揭示嘌呤碱基神经毒性的新机制：鸟嘌呤作为c-Jun N端激酶(JNK)抑制剂的发现及其在莱施-尼汉综合征中的潜在意义

本研究揭示了嘌呤代谢紊乱导致神经症状的关键分子机制。研究人员通过实时发光测定、分子对接和激酶实验，首次发现鸟嘌呤(guanine)可直接抑制c-Jun N端激酶(JNK1-3)，其IC50为100-300μM。这一发现不仅解释了莱施-尼汉综合征(Lesch-Nyhan syndrome)患者出现的运动障碍等神经症状，还为开发新型JNK靶向疗法提供了理论依据。研究创新性地将嘌呤代谢异常与MAPK信号通路联系起来，发表于《Scientific Reports》。

　　

嘌呤代谢紊乱一直被认为是导致痛风等疾病的元凶，但其中最为神秘的当属莱施-尼汉综合征——这种由HPRT基因突变引起的罕见病不仅导致尿酸代谢异常，更伴随着严重的神经系统症状，包括自残行为、运动障碍等。令人困惑的是，这些神经症状与尿酸水平并无直接关联，数十年来其分子机制始终成谜。与此同时，嘌呤碱基如腺嘌呤(adenine)和鸟嘌呤(guanine)的细胞毒性虽被广泛报道，但其具体作用靶点却鲜为人知。

英国曼彻斯特大学(University of Manchester)的研究团队在《Scientific Reports》上发表的研究成果，为这个困扰学界多年的难题提供了全新解答。研究人员通过多学科交叉方法，首次揭示鸟嘌呤作为c-Jun N端激酶(c-Jun N-terminal kinases, JNKs)的直接抑制剂，可能是导致莱施-尼汉综合征神经症状的关键因素。这一发现不仅填补了嘌呤代谢与神经功能障碍之间的分子空白，更为理解嘌呤碱基的细胞毒性机制开辟了新视角。

研究采用了四项关键技术方法：(1)利用PER2::LUC小鼠胚胎成纤维细胞的实时发光节律分析评估化合物毒性；(2)通过LC-MS/MS定量分析1碳代谢和嘌呤代谢物；(3)结合SwissTargetPrediction和分子对接预测鸟嘌呤作用靶点；(4)采用放射性激酶实验和磷酸化蛋白质组学验证JNK抑制效应。研究还分析了来自HPRT突变细胞的公开蛋白质组数据作为临床相关性验证。

Guanine lengthen the circadian period and decrease the amplitude of oscillations

通过PER2::LUC报告基因系统，研究发现鸟嘌呤处理不仅显著延长细胞昼夜节律周期，还降低振荡幅度，其效果比已知的腺嘌呤更强烈。这种双相效应提示鸟嘌呤可能通过不同于腺嘌呤的作用机制影响细胞生理功能。

Metabolic response to excess adenine and guanine

代谢组学分析显示，虽然腺嘌呤通过抑制S-腺苷同型半胱氨酸水解酶(AHCY)扰乱甲基化循环，但鸟嘌呤处理并未影响S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)或甲基硫代腺苷(MTA)水平，排除了其对1碳代谢的直接干扰。值得注意的是，鸟嘌呤在细胞内显著累积且不被转化为腺嘌呤，这为后续靶点鉴定提供了重要线索。

Prediction of guanine binding in the binding sites of JNKs

生物信息学预测将MAPK9/JNK2列为鸟嘌呤最可能的作用靶点。分子对接显示，鸟嘌呤能以两种取向结合JNK的ATP口袋：一种模拟ATP的腺嘌呤环形成氢键；另一种"翻转"构象与守门员残基Met108/146相互作用。在JNK1变构位点的对接也显示出良好结合亲和力(ChemGauss4评分-6.7)。

Guanine is an inhibitor of JNKs

放射性激酶实验证实鸟嘌呤确实抑制所有JNK亚型，对JNK2抑制最强(IC₅₀=0.18 mM)，其次是JNK1(0.2 mM)和JNK3(0.33 mM)。磷酸化蛋白质组学分析发现，鸟嘌呤处理导致AMPK亚基PRKAA1/2活性降低，而经典JNK底物c-Jun的S73磷酸化水平升高，这与JNK2抑制后JNK1代偿性激活的报道一致。

Consequences of JNKs inhibition by guanine

免疫印迹显示鸟嘌呤和腺嘌呤均增加c-Jun蛋白量及其磷酸化水平，但显著减少时钟蛋白BMAL1的磷酸化修饰。多核糖体分析进一步揭示，鸟嘌呤处理导致游离核糖体增加而多核糖体减少，这与JNK2通过真核延伸因子1A2(eEF1A2)调控蛋白质翻译的已知功能相符。

这项研究首次建立了嘌呤代谢异常与MAPK信号通路的直接联系：在HPRT缺陷情况下累积的鸟嘌呤通过抑制JNK2，干扰了关键神经发育和维持所需的信号传导。特别值得注意的是，脑内不同细胞类型对鸟嘌呤的代谢能力存在差异——神经元表达鸟嘌呤脱氨酶(GDA)而胶质细胞不表达，这可能导致局部JNK抑制的"热点"区域，从而解释莱施-尼汉综合征的选择性神经症状。

从转化医学角度看，研究发现JNK抑制所需的鸟嘌呤浓度(0.18-0.33 mM)与痛风诊断阈值(0.41 mM血尿酸)相当，提示在病理状态下完全可能达到。此外，研究采用的昼夜节律表型筛选策略，为发现其他代谢物的非经典作用靶点提供了方法学范例。这些发现不仅深化了对嘌呤代谢疾病的认识，也为开发针对JNK异常激活相关疾病的新型治疗策略奠定了基础。