Nature Medicine：鞘脂合成过多引起的儿童肌萎缩侧索硬化
ALS是一种进行性神经退行性疾病，具有不同的发病年龄、运动神经元变性模式和疾病进展。除了通常在55至75岁之间出现的更常见的散发性ALS之外，越来越多的家族性和早发性ALS病例的基础是具有单基因遗传的致病变异。
这种精确的单基因原因可以为疾病提供独特的机械和病理生理学见解，并指导合理的治疗设计。虽然ALS发病机制涉及多种细胞过程，但迄今为止尚未发现ALS的单基因代谢形式。
丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）是一种多亚基酶，通过将l-丝氨酸和活化的酰基辅酶A（最常见的棕榈酰辅酶A）缩合形成长链碱基来催化鞘脂生物合成的初始和限速步骤. SPT活动需要密切的稳态调节，以确保足够的鞘脂合成并防止由于鞘脂过多引起的细胞毒性。
2021年5月31日，美国马里兰州贝塞斯达健康科学统一服务大学的Carsten Bönnemann和同事在Nature Medicine上发表了题为“Childhood amyotrophic lateral sclerosis caused by excess sphingolipid synthesis”的文章，该研究对9名患者的基因组进行了测序，这些患者来自7个家庭，患有严重的早发ALS。
作者在单个基因（SPTLC1）中发现了一组罕见突变，该基因编码一种参与脂类代谢的酶的组成部分。实验发现这些新发现的ALS致病突变会导致不受控地生产鞘类磷脂并在人类运动神经元中累积——正是这个类型的神经元在该疾病中尤为退化。
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先前研究显示SPT活动的改变与神经变性有关，虽然SPT功能的完全丧失可能与生命不相容，但自然发生的突变小鼠中C20-sphingoid碱基鞘脂的过量产生导致严重的神经退行性表型。然而，没有报道过人类疾病与SPT过度活跃有关。
在这项研究中，作者对来自七个独立家族的11名患者进行了表征，这些患者在SPTLC1中有四个显性作用的单等位基因致病变异，表现为儿童期 ALS。
我们研究了这些变体对鞘脂生物合成及其稳态调节的功能后果，与HSAN1 SPTLC1变体不同。同时，作者还通过基于已鉴定的遗传机制开发基于 siRNA的合理治疗策略，为精准医学方法提供概念证明。
图一：儿童期ALS患者的SPTLC1变异
研究团队确定了六个无关家庭的病人，他们在儿童早期出现下肢痉挛以及进行性下运动神经元介导的无力，但是没有感觉症状或体征。这种疾病通常是进行性的，并导致不同程度的独立行走和呼吸功能不全。作者发现，所有病人都在颅、颈和腰椎肌节中都有上、下运动神经元体征和症状，因此符合ALS15临床定义的修订El Escorial标准。
由于该病发病早，作者怀疑是单基因形式的ALS，并通过全基因组测序和全外显子测序鉴定了SPTLC1(NM_006415.4)中的四个杂合变体，在图一b中的家系遗传了SPTCLC1，所有患者都携带相同的SPTLC1。在肌肉活检中，其表现出与运动神经元疾病一致的急性和慢性神经源性变化，影像学结果也与运动神经元疾病一致。
图二：包含与ALS相关的SPTLC1变异转录本的等位基因特异性敲除
接下来该研究团队就针对SPTLC1展开研究，通过在小鼠上进行等位基因特异性敲低进行遗传和代谢拯救。先前的研究表明，在小鼠模型中，杂合无效Sptlc1突变体没有可检测的表型。
人类SPTLC1还高度耐受杂合的功能丧失变异，预计会导致单倍体不足（gnomAD观察到的/功能丧失变异的预期数量=0.98）。这表明SPTLC1总转录本减少50%仍然足以满足代谢需求，前提是 SPT 可以得到适当调节。因此，作者设计并验证了专门针对两种ALS相关SPTLC1变体而不影响WT等位基因的siRNA。
这种方法成功地降低了突变体mRNA水平（图二a），并且在siRNA浓度比对突变体等位基因的最大有效浓度高近100倍时，对WT等位基因几乎没有活性。此外，等位基因特异性敲低变体SPTLC1将鞘脂从头合成率恢复到接近正常水平，挽救了体外生化表型（图二b-d ）。
综上所述，该研究团队发现了单等位基因的、显性作用的SPTLC1变体，这些变体导致一种运动神经元疾病，最能表征为儿童ALS。
尽管SPTLC1相关性ALS发病于儿童期，并由此导致严重残疾，但其进展速度仍低于散发性ALS，从而反映了其他青少年发病遗传性ALS病例。并且此项研究提出了一种新的不受限制的鞘氨醇碱基合成的运动神经元疾病代谢机制，该等位基因特异性敲低为从基因发现到针对罕见疾病患者的小型临床试验中的突变特异性治疗方法的概念基础提供了参考。
参考文献
Mohassel, P., Donkervoort, S., Lone, M.A. et al. Childhood amyotrophic lateral sclerosis caused by excess sphingolipid synthesis. Nat Med (2021).
https://doi.org/10.1038/s41591-021-01346-1
编译作者：随艺（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）