与神经病变相关的HSPB1突变体会损害神经元的机械适应能力及轴突再生能力

《Cells》：Neuropathy-Associated HSPB1 Mutant Impairs Neuronal Mechanoadaptation and Axonal Regeneration

　　

摘要

小热休克蛋白HSPB1是一种广泛表达的机械响应型分子伴侣，对于在机械负荷作用下的细胞骨架重塑至关重要。HSPB1的突变，包括S135F突变，会导致夏科-马里-图斯病（CMT）这种周围神经病变，但周围神经为何会表现出选择性易感性，其机制至今仍不清楚。在本研究中，我们发现基底硬度是决定HSPB1^S135F引发神经退行性变的关键因素。通过使用硬度可调节的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底（1 kPa、10 kPa、2 MPa）并施加单轴循环拉伸，我们发现表达HSPB1^S135F的初级背根神经节神经元和SH-SY5Y细胞在机械适应能力方面存在严重缺陷。在柔软的基底（10 kPa）上，HSPB1^S135F会导致轴突断裂和神经元死亡，而HSPB1^WT则能提供强大的神经保护作用。此外，HSPB1^S135F还会干扰分化后的SH-SY5Y细胞的硬度导向性轴突生长：在模拟肌肉组织硬度的10 kPa基底上，表达HSPB1^WT的细胞能够实现最佳的轴突生长以及βIII-微管蛋白的表达，而HSPB1^S135F突变体则会出现局部黏着结构紊乱以及完全无法完成分化。从机制层面来看，我们发现HSPB1^S135F会扰乱特定阶段的转谷氨酰胺酶（TGase）表达——在轴突生长的早期，TGase表达不足会妨碍丝状伪足的稳定，而在后期，TGase的异常持续存在则会限制轴突的延伸。我们的研究结果表明，HSPB1是一种生物力学传感器，能够整合细胞外基质的硬度信号来协调周围神经的再生过程，同时也将机械适应能力的缺陷确定为CMT中一种此前未被认识到的病理机制。这些发现为针对周围神经病变开发以硬度为靶点的治疗策略提供了新的方向。