SLC6A8基因G561R突变导致肌酸缺乏对成纤维细胞功能的系统性影响：能量代谢重编程与线粒体功能障碍的分子机制

本研究针对SLC6A8基因G561R突变导致的肌酸转运蛋白缺陷（CTD），通过蛋白质组学和功能分析揭示了成纤维细胞中肌酸缺乏引发的能量代谢危机。研究人员发现突变导致细胞内肌酸水平降低>90%，ATP合成受损（ADP/ATP比值升高1.22倍），并首次报道线粒体氧化磷酸化通路异常、线粒体备用呼吸容量降低47.5%等关键表型。该研究为理解脑肌酸缺乏综合征（CCDSs）的病理机制提供了新视角，并为靶向干预策略开发奠定基础。

　　

在神经系统疾病研究领域，脑肌酸缺乏综合征（CCDSs）是一类罕见的遗传代谢障碍，患者常表现为智力障碍和运动功能障碍。其中，由SLC6A8基因突变导致的肌酸转运蛋白缺陷（CTD）占X连锁智力障碍病例的1-2%，但长期以来，其分子病理机制仍不明确。肌酸作为细胞能量缓冲系统的核心组分，通过肌酸-磷酸肌酸穿梭系统（creatine phosphate shuttle）维持高耗能组织的ATP稳态。当SLC6A8编码的肌酸转运蛋白（CRT）功能异常时，细胞内肌酸水平急剧下降，但具体如何引发细胞功能障碍尚缺乏系统研究。

针对这一科学问题，熊本大学生命科学学院药物微生物学系（Department of Pharmaceutical Microbiology, Kumamoto University）的Shingo Ito团队在《Scientific Reports》发表重要研究成果。研究人员选择携带G561R突变的患者来源成纤维细胞（CRT-G561R）作为模型，通过亚细胞蛋白质组学（SWATH-MS）、线粒体呼吸链分析（Seahorse XFe24）等前沿技术，首次绘制了CTD的分子病理图谱。研究发现该突变不仅导致肌酸摄取减少91.4%，更引发线粒体功能代偿性重构——虽然线粒体数量增加2.16倍（通过mtDNA拷贝数检测），但单个线粒体的呼吸效率反而降低50%。这种"量增质减"的异常现象，与蛋白质错误折叠引发的内质网应激、氧化应激（Nrf2通路激活）共同构成了CTD的三大病理特征。

关键技术方法包括：1）采用患者来源的G561R突变型与野生型成纤维细胞对照；2）亚细胞分级结合SWATH-MS定量蛋白质组学分析；3）线粒体呼吸功能检测（OCR/ECAR）；4）mtDNA拷贝数定量；5）细胞外囊泡（sEV）分泌检测。

主要研究结果

细胞内肌酸缺乏和低ATP水平

定量分析显示CRT-G561R成纤维细胞内肌酸水平降低91.4%（图1A），ATP水平下降6%，ADP/ATP比值升高1.22倍（图1D），证实能量代谢紊乱是CTD的核心表型。

线粒体ATP产生和转运改变

蛋白质组学发现106个线粒体相关蛋白表达异常（图3A），包括氧化磷酸化复合体亚基（特别是复合体I的23个亚基上调>2倍）、三羧酸循环酶等。尽管ANT1-3（腺苷酸转运体）和VDAC1-3（电压依赖性阴离子通道）表达增加（图3F-G），但线粒体肌酸激酶CKMT1缺失，提示ATP输出机制异常。

线粒体呼吸功能降低

虽然总呼吸能力未变，但标准化后的单个线粒体功能参数全面下降：基础呼吸降低50.2%，ATP关联呼吸降低50.3%（图4D）。值得注意的是，备用呼吸容量（spare respiratory capacity）降低47.5%（图4B），揭示细胞应对能量应激的能力受损。

氧化应激与Nrf2信号激活

抗氧化酶SOD2（超氧化物歧化酶2）和CAT（过氧化氢酶）表达显著增加（图6A），Nrf2通路下游的NQO1、TXNRD1等蛋白上调（图6C），证实氧化应激是CTD的二级病理机制。

氨基酸转运体重编程

SLC7A5（LAT1）表达降低导致亮氨酸摄取减少31.6%（图8C），而SLC38A2（SNAT2）上调使谷氨酰胺消耗增加23%（图8D），显示细胞通过改变氨基酸代谢适应能量危机。

研究结论指出，G561R突变通过三重打击导致细胞功能障碍：1）直接损害肌酸转运；2）引发蛋白质错误折叠和内质网应激；3）触发线粒体质量控制系统失调。与单纯敲除模型（CRT-Del）相比，G561R突变表现出更严重的表型，证实蛋白质错误折叠的附加损伤效应。该研究不仅阐明了CTD的分子机制，更为开发靶向线粒体功能、抗氧化通路或氨基酸代谢的干预策略提供了理论依据。