SLC38A6功能缺失性变异通过调控L-精氨酸转运和铁死亡诱发特发性震颤的机制研究

本刊推荐：为阐明特发性震颤（ET）的遗传病因，研究人员聚焦SLC38A6基因开展系统性研究，发现其功能缺失性变异通过损害SNAT6蛋白的L-Arg转运功能，诱发小脑浦肯野细胞铁死亡和电生理异常，首次构建了模拟人类ET病理的Slc38a6基因缺失小鼠模型，为ET的精准诊疗提供了新靶点和理论依据。

　　

特发性震颤（Essential Tremor, ET）是一种常见的神经系统疾病，以4-12 Hz的动作性震颤为主要特征，尤其好发于上肢，也可累及头部、声带等部位。尽管ET被称作“良性”疾病，但其症状会随时间进展，严重影响患者的生活质量。流行病学调查显示，ET在普通人群中的患病率约为1%，而在65岁以上人群中攀升至5%，95岁以上高龄人群甚至超过20%。更值得注意的是，ET患者发展为帕金森病（PD）的风险比普通人高出近四倍。近年来，神经影像学研究提示小脑-丘脑-皮质环路的功能连接异常可能是ET的重要病理基础，尸检研究也发现ET患者的小脑存在浦肯野细胞（Purkinje Cell, PC）丢失、树突形态异常、“毛茸茸”篮状纤维增多以及GABA能信号异常等现象。然而，由于样本获取困难以及疾病的高度异质性，ET的分子机制和遗传基础至今仍未明确。

以往的研究通过连锁分析、全基因组关联分析（GWAS）、全外显子测序（WES）和全基因组测序（WGS）等手段，已报道了多个ET相关基因与位点，包括DRD3、HS1BP3、FUS、TENM4、NOTCH2NLC等。不过，这些基因多数仅在极少数家系中被鉴定，缺乏系统性的功能验证，且已有的动物模型往往不能完全模拟ET的震颤表型及小脑病理改变，很大程度上限制了对ET发病机制的深入解析。

在这项发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》的研究中，由Yuan等人领衔的研究团队通过WES和WGS技术，在一个中国五代表系中首次发现SLC38A6基因的变异与ET显著相关。进一步在大样本队列（包括772个家族性ET先证者和640例散发病例）中验证发现，该基因变异在患者中携带率高达8.35%。SLC38A6编码钠耦合中性氨基酸转运蛋白6（SNAT6），其功能缺失突变可显著损害细胞对L-精氨酸（L-Arg）的摄取能力。研究人员还成功构建了Slc38a6全身性敲除（Slc38a6^-/-）、杂合敲除（Slc38a6^+/-）及PC特异性敲除（Slc38a6^PC-/-）小鼠模型，这些小鼠均表现出年龄依赖性的震颤行为与小脑病理改变，与人类ET患者高度相似。分子机制研究表明，SNAT6功能缺失通过上调转录因子ATF3，诱发浦肯野细胞铁死亡（ferroptosis），最终导致线粒体功能障碍、电生理活动异常以及小脑神经网络的重塑障碍。

本研究综合运用了多种关键技术方法，主要包括：来自中国ET注册队列（CETR）的1413例临床样本的收集与评估；WES和WGS结合Sanger测序进行基因变异筛选与验证；HeLa细胞模型与点突变质粒转染评估氨基酸转运功能；Slc38a6基因敲除小鼠与PC特异性Cre小鼠模型的构建与行为学分析；小脑组织的免疫组化、高尔基染色、银染、电镜及电生理记录；蛋白质组学分析与铁死亡相关分子检测。

研究结果

临床特征与SLC38A6变异鉴定

在一个包括27名患者的五代表系（家系1）中，先证者于20岁出现双上肢姿势性和运动性震颤。通过WES及家系共分离分析，发现SLC38A6基因的两个错义变异c.842 T>C/p.M281T和c.952 G>A/p.G318S与疾病表型共分离。在扩大样本中共鉴定出15类SLC38A6蛋白改变型变异，在家族性ET中占9.18%，散发性ET中占7.34%。

SLC38A6变异损害精氨酸转运活性

在HeLa细胞中过表达野生型SNAT6可显著增强L-Gln和L-Arg的摄取，而三种常见突变型（Y108F、M281T、G318S）则明显抑制L-Arg的转运，但对L-Gln摄取无影响，提示这些变异通过干扰L-Arg稳态参与ET发病。

Slc38a6缺失小鼠的行为与形态异常

Slc38a6^-/-小鼠在2月龄即出现震颤，随年龄增长加剧。小鼠小脑浦肯野细胞数量自6月龄开始减少，树突复杂性下降，轴突出现鱼雷样结构（torpedoes）和增粗现象。电镜显示PC线粒体形态异常，数量及嵴密度显著降低。

篮状细胞纤维覆盖增加

Bielschowsky银染显示，Slc38a6^-/-小鼠PC胞体周围“毛茸茸”篮状纤维显著增多，与ET患者尸检报告一致。

爬升纤维-浦肯野细胞突触异常

vGluT2免疫组化提示，Slc38a6^-/-小鼠CF-PC突触密度下降，且突触向外扩展至平行纤维（PF）区域，提示神经网络连接异常。

PC特异性Slc38a6缺失同样诱发震颤与病理改变

在PC中特异性敲除Slc38a6（Slc38a6^PC-/-）的小鼠也出现震颤、PC丢失、树突退化及篮状纤维增多，证明PC中SNAT6功能缺失足以引起ET表型。

电生理功能异常

Slc38a6^-/-与Slc38a6^PC-/-小鼠的PC表现出兴奋性降低、自发抑制性突触后电流（sIPSC）频率增高，提示网络抑制性增强。

蛋白质组学与铁死亡激活

蛋白质组学分析显示Slc38a6^-/-小脑中差异表达蛋白富集于代谢与线粒体通路。铁死亡关键标志物ACSL4、TFRC及Fe²⁺水平均显著升高，转录因子ATF3表达上调。ChIP实验进一步证实ATF3可结合Slc38a6启动子并抑制其表达，揭示其可能介导了负反馈调控。

讨论与结论

本研究首次将SLC38A6确立为重要的ET致病基因，其变异可解释约8.35%的中国ET病例。研究人员从临床发现出发，通过功能实验和多种基因工程小鼠模型，揭示了SNAT6功能缺失通过破坏L-Arg转运、诱导线粒体功能障碍与铁死亡，从而导致浦肯野细胞退行性变和震颤发生。这一机制不仅与既往报道的ET小脑病理改变高度吻合，还首次将氨基酸代谢紊乱、铁死亡与ET直接联系起来。

值得注意的是，Slc38a6^+/-杂合小鼠也表现出与纯合小鼠相似的震颤和病理变化，提示ATF3介导的负反馈机制可能导致显性负效应，这为理解ET的不完全外显和发病年龄差异提供了新视角。

该研究为ET的分子分型和精准治疗提供了新靶点，SLC38A6/L-Arg/ATF3/铁死亡通路可能成为未来药物研发的重点方向。同时，本研究建立的Slc38a6基因缺失小鼠模型是迄今最能模拟人类ET病理特征的动物模型之一，将极大推动ET发病机制研究和治疗策略的探索。