑性共济失调 19/22 型（SCA19/22）与 KCND3 基因编码的 KV4.3 钾离子通道功能缺失突变相关。研究人员以果蝇为模型，探究致病突变体对 KV4.3 蛋白稳态的影响。结果发现其可致运动功能障碍和神经退行性变，分子伴侣可改善这些缺陷，为研究 SCA19/22 提供新视角。

　　在神经系统疾病的神秘领域中，脊髓小脑性共济失调（SCA）宛如一座难以攻克的堡垒，困扰着无数患者与科研人员。这是一类遗传性神经退行性疾病，患者会出现进行性小脑共济失调，还伴有多种其他症状，严重影响生活质量。SCA 包含多种遗传类型，其中 SCA19/22 型与 KCND3 基因编码的电压门控钾离子（K⁺）通道 K_V4.3 的功能缺失突变紧密相关。

此前研究虽已发现 SCA19/22 患者小脑浦肯野细胞显著减少、K_V4.3 蛋白水平降低，且体外实验表明致病突变体存在异常，但仍有诸多谜团未解。比如，致病突变体在体内组织中是否真的会干扰内源性 K_V4.3 通道的蛋白表达和膜转运？相关体外异常能否解释患者运动障碍和神经退行性变的发病机制？由于缺乏可行的动物模型，这些问题一直悬而未决。

为了揭开这些谜团，来自台北荣民总医院、国立阳明交通大学、国立台湾大学等机构的研究人员开展了深入研究。他们通过一系列实验，取得了重要成果，相关研究发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》上。

研究人员运用了多种关键技术方法。在细胞和组织实验方面，收集正常人和 SCA19/22 患者的皮肤成纤维细胞进行培养，通过免疫印迹（immunoblotting）检测蛋白水平，实时荧光定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）分析基因表达，免疫荧光（immunofluorescence）观察蛋白定位；在动物实验方面，利用果蝇（Drosophila）作为动物模型，通过 RNA 干扰（RNAi）技术敲低果蝇体内 Shal（人类 K_V4 通道的果蝇同源物）的表达，运用电生理学（electrophysiology）方法在非洲爪蟾卵母细胞中研究通道功能，还进行了酵母双杂交筛选（yeast two-hybrid screening）寻找相互作用蛋白。

在研究结果部分，研究人员发现，SCA19/22 患者来源的皮肤成纤维细胞中，内源性 K_V4.3 蛋白水平显著降低，免疫荧光显示其在细胞膜的定位也受损，这表明患者存在 K_V4.3 蛋白稳态缺陷。

以果蝇为模型进一步研究发现，敲低果蝇体内 Shal 蛋白表达后，果蝇出现运动障碍，攀爬能力明显下降，复眼的光感受神经元结构完整性遭到破坏，表现为小眼畸形，大脑皮层厚度也显著减小，这些都表明 Shal 蛋白缺乏会导致神经退行性变。而当在 Shal 缺陷的果蝇中过表达人类 K_V4.3 时，运动功能障碍和神经退行性变得到有效改善，这说明人类 K_V4.3 与果蝇 Shal 在功能上可能存在潜在的可交换性，果蝇可作为研究 K_V4.3 通道病的合适动物模型。

研究人员还发现，SCA19/22 相关的人类 K_V4.3 突变体（V338E 和 P375S）在体外实验中会显著降低果蝇 Shal1 和 Shal2 的蛋白水平，减少 Shal 的 K⁺电流幅度，影响蛋白在细胞表面的定位；在体内实验中，表达这些突变体的果蝇同样出现内源性 Shal 蛋白水平下降、运动功能受损、小眼畸形等问题，这表明突变体在体内外均对 Shal 蛋白稳态产生显著的显性负效应。

此外，研究人员通过酵母双杂交筛选发现分子伴侣 Hsc70 和 Hsp90β 与 K_V4.3 相互作用。在体外实验中，它们能消除 K_V4.3 突变体对 Shal 蛋白表达的显性负效应；在体内实验中，过表达果蝇的 HSC70 和 HSP83（Hsc70 和 Hsp90β 的果蝇同源物）可纠正 Shal 蛋白表达缺陷，部分恢复 SCA19/22 果蝇的运动功能和小眼完整性。在人类细胞实验中，过表达 Hsp90β 可显著提高正常人和 SCA19/22 患者皮肤成纤维细胞中内源性 K_V4.3 的蛋白水平。

综合研究结论和讨论部分，该研究首次直接证明果蝇是体内研究 K_V4.3 通道病的合适动物模型，强调了 K_V4.3 蛋白稳态缺陷在 SCA19/22 运动功能障碍和神经退行性变发病机制中的关键作用。这不仅为深入理解 SCA19/22 的发病机制提供了重要依据，也为开发针对该疾病的治疗策略开辟了新方向，例如通过调节分子伴侣来改善 K_V4.3 蛋白稳态，可能成为未来治疗 SCA19/22 的潜在方法，具有重要的理论和临床意义。