肌肉萎缩的两个关键酶

肌肉萎缩的两个关键酶

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Bio world 11月1日报道：在体操馆里或更衣室，总有一些求胜心切的运动员会偷偷地注射或服用一些促进合成代谢的固醇类激素，如雄激素及其衍生物－其目的无非是增强自身的肌肉。事实上，这类违禁药物的副作用是非常严重的。

“这是非常糟糕的事。”分子生物学家David Glass这样评价说。他在纽约州Tarrytown的Regeneron医药公司进行有关肌肉萎缩的项目研究。他指出，即便是一些不在违禁范围之内的皮质类固醇药物（如地塞米松），也会经常导致诸如肌肉萎缩之类的严重后果。而地塞米松是一种常用的抗炎药物和免疫抑制剂。
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“我们通常不将肌肉萎缩视为一种独立的疾病，但事实上，它却往往导致一系列灾难性的后果。只有反复向患者强调，他们才会记住这点。我们已经看到，癌症患者通常都伴有这种消耗性萎缩，由于肌肉大量萎缩，他们变得皮包骨头，极度衰弱。艾滋病患者也不例外。” Glass教授指出，“更有甚者，在正常人的衰老过程中，也可见到肌肉再生能力的显著下降。”
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( H) j3 z9 Q9 a5 w% M% F! L“此外，如果一个人受伤后打了石膏，或用支架支撑腿部，或长期卧床，都会导致肌肉的萎缩。举例来说，腿部关节脱位，或韧带拉伤后固定一段时间，患肢都需要相当长的一段时间－大约9个月－才能恢复萎缩的肌肉。值得注意的是，目前尚无有效的药物可以预防肌肉萎缩，更不用说促进肌肉再生的药物了。”
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4 X: l7 t* H* y( F- b& DGlass在2001年10月25日的Science上发表了一篇论文，题为“泛素连接酶是骨骼肌肉萎缩过程中的关键酶”（Identification of ubiquitin ligases required for skeletal muscle atrophy）。论文的第一作者是Regeneron公司的肌肉生理学家 Sue Bodine。
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“我们发现有两种基因可以造成肌肉的萎缩。” Glass告诉BioWorld Today的记者。“敲除任何一个，我们都能有效地缓解肌肉的萎缩过程。其中一个基因名为‘肌肉环状指基因1 （muscle RING finger 1 ，MuRF1）’，之前我们已经知道这个基因及其定位（2号染色体短臂上），但并不清楚它的功能；另外一个名为‘肌肉萎缩盒F基因（muscle atrophy F-box ，MAFbx）’，位于8号染色体长臂上，之前我们对它一无所知。”
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0 j- K5 G- v. U; N. m“我们已经证实，这两个基因都参与了泛素化－一种蛋白质降解过程。我们对其基因产物进行降解，由此得到一些特异蛋白。由于这两个基因都能上调肌肉的萎缩过程，因而我们猜想它们可能调控着某种促进降解的特异肌肉蛋白。我们通过KO基因敲除小鼠将这两个基因删除，结果发现，56％的MAFbx基因缺失小鼠能够缓解肌肉的萎缩进程，而MuRF1基因缺失的KO小鼠则有36％可见肌肉萎缩过程的缓解。”
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开创性的发现，灿烂的临床前景

+ _9 T/ Q0 G2 e9 F4 nGlass表示，“敲除两个基因即可阻止肌肉的萎缩，这样的发现是前所未有的。据我所知，之前还没有发现过这样的显性基因。这个研究使我们看到了巨大的希望，只要阻止两个基因产物的任何一条降解旁路，我们都有可能在肌肉萎缩的治疗上取得突破。我们希望有一天能够将这个技术应用到临床中去。”

他解释说，“泛素连接酶是一种能够将泛素分子吸附到底物上的酶或酶类复合物，它是在肌肉蛋白的降解中起真正作用的物质。20年前泛素化过程刚被发现时，人们认为它不过是一种清除体内垃圾的生化过程－也就是说，对一些结构错误或失活的蛋白质进行降解。但是随着这些连接酶的发现，我们逐渐能够定位到一些功能蛋白，并在原位将其分解。这实在是太令人兴奋了。现在传导一个信号甚至无需进行蛋白激酶的磷酸化修饰，而只需说，‘在反应过程中有一个阻遏蛋白。不要紧，我们可以降解它，然后清除它。’”
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6 t$ o7 e" q4 L$ r! h3 x* QGlass与合作研究者设计了3个不同的体内实验，与其他一些物理性的原因作对比，分析肌肉萎缩的起始过程及其病程进展。“我们首先考虑的问题是，‘不同原因所致的萎缩是否经历了相似的病程？’这可以给我们提供一定的线索，促使我们进一步观察病变中牵涉到的旁路究竟是一种，还是多种。”
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首先，研究小组制造出一种基因敲除小鼠模型，并在其肌肉降解位点上删除了两个相关基因。“肌管过度表达MAFbx蛋白可导致肌肉萎缩。” Science上的这篇论文写道。“MAFbx或MuRF1基因缺陷的小鼠则对肌肉萎缩表现出相当强的抵抗能力。”

在第一个实验中，Glass说，“Sue Bodine破坏了小鼠腓肠肌中的坐骨神经，使其下肢完全瘫痪。但是尽管这些肌肉已经失去了功能，它们的萎缩程度却大大低于我们的预期结果。在第二个实验中，我们人为地固定住大鼠的肢体，方法就像打石膏一样。Sue用一个螺丝穿过大鼠脚踵，使其关节固定，下肢不能弯曲，从而使得肌肉也无法运动。”
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“第三个模型是让动物失重－将大鼠的后肢悬吊起来。它可以四处移动，但是由于后肢被悬空，其肌肉不能对抗这种力量。然后Sue在不同时间观察，结果发现所有参加实验的大鼠在相同的时间阶段内都表现出显著的肌肉萎缩。”

新药开发的曙光
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展望未来，Glass承认说，“当务之急是开发新的药物。我们必须研制出能够抑制这两个基因的产品。我不是说一定要抑制这两个基因－DNA水平的抑制－而是说，如能抑制它们的编码产物也不错。目前我们正在这个方面进行研究。此外，

/ Y8 G6 \" P# S# y我们还试图搞清这些连接酶的靶物质－也就是说，到底它们降解哪一种肌肉蛋白呢？显然，只有这样我们才能明确导致肌肉萎缩的蛋白种类，并最终对它们加以阻遏。”
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- T% s6 t& h" A3 y“无疑，Science上的这篇论文是进行临床前试验的坚实的理论基础。”他最后说。“我们现在正在朝这个方向前进。我们已开始着手筛选具有治疗功效的酶类抑制剂。”