基因新闻 第60页

基因是遗传信息的基本单位，它携带着构建、维护以及修复生物体的必备信息，同时也支持着生命的基本构造和性能，储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信息，决定生命健康的内在因素。因此畅销书《基因传》作者、肿瘤专家和知名科普作家悉达多·穆吉克将其称为“众生之源”。

几天前，《自然·通讯》杂志刊载了一篇关于融合基因的最新研究。研究人员利用CRISPR基因编辑技术，揭示了能够对癌细胞生长起到至关重要作用的融合基因类型，并且发现了一种新的融合基因，可为包括脑癌和卵巢癌在内的多种癌症提供新的药物靶点。融合基因，既是导致肿瘤的“魔鬼”，也能成为靶向治疗癌症的天使。

由染色体易位、缺失等原因导致

作为中科院昆明动物研究所肿瘤生物学学科组负责人，为乳腺癌等肿瘤发现多个候选靶标的陈策实研究员在接受科技日报记者采访时表示，人类基因组中约有2万多个不同的编码基因，正常情况下，它们会各自有条不紊地执行不同的功能。但人们发现，在肿瘤发生时，往往伴随着基因组水平的断裂和重新拼接。当两个或多个基因的编码区断裂，并与别的基因连接，则有可能形成位于同一套调控序列之下的新基因片段，这就是融合基因。一般由染色体易位、缺失等原因所致，通常情况下，它们会导致序列或者功能异常表达产物即融合蛋白的产生。

早在2009年，美国密西根大学综合性癌症研究中心推出了当时比较新的一种基因检测技术，当将染色体放在一起时基因便能发生融合。这种融合被认为是导致某些癌症形成的机制。他们在《自然》杂志上发表的研究认为，这种基因融合的发现有可能成为诊断癌症的标记或者作为今后药物作用的靶点。研究人员还在前列腺癌细胞中鉴别了数个融合蛋白，而且，这些融合物只见于癌细胞。

到目前为止，人们已经锁定了大约2万个融合基因，但是它们在癌症发展中的确切功能和作用，人们仍知之甚少。因此，区分融合基因是否对癌症存活有影响，具有重要的临床意义。

肿瘤产生，或因基因组重排作祟

在很早以前，科学家们就观察到了细胞“动力工厂”线粒体的变化在癌症生长中的作用。2018年《自然》杂志发表了哥伦比亚大学医学中心的一项重要成果，两个相邻基因的融合会导致线粒体过度激活，增加帮助细胞生长的“燃料”数量，从而导致癌症。研究人员还发现，靶向这种新发现癌症途径的药物可以阻止肿瘤生长，并在人类癌细胞和存在脑癌的小鼠中得到了证实。

陈策实认为，引起基因融合的基因重排类型主要包括平衡和非平衡重排。平衡重排是癌症中最常见基因融合方式，重排后染色体组的总量没有增减，只是结构稍有变化；另外非平衡重排指基因重排后染色体组的总量发生了改变，由基因缺失、重复等因素造成。

“引起基因融合的基因组重排，一是可能会导致原有基因过量表达，二是可能导致嵌合基因形成引起具有新功能的蛋白产生，这些异常通常在癌症发生的早期阶段发挥重要作用。”陈策实以导致急性淋巴细胞白血病的BCR-ABL1融合癌基因为例介绍道，22号染色体长臂与9号染色体发生易位形成新的染色体，致使相关基因重排，这种重排方式将BCR基因的5’端的部分基因和ABL1基因的3’端的部分序列连接在一起，形成一个新的融合蛋白BCR-ABL1，该蛋白具有很强的酪氨酸激酶活性，具有强促癌功能。基于此，人们开发出靶向药物格列卫，针对的就是该融合蛋白。

最新研究中，哥伦比亚大学医学中心及其合作者分析了来自43种不同癌症类型的1000多种人类癌细胞系中的8000多种融合基因。他们发现，90％的融合基因在癌症中并不起重要作用，但当从病人肿瘤的基因组重排推断癌症的原因时，“这些结果应该被考虑”。

现有检测方法优劣并存

融合基因通常是将两个或多个基因的编码区首尾相连，构成嵌合基因。根据构成，既有对功能基因进行示踪、研究其功能及特性的功能性融合，也有利用信号肽或单体序列携带目的基因高效表达，从而提取纯化目的蛋白的融合；还有增强基因功能、扩大基因应用范围的融合等。

正因为融合基因的发现，有可能成为诊断癌症的标记或者药物的靶点，因此融合基因检测对癌症临床诊疗及预后都具有实际意义，可以指导临床医生制定科学的治疗方案，避免发生治疗不足或过度。

陈策实介绍，基因融合检测的金标准是荧光原位杂交（FISH），这种方法可以检测目标基因在染色体中的定位，从而判断是否有基因异位的发生，但实验操作复杂、技术要求较高；其次，免疫组化（IHC）也是常用的检测方法之一，是利用特异性抗体检测目的蛋白表达水平的方法，能够显示靶标蛋白是否表达，以及表达量是否有改变，缺点是通常无法直接检测融合基因，对结果的判读主观性较强；第三个方法是反转录PCR（RT-PCR），优点是可操作性强，设计出针对已知融合基因的PCR引物，能简便快速地进行检测和判断。这三种技术只适用于肿瘤组织样本，限制了应用的拓展，因为很多晚期癌症患者无法进行手术取样，因此无法使用这些检测技术检测融合基因的状态。

但高通量测序（NGS）和微滴式数字PCR技术（ddPCR）不同，它不仅可以检测组织样本中的融合基因，还适用于非创伤手段获取的样本如血浆等样本，进行肿瘤融合基因的检测；NGS还可以一次检测多种基因、多种融合变体，发现未知变异，但实验操作和数据分析都很耗时，对样本的要求较高；ddPCR是对检测样本采用微滴化处理后进行PCR扩增，从而对少量样本进行多个基因位点的检测，缺点是无法对未知的融合基因进行检测。

陈策实认为，这些融合基因的检测方式各有优劣，往往需要结合多种检测方式，进行综合判断。(生物谷Bioon.com）

2019年6月10日讯/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院、布罗德研究所和美国国家卫生院（NIH）的研究人员发现CRISPR相关的转座子可用于将定制的基因插入到DNA中而不需要切割它。相关研究结果于2019年6月6日在线发表在Science期刊上，论文标题为“RNA-guided DNA insertion with CRISPR-associated transposases”。在这篇论文中，他们描述了他们的新型基因编辑技术，以及它在细菌基因组中进行测试时的效果。

近年来，CRISPR基因编辑技术因它具有治疗遗传性疾病的潜力而成为头条新闻。不幸的是，尽管围绕这种技术进行了大量研究，但它仍然不适合用于人类患者。这是因为这种技术容易出错—在切割DNA链时，CRISPR有时也会进行脱靶DNA切割，从而导致意料之外的不可预测的后果（有时会导致癌症）。在这项新的研究中，这些研究人员找到了一种方法，即将CRISPR与另一种蛋白结合使用，对DNA链进行编辑而不对它进行切割—他们称之为CRISPR相关转座酶（CRISPR-associated transposase, CAST）。

之前的研究已表明某些称为转座子的DNA片段，由于未知原因，能够自发地在基因组中重新定位—因此，它们被称为跳跃基因。在它们被发现后不久，科学家们已指出它们可能被用于基因编辑。这是这些研究人员在这项新的研究中所做的。他们将一种称为Tn7的转座子与用于CRISPR中的Cas12酶相结合在一起，以便对细菌基因组的一部分进行编辑。在实践中，CRISPR将Tn7转座子引导至基因组中的目标位置上—在那里，这种转座子将自身插入基因组中而无需切割它。

到目前为止，这项技术仍然处于原理验证阶段，但是已显示出很大的应用前景。在经过多次测试后，它的成功率为80%，相比之下，常规CRISPR的成功率仅为1%。然而，在此时，人们并不知道这种技术是否能够在非细菌有机体中发挥作用。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jonathan Strecker et al. RNA-guided DNA insertion with CRISPR-associated transposases, Science (2019). DOI: 10.1126/science.aax9181.

2019年6月21日讯/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自荷兰拉德堡德大学、格罗宁根大学、马斯特里赫特大学；意大利泰拉松遗传学与医学研究所、佩鲁贾大学；德国莱布尼茨自然产物研究与感染生物学研究所；中国青海师范大学、深圳华大基因研究院；美国韦恩州立大学；罗马尼亚克莱奥瓦医药大学的研究人员鉴定出一些基因和细胞过程有助于促进复发性外阴阴道念珠菌病（recurrent vulvovaginal candidiasis, RVVC）—一种由真菌白色念珠菌（Candida albicans）感染引发的疾病—产生。相关研究结果近期发表在Science Translational Medicine期刊上，论文标题为“A systems genomics approach identifies SIGLEC15 as a susceptibility factor in recurrent vulvovaginal candidiasis”。在这篇论文中，他们描述了对女性中这种真菌感染的研究以及他们从中学到了什么。

RVVC影响了全世界大约8％的女性，通常导致严重的不适并且经常性的疼痛。这种真菌入侵阴道内壁，并导致炎症。虽然它很少致命，但它对传统疗法有抵抗力，这意味着世界欠发达地区的女性不得不遭受它的折磨。之前的研究已表明有些女性比其他女性更容易受到这种真菌感染，但直到现在，人们仍然不知道其中的原因。在这项新的研究中，这些研究人员对欧洲女性遭受的这种真菌感染进行了系谱研究，以便确定这种原因是否可能是遗传学上的。作为这项研究的一部分，这些研究人员收集了来自327名欧洲女性—155人是RVVC患者，172人是对照者—的组织样本，然后对所有样本进行测序并研究存在的差异。

这些研究人员报道，他们发现RVVC患者存在的基因异常与参与代谢和细胞结构的过程有关。他们还发现了一种称为SIGLEC15的基因上的差异，其中这种基因参与某些细胞的调节作用。他们发现，白色念珠菌会诱导人体中的一种称为外周血单核细胞（PMBC）的免疫细胞表达SIGLEC15，而且暴露于真菌白色念珠菌时，人PMBC出现的多态性变化会导致它们释放出异常大量的参与诱发炎症的分子。这些研究人员指出，这表明患有RVVC的女性更容易感染，这是因为她们的免疫系统对这种真菌的反应不同，从而导致通常伴随RVVC感染的炎症和由此带来的不适。

今日，罗氏旗下基因泰克公司（Genentech）宣布，该公司的创新流感疗法Xofluza（baloxavir marboxil）在名为MINISTONE-2的全球性3期临床试验中达到主要终点。在治疗1-12岁儿童流感患者时表现出良好的安全性，同时显着缩短流感症状（包括发烧）。Xofluza的疗效与活性对照组相当。基因泰克公司将在即将召开的医学会议上公布这一试验的详细数据。这一结果有望将Xofluza的使用患者群扩展到儿童流感患者。

流感是由于流感病毒感染导致的传染性呼吸道疾病。它是对公众健康的严重威胁。在世界范围内，每年有大约300-500万严重流感患者，大约65万人因此去世。每年3名儿童中就有一名会患上流感，他们通常比成人传染性更强，因此，治疗儿童患者不但可以缓解他们的症状，而且可能防止流感的进一步传播。

由日本盐野义制药公司和罗氏合作研发的Xofluza是一种“first-in-class”的口服抗病毒药物，只需服用一次就可以见效。它能够治疗对奥司他韦（oseltamivir）产生抗性的病毒株和禽流感病毒株（H7N9，H5N1）。Xofluza的作用机制与目前已有抗病毒疗法不同。它通过抑制流感病毒中的cap-依赖型核酸内切酶（cap-dependent endonuclease）起到抑制病毒复制的作用。已有抗流感药物的作用机制是通过靶向神经氨酸酶（neuraminidase）。与这些药物相比，Xofluza靶向病毒复制周期的更早阶段。

去年10月，FDA批准Xofluza上市，用于治疗12岁以上，无并发症的急性流感患者。这是20年来获批的首款具有创新机制的流感疗法。

“儿童尤其需要治疗流感的创新疗法，因为他们患上流感的风险最高，而且更容易出现并发症，包括呼吸问题和肺炎。这些并发症，导致全球每年大约有100万5岁以下儿童住院接受治疗，”罗氏首席医学官兼全球产品开发负责人Sandra Horning博士说：“作为一次口服药物，Xofluza可以为儿童流感患者提供一种便捷的治疗手段。我们期待与世界各地的卫生机构分享这些数据。”(生物谷Bioon.com）

2019年7月13日讯/生物谷BIOON/—基于CRISPR的工具彻底改变了我们靶向与疾病相关的基因突变的能力。CRISPR技术包括一系列不断增长的能够操纵基因及其表达的工具，包括利用酶Cas9和Cas12靶向DNA，利用酶Cas13靶向RNA。这一系列工具提供了处理突变的不同策略。鉴于RNA寿命相对较短，靶向RNA中与疾病相关的突变可避免基因组发生永久性变化。此外，使用CRISPR/Cas9介导的编辑难以对诸如神经元之类的某些细胞类型进行编辑，因而需要开发新策略来治疗影响大脑的破坏性疾病。

在一项新的研究中，美国麻省理工学院麦戈文脑科学硏究所研究员、布罗德研究所核心成员张锋（Feng Zhang）及其团队如今开发出一种称为RESCUE（RNA Editing for Specific C to U Exchange, C→U交换特异性的RNA编辑）的策略。相关研究结果于2019年7月11日在线发表在Science期刊上，论文标题为“A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing”。

张锋和他的团队，包括论文共同第一作者Omar Abudayyeh和Jonathan Gootenberg（如今都是麦戈文脑科学硏究所研究员），利用一种失活的Cas13将RESCUE引导到RNA转录本中的目标胞嘧啶碱基上，并使用一种新的、经过进化的、可编程的酶将不想要的胞嘧啶（C）转化为尿苷（U），从而指导RNA指令发生变化。RESCUE建立在REPAIR技术的基础之上，其中REPAIR也是由张锋团队开发的，可将碱基腺嘌呤转化为RNA中的肌苷（Science, 2017, doi:10.1126/science.aaq0180，详细新闻报道参见生物谷报道：
重磅！Nature和Science同日打擂台发表新型DNA/RNA碱基编辑器，可校正点突变）。

RESCUE显著地扩展了CRISPR工具能够靶向的范围，包括蛋白中可修饰的位点，比如磷酸化位点。这些位点充当蛋白活性的开启/关闭开关，而且主要存在于信号分子和癌症相关通路中。

张锋说道，“为了应对导致疾病的遗传变化的多样性，我们需要有一系列精确技术可供选择。通过这种新的酶并将它与CRISPR的可编程性和精确性相结合，我们能够填补工具箱中的关键空白。”

将RNA编辑的范围扩大到新的靶标

之前开发的REPAIR平台使用靶向RNA的 CRISPR/Cas13将一种称为ADAR2的RNA编辑器的活性结构域引导至特定的RNA转录物，在那里它能够将腺嘌呤（A）转换为肌苷（I），即A→I。由于不存在具有替代活性的天然编辑器，张锋和他的同事们进行了REPAIR融合，并在实验室中让它进行进化，直到它能够将胞嘧啶转换为尿苷，即C→U。

RESCUE能够被引导至任何选择的RNA，然后通过这种平台中经过进化的ADAR2组分执行C→U编辑。张锋团队将这种新平台导入到人细胞中，结果表明这能够靶向人细胞中的天然RNA以及合成RNA中的24种临床相关突变。然后，他们进一步优化了RESCUE以减少脱靶编辑，同时最小程度地降低对在靶编辑的干扰。

新靶标即将到来

利用RESCUE扩展靶向能力意味着通过磷酸化、糖基化和甲基化等翻译后修饰调节许多蛋白的活性和功能的位点如今都可作为编辑的靶标。

RNA编辑的一个主要优点是它的可逆性，相比之下，DNA水平上的变化是永久性的。因此，在需要暂时而非永久进行修饰的情况下，就可临时部署RESCUE。为了证实这一点，张锋团队发现在人细胞中，RESCUE能够靶向编码β-连环蛋白的RNA中的特定位点，从而导致β-连环蛋白活化和细胞生长的暂时增加，其中已知β-连环蛋白可发生磷酸化。如果永久性地发生这种修饰，那么这可能让细胞易于发生不受控制的细胞生长和癌变，但是在急性损伤时，暂时的细胞生长可能会刺激伤口愈合。

这些研究人员还靶向一种致病性的基因变体，即APOE4。 APOE4等位基因一直是晚发性阿尔茨海默病产生的一种遗传风险因素。基因亚型APOE4与不是遗传风险因素的APOE2仅存在两个碱基的差别（在APOE4中，这两个碱基都是C，而在APOE2中，这两个碱基都是U）。张锋和他的同事们将风险相关的APOE4 RNA导入细胞中，结果发现RESCUE能够将它的特征性的两个碱基C都转化为U，因而将它转化为APOE2序列，从而将风险相关的变体APOE4 转化为非风险因素的变体APOE2。

就像张锋实验室之前开发的CRISPR工具一样，他们计划广泛地分享RESCUE平台，以便促进更多的人使用这种平台，从而有助于将RESCUE 推向临床，并且能够让人们使用这种平台作为一种更好地理解致病突变的工具。这种平台将通过非营利性质粒库Addgene免费提供给人们用于开展学术研究。想要了解更多信息，请访问张锋实验室的网页：https://zlab.bio/。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Omar O. Abudayyeh et al. A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing. Science, 2019, doi:10.1126/science.aax7063.

New CRISPR platform expands RNA editing capabilities

2019年8月21日讯/生物谷BIOON/—在一项新的研究中，来自美国、比利时和刚果民主共和国的研究人员从一种已在石蜡中保存了50多年的淋巴结组织中提取出近乎完整的HIV-1基因组。这种样本是迄今为止发现的最早的HIV-1基因组，比此前最古老的样本早了十年。相关研究结果近期发表在预印本服务器bioRxiv上，论文标题为“A near-full-length HIV-1 genome from 1966 recovered from formalin-fixed paraffin-embedded tissue”。

在从刚果民主共和国的一名38岁男子体内收集受到污染的淋巴结17年后，即1983年，科学家们首次发现了HIV-1病毒。在1966年获取这种淋巴结样本后，病理学家用福尔马林固定这种组织并将它包埋在石蜡中，然后将它储存了大约半个世纪。许多此类组织样本都被存档以便在未来希望能更好地了解当时未知的疾病。

论文共同作者Michael Worobey和他的同事们在刚果民主共和国金沙萨大学梳理了1600多个组织样本旨在寻找HIV基因组片段时，发现了这种大小不超过手指甲的淋巴结样本。在这些大量的组织样本中，仅这种淋巴结样本含有这种病毒的迹象。这种淋巴结样本的保存过程让RNA发生破碎，但是这些研究人员成功地提取出和组装足够多的HIV基因组片段，从而形成接近完整的HIV基因组。

Worobey说，“事实证实，50多年后你能够提取[RNA]，即使在室温下将它放在抽屉里，也是如此。在金沙萨市这个地方，天气比较温暖。”他补充道，“就这样，我们已埋头苦干五年多了。”

在这种淋巴结样本中提取出的HIV基因组类似于最流行的HIV亚型C，但似乎是这组病毒的近亲。

论文共同作者、Worobey实验室博士后研究员Sophie Gryseels补充道，“有一些非常复杂的进化模型可被用来追索历史上发生的事情，但是它们仍然只是模型。有了年代久远的遗传材料，你能够观察到现实是什么样的。”

这些研究人员将这种病毒与HIV谱系的进化模型进行了对比，其中这些进化模型是科学家们根据现代数据和祖先基因组的零碎证据进行逆向工程推导出来的。他们发现这些进化模型给出的时间表几乎与他们估计的时间表相一致：他们估计这种病毒起源于1896年至1905年间的中非，而之前的评估将这种日期定在20世纪20年代左右。

英国牛津大学进化和传染学教授Oliver Pybus（未参与这项新的研究）说，“尽管这项研究的发现并没有显著改变我们目前针对艾滋病大流行早期遗传史提出的模型，但是它确实提高了我们对之前从现代和部分HIV基因序列中得出的结论的信心。”

这些研究人员提出，这种近乎完整的基因组应该进一步让科学家们了解哪些因素导致HIV出现，从而导致艾滋病（HIV/AIDS）大流行。

在美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院研究HIV进化的Beatrice Hahn（未参与这项新的研究）说，“为什么我们对化石感兴趣？这是因为它们讲述了历史。这种HIV’化石’也不例外。这是进化谜题中的一个重要部分。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1.Sophie Gryseels et al. A near-full-length HIV-1 genome from 1966 recovered from formalin-fixed paraffin-embedded tissue. bioRxiv, 2019, doi:10.1101/687863.

2.HIV-1 Genome Extracted from 1966 Tissue Sample
https://www.the-scientist.com/news-opinion/hiv-1-genome-extracted-from-1966-tissue-sample-66295

9月24日，ACS applied Materials & Interfaces 期刊在线发表了题为Effect of PEGylated Magnetic PLGA-PEI Nanoparticles on Primary Hippocampal Neurons： Reduced Nano-neurotoxicity and Enhanced Transfection Efficiency with Magnetofection 的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室的王征研究组与仇子龙研究组合作完成。该研究系统地探讨了聚合物纳米基因递送系统的神经毒性，并通过表面功能化修饰有效地降低纳米基因递送系统的神经毒性；在外磁场靶向作用下，具有较好生物相容性的纳米基因递送系统显着提高了原代海马神经元的转染效率，为推进基因编辑成为未来神经调控手段奠定了基础。

神经系统疾病（如自闭症、抑郁症、阿尔兹海默症、帕金森症等）的基因疗法是近年来研究的热点，外源基因在神经元中安全、稳定、高效的表达是基因治疗成功的关键，这与基因递送系统息息相关。随着纳米技术的蓬勃发展，纳米材料作为非病毒载体具有合成方法简单、粒径较小、易于功能化修饰、较高的负载量和较低（几乎无）的免疫原性等优势，越来越受到关注。该研究构建了一系列阴离子型磁性聚乳酸-羟基乙酸(MNP-PLGA)纳米材料，通过表面接枝聚乙烯亚胺（PEI），得到阳离子型MNP-PLGA-PEI纳米材料；最后，通过Schiff碱反应，将聚乙二醇(PEG)的醛基与MNP-PLGA-PEI的氨基反应，从而得到PEG化的接近中性的纳米材料(PEGylated MNP-PLGA-PEI)，如下图所示，并随后采用多种方法系统检测了三种属性纳米材料的神经毒性。

实验结果显示，阳离子型MNP-PLGA-PEI纳米材料无法内吞进入神经元中，并显着影响胞内钙离子浓度变化；而阴离子型MNP-PLGA和中性PEGylated MNP-PLGA-PEI纳米材料能够在1小时内有较好的细胞摄取率，具有较低的纳米神经毒性和较好的生物相容性。在此基础上，研究人员利用外部磁场与磁性纳米基因递送系统之间的相互作用，增强磁性纳米基因递送系统进入神经元的概率，进而提高转染效率。该研究通过表面功能化修饰聚乙二醇聚合物，构建了安全、有效的纳米基因递送系统，并在磁转染的介导作用下有效提高了原代海马神经元的转染效率，为进一步优化基因治疗的载体工具提供了重要的实验依据。

该工作主要由王征研究组助理研究员崔彦娜，在王征和仇子龙的共同指导下完成，期间得到了研究团队成员李霄、博士生Kristina Zeljic和助理研究员单仕芳的大力协助。该工作得到中科院战略先导（B类）科技专项、科技部国家重点研发计划、基金委国家自然科学基金、上海市重大科技专项等的资助。(生物谷Bioon.com）

2019年10月20日讯/生物谷BIOON/—在1999年至2017年之间，在美国因过量服用安定（Valium，又称为苯甲二氮，或地西泮）和其他苯二氮平类药物死亡的人数增加了10倍。多年以来，科学家们一直认为，这些用于治疗焦虑症、肌肉痉挛和睡眠障碍的强效镇静剂独自地起着镇定神经的作用。如今，在一项新的研究中，来自美国国家卫生研究院（NIH）的研究人员发现这种对这类药物及其影响的神经回路的看法可能必须改变。通过研究小鼠，他们发现这可能需要一个“粘性”基因的帮助，这个基因被命名为Shisa7。相关研究结果发表在2019年10月11日的Science期刊上，论文标题为“Shisa7 is a GABAA receptor auxiliary subunit controlling benzodiazepine actions”。

论文通讯作者、美国国家卫生研究院国家神经疾病与卒中研究所（NINDS）研究员Wei Lu博士说：“我们发现Shisa7在对抑制性神经回路的调节和某些苯二氮卓类药物对神经回路活性的镇静作用中起着关键作用。我们希望这些结果将帮助科学家们设计出更有效的治疗方法，以治疗由这些神经回路出现问题而引起的各种神经系统疾病和神经精神疾病。”

Lu实验室研究了用来控制突触的基因和分子。整个神经系统中的神经元之间建立了数万亿个突触或者说通信点。在这项新的研究中，他的团队与美国国家卫生研究院国家儿童健康与人类发育研究所（NICHD）高级研究员Chris J. McBain领导的一个研究团队合作，研究了依赖于神经递质γ-氨基丁酸（GABA）来镇静神经的突触。当一个神经元释放出大量GABA分子时，这些分子随后很快就会相邻神经元表面上称为A型GABA（GABA type A, GABAA）受体的蛋白检测到，这就是不同神经元通过突触进行通信的方式。

在这项研究之前，人们曾认为苯二氮卓类药物单独地起着增强GABAA受体的神经镇静反应。Lu实验室发现，相反，这些反应可能很大程度上取决于Shisa7基因编码的蛋白是否附着在GABAA受体上。虽然这些结果最终可以有助于科学家们更好地了解这类镇静剂，但是这项研究始于一个关于Shisa7的简单问题。

2004年，日本研究人员最初发现Shisa基因在青蛙头部的形成中起作用，并以在日本南部的雕像中描绘的一个神话的大头的保护神的名字命名该基因。

像许多科学家一样，Lu起初认为Shisa7在控制完全不同类型的突触—它们依赖于神经递质谷氨酸来激发而不是镇静神经元—中起着作用。近期的研究表明，Shisa7与其他Shisa基因编码的蛋白附着在谷氨酸受体上。一旦附着上，这些“辅助”蛋白就可以控制谷氨酸受体对谷氨酸的反应或它在突触中的存在。不过，几年前，Lu团队在一篇有关Shisa蛋白的科学文章中注意到了一些有趣的东西。

Lu说，“我们发现了惊人的结果。该文章表明，Shisa7是似乎这个家族中唯一一种对重要类型的谷氨酸受体活性没有影响的蛋白。这引起了我们的注意，我们决定仔细研究一下。”

为此，NINDS博士后研究员Wenwen Han博士与Lu实验室的其他研究人员合作，系统性地研究了小鼠神经元中的Shisa蛋白。令他们吃惊的是，他们发现Shisa7似乎在镇静神经的GABA突触中起着独特而关键的作用。

在NINDS高级研究员Ling Gang Wu博士实验室和美国国家研究院国家聋哑与其他交流障碍研究所（NIDCD）Ronald S. Petralia博士实验室的科学家的帮助下，这些研究人员使用先进的显微镜技术发现Shisa7紧密地簇集位于突触表面的GABAA受体上。通过基因手段剔除神经元中的Shisa7会降低GABAA受体的数量，并降低突触GABAA受体反应产生的电流强度。

进一步的实验表明Shisa7蛋白直接附着于GABAA受体。电记录表明Shisa7加快了GABAA受体对神经递质GABA作出的反应，并使得在存在安定的情况下所产生的反应大小几乎增加了一倍，这表明这种蛋白使得这种受体对苯二氮卓类药物更加敏感。

McBain博士说：“这些结果表明Shisa7在多种条件（包括在苯二氮卓类药物的存在下）下直接形成抑制性突触反应。”

最后，针对小鼠的实验支持了Shisa7也在苯二氮卓类药物的镇静作用中起作用。比如，在一组实验中，他们测试了安定减少小鼠在面对开放的高架空间时感到高度焦虑的能力。为此，他们将小鼠放置在由两个交叉的臂状物组成的高架迷宫的中间。一个臂状物被遮住，另一个臂状物处于开放状态。与先前的研究相一致的是，这些研究人员发现对这些小鼠注射安定会增加野生型小鼠选择在开放臂状物上行走的时间，这表明这种药物减轻了焦虑。相反之下，安定对经过基因改造后缺乏Shisa7基因的小鼠没有影响。不论是接受安定注射还是接受安慰剂注射，这些缺乏Shisa7基因的小鼠花费了相同的时间来探索开放的臂状物。

在其他实验中，这些研究人员发现Shisa7还会影响苯二氮卓类药物的嗜睡和催眠作用。与野生型小鼠相比，缺乏Shisa7的小鼠在接受高剂量安定注射后入睡的可能性要小得多。此外，在安定引起的跌倒后，突变小鼠站起来的能力显著提高，实际上，一些突变小鼠表现出了对跌倒的抵抗力。

Lu说，“我们的结果让人们注意到诸如Shisa7之类的辅助蛋白的潜在临床重要性。我们当前使用的许多神经药物旨在控制突触受体的活性。这是我们首次发现在开发靶向GABAA受体的新疗法时，研究人员可能也想要考虑一下诸如Shisa7之类的辅助蛋白。”

他的团队计划更详细地探究Shisa7在抑制性神经回路和其他神经系统疾病中可能发挥的作用。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1.Wenyan Han et al. Shisa7 is a GABAA receptor auxiliary subunit controlling benzodiazepine actions. Science, 2019, doi:10.1126/science.aax5719.

2.Uwe Rudolph et al. Modulating anxiety and activity. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaz3176.

3.’Sticky’ gene may help Valium calm nerves
https://medicalxpress.com/news/2019-10-sticky-gene-valium-calm-nerves.html