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杜氏肌营养不良症患者及mdx小鼠肌肉再生受损。本研究聚焦转录因子E2-alpha（编码E12/E47）的可变剪接在成肌过程中的关键作用，发现核剪接因子PTBP1是E2-alpha互斥可变剪接的关键调控因子。在mdx模型中，异常升高的PTBP1导致E47/E12比例失调，破坏成肌分化。研究证明抑制PTBP1可恢复肌母细胞分化、增强肌肉修复并改善功能，并将去泛素酶抑制剂dergrasyn确立为诱导PTBP1降解的治疗策略。该研究为DMD治疗提供了新的潜在靶点。
想象一下，支撑我们奔跑、跳跃的肌肉，其背后有一套精密的修复与再生系统。然而，对于杜氏肌营养不良症患者而言，这套系统出现了严重故障。杜氏肌营养不良症，由编码抗肌萎缩蛋白的DMD基因突变引起，是一种严重的进行性肌肉消耗疾病。患者肌肉在持续损伤后再生能力严重受损，导致肌肉逐渐被纤维和脂肪组织取代，功能不断丧失。目前虽然已有一些疗法，但迫切需要能有效促进肌肉再生、改善功能的治疗新靶点。肌肉再生过程依赖于肌卫星细胞（肌母细胞）的激活、增殖和分化融合形成新的肌纤维。这一过程的精确调控，涉及复杂的基因表达网络，而转录因子的调控是其中的核心。转录因子E2A（由E2-alpha基因编码）通过可变剪接产生两个功能各异的亚型：促进肌母细胞增殖的E47和驱动肌母细胞分化的E12。在健康的肌肉再生过程中，这两种亚型的平衡切换至关重要。那么，在DMD病理条件下，这种关键的平衡是否被打乱？其背后的调控机制是什么？能否通过干预这一机制来挽救受损的再生过程？发表在《自然-通讯》上的这项研究，正是为了回答这些根本性问题。
研究人员主要运用了分子生物学、细胞生物学及动物模型技术。在细胞层面，使用C2C12小鼠成肌细胞系和原代肌卫星细胞进行功能实验。在动物层面，使用经典的DMD模型——mdx小鼠，并结合了肌肉损伤模型评估再生。关键技术包括：利用慢病毒介导的短发夹RNA进行基因敲低，通过腺相关病毒在体内递送干预工具；通过RNA测序、逆转录-聚合酶链式反应及蛋白质印迹等技术分析基因表达和剪接；通过免疫荧光染色、苏木精-伊红染色及马松三色染色等评估肌肉组织病理和纤维化；通过肌力测试和跑步机实验评估肌肉功能。此外，研究还使用了患者肌肉活检样本队列进行验证。
研究发现PTBP1调控E2-alpha的可变剪接
研究人员首先确认，在正常C2C12细胞分化过程中，E2-alpha的可变剪接从产生E47为主转向产生E12为主。通过生物信息学分析和实验验证，他们发现核内剪接因子PTBP1能够结合到E2-alpha前体信使RNA的特定区域，是调控这一互斥外显子选择的关键因子。在分化过程中，PTBP1的蛋白水平下降，解除了其对E12外显子选择的抑制，从而促进了“促分化”亚型E12的表达。
DMD中持续高表达的PTBP1导致E47/E12比例失调
接下来，研究揭示了DMD病理条件下的关键异常。在DMD患者和mdx小鼠的肌肉样本中，PTBP1的蛋白水平在应下降的分化阶段异常持续升高。这种异常的PTBP1高表达，导致E2-alpha剪接失调，表现为“促增殖”的E47亚型持续高表达，而“促分化”的E12亚型表达不足。这种E47/E12比例的失衡，直接导致了肌母细胞分化受阻，成为肌肉再生缺陷的一个重要机制。
敲低PTBP1可恢复肌母细胞分化并增强mdx小鼠的肌肉再生
为了验证PTBP1的致病作用，研究进行了功能挽救实验。在体外，敲低PTBP1能够有效恢复mdx小鼠来源的肌母细胞的分化能力。在体内，通过腺相关病毒介导的短发夹RNA在mdx小鼠肌肉中敲低PTBP1，不仅能纠正E47/E12的比例，还能显著增强损伤后的肌肉再生，表现为新形成的肌纤维数量增加、肌纤维横截面积增大、肌肉纤维化减轻。更重要的是，这种治疗还改善了mdx小鼠的肌肉功能，包括肌力和运动耐力。
去泛素酶抑制剂Derqasyn通过诱导PTBP1降解发挥治疗作用
最后，研究探索了靶向PTBP1的药物治疗潜力。他们发现，一种名为Derqasyn（或称WP1130）的去泛素酶抑制剂，能够诱导PTBP1蛋白通过泛素-蛋白酶体途径降解。用Derqasyn处理DMD患者来源的肌母细胞或mdx小鼠的肌母细胞，可以降低PTBP1水平，纠正E47/E12比例，并有效恢复其分化能力。在mdx小鼠模型中，全身性注射Derqasyn同样能够降低肌肉中PTBP1蛋白水平，改善肌肉的组织病理学特征。这表明，通过小分子药物诱导PTBP1降解，是一条可行的治疗途径。
该研究系统性地阐明了PTBP1-E2A剪接轴在调控肌生成和肌肉再生中的核心作用，并揭示了其在DMD病理条件下的失调机制。研究结论指出，在DMD中，异常持续的PTBP1高表达通过破坏E2-alpha的可变剪切换，导致肌母细胞分化程序受损，从而加剧了肌肉再生障碍。靶向抑制PTBP1，无论是通过基因手段还是小分子药物Derqasyn，都能够逆转剪接失调，恢复肌生成程序，并在临床前模型中有效改善肌肉再生和功能。这项研究的意义重大，它不仅为理解DMD的病理机制提供了新的视角，更重要的是，它鉴定出了PTBP1作为一个全新的、有潜力的治疗靶点，并提出了通过调控关键转录因子的可变剪接来重编程细胞命运、治疗肌肉疾病的新策略。这为开发针对DMD及其他涉及再生障碍的肌肉疾病的新型疗法开辟了道路。
