线粒体tRNA加工缺陷通过重编程线粒体与细胞稳态导致耳聋的分子机制研究

本研究针对线粒体tRNA加工缺陷如何导致耳聋的机制展开探索，通过构建携带m.7516delA突变的细胞模型，发现该突变通过下调复合体IV核编码亚基表达、激活ISR（集成应激反应）和PINK1/Parkin线粒体自噬通路，导致线粒体动力学失衡、氧化磷酸化（OXPHOS）功能受损，最终通过上调自噬和凋亡途径重编程细胞稳态。该研究为线粒体疾病治疗提供了新靶点。

　　

听力障碍是全球范围内的重要健康问题，其中线粒体功能障碍是遗传性耳聋的重要诱因。线粒体作为细胞的能量工厂，其tRNA加工异常会导致氧化磷酸化系统崩溃，但具体机制尚未阐明。尤其令人困惑的是，位于tRNA^Ser(UCN)
和tRNA^Asp
交界处的m.7516delA缺失突变如何通过影响RNA代谢引发耳聋，一直是领域内的未解之谜。

浙江大学生命科学研究院的研究团队在《Journal of Biological Chemistry》发表重要成果，通过构建同质型m.7516delA突变细胞模型，结合多组学分析技术，首次揭示该突变通过双重调控机制——激活集成应激反应（ISR）和PINK1/Parkin介导的线粒体自噬通路，重编程线粒体与细胞稳态的完整分子路径。研究采用的技术包括：1）Western blot和BN-PAGE（蓝绿温和电泳）分析OXPHOS复合体组装；2）免疫共沉淀检测MFN2泛素化修饰；3）免疫荧光与透射电镜观察线粒体形态；4）流式细胞术检测细胞凋亡；5）亚细胞分级分离追踪ATF5核转位。样本来源于携带该突变的汉族耳聋家系建立的细胞系。

研究结果

1. OXPHOS复合体核编码亚基表达失调
   突变细胞中复合体IV亚基COX5A、COX4、COX8A和COX6A1表达显著下调（降幅达42%-78%），而组装因子FOXRED1和COX16上调129%-136%。BN-PAGE显示复合体I和IV组装缺陷，活性降低37%-40%。

2. 线粒体动力学向裂变倾斜
   电镜显示突变细胞线粒体碎片化增加，Drp1-Ser616磷酸化水平升高而Ser637降低，裂变蛋白MFF/FIS1表达增加，融合蛋白MFN2减少，表明突变导致线粒体分裂-融合失衡。

3. 泛素依赖与非依赖的自噬通路激活
   突变细胞中Parkin泛素化水平增加2.2倍，MFN2与MUL1相互作用增强，同时受体介导的自噬蛋白BNIP3/NIX表达上调。LC3-II/LC3-I比值升高96%，溶酶体标记物LAMP1共定位增加，证实两条自噬通路均被激活。

4. ISR通路特异性激活
   GCN2磷酸化水平升高导致eIF2α磷酸化，促进ATF4和CHOP表达。ATF5核定位增加2.3倍，且该过程依赖ATF4和p-eIF2α。值得注意的是，内质网应激（UPR^ER
   ）相关蛋白PERK/GRP78未受影响，说明ISR激活具有线粒体特异性。

5. 细胞稳态重编程
   自噬流检测显示晚期自噬体增加1.9倍，凋亡分析显示细胞色素c释放增加2.7倍，caspase-3/7/9活性升高42%-223%，BCL-X_L
   抗凋亡蛋白减少49%，表明突变通过协调自噬与凋亡重塑细胞命运。

结论与意义
该研究首次阐明m.7516delA突变通过"双重打击"机制致病：一方面通过破坏tRNA加工导致OXPHOS复合体组装缺陷，另一方面激活ISR和线粒体自噬这对"矛盾统一体"——ISR试图修复损伤线粒体，而自噬则清除不可逆损伤的线粒体。这种精妙的平衡调控解释了为何线粒体tRNA突变可导致组织特异性损伤（如耳蜗高能耗细胞易损性），为开发靶向GCN2-ATF5轴或MFN2泛素化的耳聋治疗策略奠定理论基础。研究还提出创新观点：不同线粒体突变（如tRNA vs rRNA突变）可能通过差异性激活ISR亚通路（如ATF4/CHOP vs ATF5）导致临床异质性，这为精准诊疗提供了分子分型依据。