【佳學(xué)基因檢測(cè)】粘多糖病基因檢測(cè)（Mucopolysaccharidoses）

粘多糖病基因檢測(cè)導(dǎo)讀：

由于致病基因鑒定基因解碼技術(shù)的使用，通過(guò)對(duì)《人體疾病發(fā)生的臨床觀察與基因原因》中的粘多糖疾病的基因解析，溶酶體生物學(xué)和功能知識(shí)的最新進(jìn)展已轉(zhuǎn)化為對(duì)粘多糖病(MPS)病理生理學(xué)的更好理解。粘多糖病(MPS)表現(xiàn)是溶酶體充滿未降解的糖胺聚糖(GAG)的直接后果這一基因解碼成果受到了有關(guān)糖胺聚糖(GAG)的多種生物學(xué)作用的新信息以及溶酶體作為參與許多關(guān)鍵細(xì)胞功能的信號(hào)中樞的新觀點(diǎn)的挑戰(zhàn)。粘多糖病(MPS)病理生理學(xué)現(xiàn)在被視為一系列復(fù)雜的次級(jí)事件的結(jié)果，這些事件導(dǎo)致多種細(xì)胞過(guò)程和途徑功能障礙，例如膜的異常組成及其對(duì)囊泡融合和運(yùn)輸?shù)挠绊?；底物的二次?chǔ)存；自噬受損；線粒體功能受損和氧化應(yīng)激；信號(hào)通路失調(diào)。表征這一系列次級(jí)細(xì)胞事件對(duì)于更好地理解粘多糖病(MPS)臨床表現(xiàn)的病理生理學(xué)至關(guān)重要。此外，其中一些途徑可能代表新的治療目標(biāo)，并有助于開(kāi)發(fā)針對(duì)這些疾病的新療法。而這一綜合過(guò)程大幅度提升了粘多糖病的基因檢測(cè)。

粘多糖病基因檢測(cè)需要檢測(cè)的基因及其位點(diǎn)

在粘多糖?。∕PS）的基因檢測(cè)中，需要檢測(cè)以下基因：

MPS I型（Hurler綜合征）：需要檢測(cè)IDUA基因，這個(gè)基因編碼α-內(nèi)酯酸酯酶，該酶缺乏會(huì)導(dǎo)致粘多糖的積累。

MPS II型（Hunter綜合征）：需要檢測(cè)IDS基因，這個(gè)基因編碼內(nèi)酯酸硫酸酯酶，其缺乏會(huì)引起糖胺聚糖的異常儲(chǔ)存。

MPS III型（Sanfilippo綜合征）：包括A型、B型、C型和D型，分別需要檢測(cè)SGSH（A型）、NAGLU（B型）、HGSNAT（C型）和GNS（D型）基因，這些基因分別編碼不同的酶，缺乏這些酶會(huì)導(dǎo)致不同類型的MPS III。

MPS IV型（Morquio綜合征）：包括A型和B型，分別需要檢測(cè)GALNS（A型）和JPS基因（B型），這些基因分別編碼硫酸化角質(zhì)素酯酶和硫酸化乙酰氨基糖苷酶。

MPS VI型（Maroteaux-Lamy綜合征）：需要檢測(cè)ARSB基因，這個(gè)基因編碼硫酸化角質(zhì)素酯酶，其缺乏會(huì)導(dǎo)致糖胺聚糖的異常積累。

MPS VII型（Sly綜合征）：需要檢測(cè)GUSB基因，這個(gè)基因編碼β-內(nèi)酯酸酯酶，其缺乏會(huì)導(dǎo)致粘多糖的積累。

這些基因檢測(cè)能夠幫助識(shí)別與不同類型粘多糖病相關(guān)的酶缺乏情況，從而提供準(zhǔn)確的診斷和早期干預(yù)。

粘多糖病基因檢測(cè)（Mucopolysaccharidoses）關(guān)鍵詞：

粘多糖病、LSD、GAG、自噬、溶酶體貯積癥

為什么要進(jìn)行粘多糖病基因檢測(cè)？

經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，人們對(duì)粘多糖病(MPS)病理生理學(xué)的認(rèn)識(shí)已不斷進(jìn)步。第一批粘多糖病(MPS)最初是根據(jù)其特殊表型的描述和病理學(xué)發(fā)現(xiàn)的特征確定為不同的臨床疾病的，而所有這些疾病的生物化學(xué)、生物學(xué)和分子基礎(chǔ)在基因解碼基因檢測(cè)的參與下得到了闡明。

溶酶體的發(fā)現(xiàn)及其在細(xì)胞生物學(xué)和人類疾病中的作用的描述標(biāo)志著粘多糖病(MPS)歷史上的決定性轉(zhuǎn)折。與許多其他溶酶體貯積癥(LSD)一樣，這類疾病的病理生理學(xué)被歸因于溶酶體降解功能的阻滯。因此，粘多糖病(MPS)的表現(xiàn)被認(rèn)為是溶酶體充盈未降解的粘多糖（也稱為糖胺聚糖(GAG)）的直接后果。

如今，隨著溶酶體生物學(xué)基因信息解碼的進(jìn)一步推進(jìn)，人們對(duì)包括粘多糖病(MPS)在內(nèi)的溶酶體貯積癥(LSD)病理生理學(xué)重新產(chǎn)生了興趣。大量致病基因鑒定基因解碼改進(jìn)了溶酶體作為完全降解細(xì)胞器的傳統(tǒng)觀念，現(xiàn)在溶酶體貯積癥(LSD)被視為同時(shí)影響多種細(xì)胞通路和信號(hào)級(jí)聯(lián)的疾病，每種通路和信號(hào)級(jí)聯(lián)都會(huì)導(dǎo)致疾病病理生理學(xué)和臨床表現(xiàn)。

2.粘多糖(MPS)、糖胺聚糖(GAG)和溶酶體的結(jié)構(gòu)與功能基因解碼基因檢測(cè)

粘多糖病(MPS)是一種溶酶體貯積癥，是由參與糖胺聚糖(GAG)分解的酶缺乏引起的。糖胺聚糖(GAG)是一種異質(zhì)性的高度硫酸化、復(fù)雜、線性多糖家族，由重復(fù)的二糖單元組成，存在于所有哺乳動(dòng)物組織中。糖胺聚糖(GAG)的降解由溶酶體水解酶完成，這些酶要么是切割寡糖鏈末端糖殘基的外切糖苷酶，要么是去除特定糖殘基上硫酸鹽的硫酸酯酶。這些酶依次起作用；因此，其中一種活性的缺乏都會(huì)導(dǎo)致糖胺聚糖(GAG)進(jìn)一步降解受阻?；驒z測(cè)可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致酶活性缺乏的根本原因，使得基因檢測(cè)不拘泥于疾病表征的出現(xiàn)，從而用來(lái)早期發(fā)現(xiàn)疾病并在代際間阻斷遺傳。

近年來(lái)，不同的基因解碼方向改變了粘多糖病基因檢測(cè)質(zhì)量提升團(tuán)隊(duì)對(duì)粘多糖病(MPS)病理生理學(xué)的看法。對(duì)糖胺聚糖(GAG)在細(xì)胞生物學(xué)中功能的致病基因鑒定基因解碼取得了重大進(jìn)展。糖胺聚糖(GAG)具有多種重要的生物學(xué)作用。長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為它們只是細(xì)胞外基質(zhì)和膜的組成部分，主要參與細(xì)胞水合和結(jié)構(gòu)支架。然而，最近的證據(jù)表明，糖胺聚糖(GAG)也在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并調(diào)節(jié)幾種對(duì)細(xì)胞生物學(xué)至關(guān)重要的生化過(guò)程，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖、促進(jìn)細(xì)胞粘附、抗凝、傷口修復(fù)等。特別是，細(xì)胞外糖胺聚糖(GAG)代表不同信號(hào)分子的儲(chǔ)存器和輔助受體。

得益于闡明溶酶體在細(xì)胞生物學(xué)中的作用的致病基因鑒定基因解碼，粘多糖病基因檢測(cè)質(zhì)量提升團(tuán)隊(duì)收集了有關(guān)粘多糖病(MPS)病理生理學(xué)的更多關(guān)鍵信息。長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為，降解細(xì)胞成分的周轉(zhuǎn)是溶酶體的主要任務(wù)。該功能被視為細(xì)胞中組成性活躍的“管家”過(guò)程。最近的致病基因鑒定基因解碼挑戰(zhàn)了這些假設(shè)，并提供了確鑿的證據(jù)，證明溶酶體區(qū)室是復(fù)雜途徑——自噬-溶酶體途徑(ALP)的一部分，并且溶酶體的生物合成和該途徑的激活通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子EB(TFEB)的磷酸化狀態(tài)和亞細(xì)胞定位來(lái)適應(yīng)環(huán)境刺激。這些活動(dòng)主要受多蛋白復(fù)合物哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mTORC1)的功能調(diào)節(jié)，該復(fù)合物位于溶酶體限制膜的細(xì)胞質(zhì)表面。mTORC1是一種激酶，對(duì)多種底物有活性，包括轉(zhuǎn)錄因子EB(TFEB)，可調(diào)節(jié)ALP活化和細(xì)胞成分（如脂質(zhì)庫(kù)）的循環(huán)利用。鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)也參與調(diào)節(jié)TFEB核轉(zhuǎn)位和自噬激活。由于溶酶體功能和生物學(xué)的這種特性，溶酶體現(xiàn)在被視為參與許多關(guān)鍵細(xì)胞過(guò)程的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)樞紐，如營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)和代謝調(diào)節(jié)、分泌、囊泡和膜運(yùn)輸、生長(zhǎng)、適應(yīng)性免疫等。多個(gè)生理過(guò)程被合理地納入到基于基因解碼的粘多糖病的基因檢測(cè)中，從而提升了基因檢測(cè)的全面性，降低了意義未明、假陰性的產(chǎn)生率。

溶酶體儲(chǔ)存和細(xì)胞途徑的二次破壞

鑒于糖胺聚糖(GAG)在細(xì)胞生物學(xué)和信號(hào)通路中的作用，導(dǎo)致這些分子降解缺陷的突變會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，涉及多系統(tǒng)，并與軀體、神經(jīng)、血液和眼部癥狀產(chǎn)生不同的關(guān)聯(lián)，這并不奇怪。致病基因鑒定基因解碼的科學(xué)進(jìn)步，更進(jìn)一步地改進(jìn)了多系統(tǒng)疾病的致病基因的鑒定。

此外，根據(jù)有關(guān)溶酶體生物學(xué)及其在許多細(xì)胞功能中的核心作用的更新信息，多種多樣的事件正在成為粘多糖病(MPS)發(fā)病機(jī)制中的重要參與者。具體而言，這些事件包括與缺陷酶無(wú)關(guān)的次級(jí)底物的儲(chǔ)存；膜的異常組成和囊泡的異常融合和細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸；自噬受損；線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激；信號(hào)通路失調(diào)和炎癥激活；鈣穩(wěn)態(tài)和信號(hào)傳導(dǎo)異常（圖1）。這些因素或過(guò)程可能會(huì)影響癥狀和臨床表現(xiàn)的嚴(yán)重程度，由于該領(lǐng)域在很大程度上依賴于基因解碼的繼續(xù)探索，因此將很快建立繼發(fā)性細(xì)胞損傷和疾病表型之間的明確相關(guān)性。

圖1：粘多糖病(MPS)的致病級(jí)聯(lián)。粘多糖病(MPS)中的多種致病事件包括糖胺聚糖(GAG)的初級(jí)儲(chǔ)存和次級(jí)破壞途徑：不同底物的次級(jí)儲(chǔ)存和異常的膜組成；融合和囊泡運(yùn)輸受損；自噬受損；線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激；信號(hào)通路失調(diào)和炎癥激活；鈣穩(wěn)態(tài)和信號(hào)傳導(dǎo)受損。

二級(jí)存儲(chǔ)

在包括粘多糖病(MPS)在內(nèi)的多種溶酶體貯積癥(LSD)中，已不斷證實(shí)存在無(wú)法用原發(fā)性溶酶體缺陷解釋的底物二次儲(chǔ)存。二次儲(chǔ)存的化合物類型高度異質(zhì)，包括糖鞘脂、磷脂和膽固醇 。

繼發(fā)性儲(chǔ)存在感染粘多糖病(MPS)的患者和不同物種的動(dòng)物模型中均有描述。通過(guò)生化分析程序（高效液相色譜法）和固定組織的組織化學(xué)染色，對(duì)罹患粘多糖病(MPS)I、II、IIIA、IIIC和IIID的患者尸檢樣本的腦皮質(zhì)組織進(jìn)行了全面分析。該分析揭示了糖胺聚糖(GAG)成分的變化（硫酸肝素增加，硫酸角質(zhì)素減少）以及包括GM2和GM3神經(jīng)節(jié)苷脂和乳糖神經(jīng)酰胺在內(nèi)的次級(jí)底物的積累。

在動(dòng)物模型中也進(jìn)行了類似的致病基因鑒定基因解碼。對(duì)亨特威犬（粘多糖病(MPS)IIIA的犬類模型）進(jìn)行的形態(tài)學(xué)和組織學(xué)致病基因鑒定基因解碼表明，神經(jīng)元內(nèi)存在染色各異的儲(chǔ)存顆粒，其中一些顆粒被染色為神經(jīng)節(jié)苷脂。在超微結(jié)構(gòu)分析中，這些顆粒既包含致密的顆粒物質(zhì)（基因解碼基因檢測(cè)確定為GAG），也包含各種多層體（基因解碼將其鑒定為神經(jīng)節(jié)苷脂積聚）。

在貓科動(dòng)物粘多糖病(MPS)VI模型中，異常溶酶體內(nèi)含體呈多形性，類似于粘多糖病(MPS)典型的斑馬體和致密核心內(nèi)含體，而其他內(nèi)含體則表現(xiàn)為神經(jīng)節(jié)苷脂沉積癥特有的膜狀儲(chǔ)存體。錐體神經(jīng)元對(duì)GM2和GM3神經(jīng)節(jié)苷脂呈陽(yáng)性染色。此外，菲律賓染色呈陽(yáng)性表明未酯化膽固醇的儲(chǔ)存。由于神經(jīng)節(jié)苷脂可以在發(fā)育過(guò)程中影響樹(shù)突形成，因此基因解碼推測(cè)這些化合物的積累會(huì)引發(fā)粘多糖病(MPS)患者所見(jiàn)的樹(shù)突和軸突形態(tài)的變化，導(dǎo)致突觸功能障礙、腦神經(jīng)細(xì)胞死亡和神經(jīng)退行性。

二級(jí)儲(chǔ)存不僅局限于溶酶體，還可能導(dǎo)致毒性儲(chǔ)存物質(zhì)在其他區(qū)室中積聚，包括易聚集蛋白、α-突觸核蛋白和受損線粒體，這些物質(zhì)與阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓病等常見(jiàn)神經(jīng)退行性疾病有關(guān)。在包括粘多糖病(MPS)在內(nèi)的多種溶酶體貯積癥(LSD)中均發(fā)現(xiàn)了α-突觸核蛋白的積累，這表明α-突觸核蛋白聚集毒性與溶酶體貯積癥(LSD)病理生理學(xué)之間存在相關(guān)性。在MPS IIIA中，溶酶體功能障礙與突觸前維持之間的聯(lián)系似乎是由神經(jīng)末梢處α-突觸核蛋白和半胱氨酸串蛋白α( CSPα )的同時(shí)丟失所介導(dǎo)的。由于自噬異常，α-突觸核蛋白的功能相對(duì)喪失，被認(rèn)為是導(dǎo)致神經(jīng)元退化的因素之一。

導(dǎo)致二次儲(chǔ)存的機(jī)制仍在解碼過(guò)程中。原則上，二次儲(chǔ)存可能源于其他溶酶體酶的主要底物受到抑制、溶酶體環(huán)境改變（如pH值變化）或囊泡通過(guò)內(nèi)體/溶酶體系統(tǒng)和自噬途徑的運(yùn)輸受損。

雖然過(guò)去通常認(rèn)為二次存儲(chǔ)是粘多糖病(MPS)的一種非特異性和不重要的病理特征，但新的致病基因鑒定基因解碼支持二次存儲(chǔ)在這些疾病的病理生理學(xué)中起著重要作用。

膜組成異常和細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸異常

二次儲(chǔ)存的一個(gè)重要后果是它對(duì)細(xì)胞內(nèi)囊泡運(yùn)輸?shù)挠绊?。具體而言，一些底物，如膽固醇和其他脂質(zhì)，被認(rèn)為在改變膜組成和干擾內(nèi)溶酶體系統(tǒng)方面發(fā)揮作用 。例如，在粘多糖病(MPS)類型IIIA和多種硫酸酯酶缺乏癥的動(dòng)物模型中，已經(jīng)詳細(xì)致病基因鑒定基因解碼了對(duì)囊泡運(yùn)輸?shù)挠绊?，多種硫酸酯酶（包括與糖胺聚糖(GAG)分解有關(guān)的硫酸酯酶）同時(shí)缺乏，這是由于這些酶催化位點(diǎn)的半胱氨酸翻譯后修飾缺陷所致 。在這兩種疾病的動(dòng)物模型中，內(nèi)溶酶體膜中的二次膽固醇儲(chǔ)存會(huì)誘導(dǎo)溶酶體膜的生物化學(xué)和組織的重大變化。膜脂質(zhì)成分異常會(huì)影響可溶性N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感因子附著蛋白受體(SNARE)家族蛋白的功能，這些蛋白是細(xì)胞膜融合機(jī)制的重要組成部分，負(fù)責(zé)介導(dǎo)細(xì)胞中的膜融合過(guò)程。因此，SNARE功能障礙會(huì)導(dǎo)致溶酶體膜與其他囊泡（如內(nèi)體和自噬體）的其他膜融合的能力受損。

囊泡運(yùn)輸缺陷會(huì)產(chǎn)生多種有害后果，并被認(rèn)為在粘多糖病(MPS)神經(jīng)病理學(xué)發(fā)展中發(fā)揮了作用。例如，在培養(yǎng)的IIIA型粘多糖病(MPS)腎上腺嗜鉻細(xì)胞中觀察到胞吐功能受損的證據(jù)。據(jù)推測(cè)，如果這些異常也發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元中，則可能導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少，并解釋IIIA型粘多糖病(MPS)神經(jīng)學(xué)表型的某些方面。

此外，基因解碼提交的數(shù)據(jù)表明，α-突觸核蛋白是協(xié)助突觸前末端突觸囊泡回收和傳遞的關(guān)鍵伴侶分子 ，它通過(guò)維持參與突觸囊泡運(yùn)輸?shù)奶囟⊿NARE蛋白組的功能來(lái)發(fā)揮作用；并且在粘多糖病(MPS)IIIA型小鼠模型中，SNARE功能障礙會(huì)損害突觸囊泡回收和神經(jīng)傳遞，導(dǎo)致神經(jīng)退行性變。

自噬異常

溶酶體貯積和囊泡運(yùn)輸缺陷的一個(gè)重要且有害的影響是ALP受損以及自噬通量的阻斷或減少。自噬是一種進(jìn)化上保守的分解代謝過(guò)程，可使注定要降解和周轉(zhuǎn)的細(xì)胞內(nèi)成分通過(guò)溶酶體運(yùn)輸。功能性ALP對(duì)許多細(xì)胞功能和細(xì)胞存活都至關(guān)重要；因此，該過(guò)程的受損可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。已證明該途徑在包括粘多糖病(MPS)在內(nèi)的幾種溶酶體貯積癥(LSD)中受到影響。關(guān)于溶酶體貯積癥(LSD)自噬受損的原始致病基因鑒定基因解碼是在粘多糖病(MPS)IIIA和多種硫酸酯酶缺乏癥的動(dòng)物模型中進(jìn)行的。在這兩種疾病中，未成熟自噬體的積累、溶酶體和自噬標(biāo)志物的共定位降低、泛素水平升高和p62/SQSTM1陽(yáng)性斑點(diǎn)、大腦不同區(qū)域和神經(jīng)元中線粒體數(shù)量增加，都被解釋為自噬體-溶酶體融合缺陷的結(jié)果。使用果蠅的粘多糖病(MPS)IIIA動(dòng)物模型，有證據(jù)表明自噬阻滯導(dǎo)致了粘多糖病(MPS)IIIA表型。這些粘多糖病(MPS)IIIA果蠅攀爬能力下降，表明存在神經(jīng)功能障礙。Atg18和Atg1（自噬途徑的兩個(gè)必需組成部分）的敲低導(dǎo)致攀爬試驗(yàn)的表現(xiàn)進(jìn)一步惡化，表明自噬在該疾病的病理生理學(xué)中發(fā)揮作用。致病基因鑒定基因解碼表明，在其他幾種粘多糖病(MPS)動(dòng)物模型中，自噬也存在受損，包括粘多糖病(MPS)II 、粘多糖病(MPS)IIIC、粘多糖病(MPS)VI 和粘多糖病(MPS)VII。新的基因解碼結(jié)果表明，在粘多糖病(MPS)IIIA中，編碼Atg1和Atg18蛋白的自噬相關(guān)基因表達(dá)發(fā)生了變化。還發(fā)現(xiàn)了自噬受損與粘多糖病(MPS)之間的另一個(gè)有趣聯(lián)系。VPS33A基因（編碼參與自噬的蛋白質(zhì)( VPS33A )）的突變導(dǎo)致粘多糖病(MPS)樣疾病，其特征是患者血漿和尿液中硫酸肝素水平高，且表型與粘多糖病(MPS)相似。

自噬通量的受損被認(rèn)為是溶酶體貯積癥（包括MPS）中神經(jīng)退行性病變的重要致病因素。在神經(jīng)元中，基礎(chǔ)水平的自噬對(duì)于神經(jīng)元的功能和存活至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兛梢苑乐苟拘缘鞍踪|(zhì)達(dá)到有害濃度，并導(dǎo)致老化或受損的細(xì)胞器（如線粒體）的降解。最近對(duì)粘多糖病(MPS)IIIA小鼠模型的一項(xiàng)致病基因鑒定基因解碼表明，ALP的恢復(fù)與神經(jīng)炎癥的減少和記憶缺陷的改善有關(guān)。

此外，溶酶體/自噬途徑的損傷會(huì)影響MPS中細(xì)胞外基質(zhì)的形成和骨骼的發(fā)育和生長(zhǎng)。

mTORC1信號(hào)失調(diào)會(huì)阻止溶酶體貯積癥中的骨骼生長(zhǎng)。在粘多糖病(MPS)VII溶酶體功能障礙的小鼠模型中，軟骨細(xì)胞中mTORC1被激活。因此，軟骨細(xì)胞無(wú)法正常分泌膠原蛋白，而膠原蛋白是軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分?；謴?fù)自噬通量可恢復(fù)軟骨中的膠原蛋白水平，并改善骨骼表型。

線粒體功能障礙

自噬的主要功能是介導(dǎo)線粒體的周轉(zhuǎn)。這種選擇性的自噬形式被稱為線粒體自噬，其在維持線粒體功能完整性方面的重要性在過(guò)去幾年中得到了越來(lái)越多的認(rèn)可。因此，以自噬功能受損為特征的疾病與線粒體功能障礙有關(guān)，并且線粒體功能障礙是這些疾病病理生理學(xué)的組成部分，這并不奇怪。

自噬受損會(huì)導(dǎo)致線粒體功能和體內(nèi)平衡紊亂，這在多種溶酶體貯積癥(LSD)中已被發(fā)現(xiàn)，包括一些粘多糖病(MPS)，并被認(rèn)為是神經(jīng)退行性疾病的潛在機(jī)制之一。對(duì)粘多糖病(MPS)IIIB小鼠的致病基因鑒定基因解碼表明，特定腦區(qū)（包括內(nèi)嗅皮層和軀體感覺(jué)皮層）的線粒體ATP合酶小線粒體蛋白亞基C的數(shù)量增加。這一發(fā)現(xiàn)在1月齡時(shí)就已明顯，并且隨著時(shí)間的推移而增加。在Hurler-Scheie粘多糖病(MPS)I患者死后，在大腦邊緣系統(tǒng)和中腦及腦橋中央灰質(zhì)中也觀察到了類似的發(fā)現(xiàn)。

在粘多糖病(MPS)IIIC小鼠模型中，基因解碼提供了更為詳細(xì)的病理學(xué)證據(jù)，在該模型中，在大腦所有部位的神經(jīng)元中都觀察到了多形性腫脹線粒體的積聚，其中含有紊亂或減少的嵴。這些異常似乎是漸進(jìn)性的。一些含有腫脹線粒體的神經(jīng)元在5個(gè)月大時(shí)就已經(jīng)可以檢測(cè)到，而到12個(gè)月大時(shí)，大多數(shù)神經(jīng)元中都出現(xiàn)了線粒體損傷。

氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激增加和細(xì)胞對(duì)線粒體介導(dǎo)的凋亡損傷的敏感性增強(qiáng)是線粒體自噬缺陷和線粒體功能障礙的明顯后果。在一些粘多糖病(MPS)中觀察到活性氧(ROS)升高和受損線粒體的積累。

一些動(dòng)物模型致病基因鑒定基因解碼將氧化應(yīng)激與粘多糖病(MPS)聯(lián)系起來(lái)。這些致病基因鑒定基因解碼表明，在粘多糖病(MPS)IIIB小鼠模型中，在疾病進(jìn)展的早期階段就已經(jīng)存在氧化應(yīng)激。其他致病基因鑒定基因解碼表明，粘多糖病(MPS)I和粘多糖病(MPS)IIIA動(dòng)物模型存在氧化失衡。在受粘多糖病(MPS)I型和粘多糖病(MPS)II影響的患者的血液樣本中也發(fā)現(xiàn)了氧化應(yīng)激升高。在這些患者中，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化損傷增加了過(guò)氧化氫酶活性，并降低了總抗氧化狀態(tài)。有趣的是，氧化應(yīng)激可能與炎癥的激活和自噬異常直接相關(guān)，并可以解釋它們。在粘多糖病(MPS)IIIB小鼠模型中的致病基因鑒定基因解碼表明，氧化應(yīng)激不是神經(jīng)炎癥的結(jié)果，而是其原因，因?yàn)樗嬖谟诖竽X的早期階段。

信號(hào)通路的改變

非生理性信號(hào)級(jí)聯(lián)激活是粘多糖病(MPS)病理生理學(xué)中一個(gè)重要且有趣的方面，近年來(lái)引起了越來(lái)越多的關(guān)注。事實(shí)上，異常信號(hào)可能與這些疾病的一些最突出和最令人衰弱的臨床表現(xiàn)的病理生理學(xué)直接相關(guān)，例如疼痛、身體殘疾、神經(jīng)退化、骨骼異常和心臟受累。

多種因素導(dǎo)致信號(hào)失調(diào)。其中之一是異常糖胺聚糖(GAG)的合成，干擾糖胺聚糖(GAG)與不同受體（如成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)）以及與形態(tài)發(fā)生素（如與神經(jīng)發(fā)生、軸突引導(dǎo)和突觸形成有關(guān)的形態(tài)發(fā)生素）的正常相互作用。此外，由儲(chǔ)存引發(fā)的幾種次級(jí)事件（自噬受損、線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激囊泡、膜和膜蛋白的異常運(yùn)輸）可能會(huì)影響信號(hào)分子的內(nèi)化和運(yùn)輸。神經(jīng)退行性和骨骼受累是粘多糖病(MPS)臨床表現(xiàn)的重要例子，可能與信號(hào)改變有關(guān)（圖2）。

圖2：粘多糖病(MPS)臨床表現(xiàn)的例子由原發(fā)性儲(chǔ)存引發(fā)，并與繼發(fā)性細(xì)胞損傷和信號(hào)傳導(dǎo)改變有關(guān)。在神經(jīng)元和大腦中（左圖），自噬受損、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激和二次儲(chǔ)存會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)炎癥、膜組成異常、可溶性N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感因子附著蛋白受體(SNARE)功能障礙、突觸小泡循環(huán)受損以及神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少，最終導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變。在骨骼中（右圖），次級(jí)事件，如異常的哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mTORC1)信號(hào)傳導(dǎo)、自噬受損、膠原穩(wěn)態(tài)改變、細(xì)胞外基質(zhì)組成異常和異常信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致骨骼生長(zhǎng)受損和骨骼畸形。

嚴(yán)重的神經(jīng)炎癥是粘多糖病(MPS)基因解碼的一致發(fā)現(xiàn)，可能是神經(jīng)退行性疾病進(jìn)展的一個(gè)因素。小膠質(zhì)細(xì)胞中糖胺聚糖(GAG)相關(guān)寡糖的積累（可能由溶酶體胞吐釋放）被認(rèn)為通過(guò)激活小膠質(zhì)細(xì)胞的Toll樣受體(TLR)受體來(lái)誘發(fā)大腦炎癥，并誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子的釋放。在體內(nèi)和體外均已獲得粘多糖病(MPS)中神經(jīng)炎癥的證據(jù)。體外脂多糖(LPS)-TLR4激活的小膠質(zhì)細(xì)胞已被證明會(huì)表達(dá)和分泌炎癥細(xì)胞因子和趨化因子，例如腫瘤壞死因子-α(TNFα)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)和巨噬細(xì)胞炎癥趨化因子配體-3(CCL3) 。在體內(nèi)致病基因鑒定基因解碼中，在幾種小鼠粘多糖病(MPS)模型（如粘多糖病(MPS)I、IIIA、IIIB和IIIC）的大腦、皮質(zhì)區(qū)域和脊髓中觀察到活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞增加。在粘多糖病(MPS)IIIB小鼠的大腦中，在疾病進(jìn)展的早期，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞大量上調(diào)和活化，以及炎性細(xì)胞因子和其他與免疫和巨噬細(xì)胞功能相關(guān)的蛋白質(zhì)的分泌。同一小鼠模型顯示大腦中TLR4/髓系分化原發(fā)反應(yīng)88(MyD88)通路被激活。在粘多糖病(MPS)VII小鼠模型的大腦中，基因表達(dá)譜分析顯示與免疫系統(tǒng)和炎癥相關(guān)的基因上調(diào)?；虮磉_(dá)失調(diào)的模式似乎因大腦不同區(qū)域而異，這表明特定大腦區(qū)域可能比其他區(qū)域更容易受到炎癥激活的影響。

鑒定粘多糖病(MPS)中神經(jīng)炎癥的分子通路可能具有治療意義。TLR4-TNFa通路已被公認(rèn)為潛在的治療靶點(diǎn)。戊聚糖硫酸鹽是一種經(jīng)FDA批準(zhǔn)的具有抗炎和促軟骨發(fā)生特性的藥物，其臨床前致病基因鑒定基因解碼表明，粘多糖病(MPS)VI大鼠和粘多糖病(MPS)I犬的臨床癥狀有所改善，組織和腦脊液中的促炎細(xì)胞因子減少。一項(xiàng)試點(diǎn)臨床致病基因鑒定基因解碼基于對(duì)三名患有減毒粘多糖病(MPS)II的日本男性患者每周注射戊聚糖硫酸鹽12周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)炎癥細(xì)胞因子巨噬細(xì)胞遷移抑制因子(MIF)和TNF-α減少。

異常信號(hào)傳導(dǎo)也在粘多糖病(MPS)骨骼病理生理學(xué)中發(fā)揮重要作用。在這種情況下，細(xì)胞外糖胺聚糖(GAG)過(guò)量（而非細(xì)胞內(nèi)糖胺聚糖(GAG)過(guò)量）似乎最為重要。事實(shí)上，軟骨形成是骨骼形成的最早階段，主要受細(xì)胞外基質(zhì)（糖胺聚糖(GAG)是其中的重要組成部分）與分化因子、其他信號(hào)分子和轉(zhuǎn)錄因子之間的細(xì)胞相互作用控制。最近的致病基因鑒定基因解碼表明自噬作為膠原蛋白的質(zhì)量控制途徑發(fā)揮作用，膠原蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)的另一個(gè)重要組成部分。這些致病基因鑒定基因解碼表明自噬受損會(huì)導(dǎo)致膠原蛋白穩(wěn)態(tài)缺陷，從而為溶酶體貯積癥(LSD)中的骨骼缺陷提供了一種可能的機(jī)制。

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)信號(hào)通路受到廣泛關(guān)注。FGF是一個(gè)細(xì)胞因子家族，可調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移、分化和神經(jīng)外胚層發(fā)育。致病基因鑒定基因解碼表明，異常積累的糖胺聚糖(GAG)和缺陷的蛋白聚糖脫硫酸化會(huì)影響多種硫酸酯酶缺乏癥小鼠模型中的FGF2-硫酸乙酰肝素相互作用和FGF信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。以及來(lái)自粘多糖病(MPS)I患者的多能成體祖細(xì)胞。外源性和內(nèi)源性糖胺聚糖(GAG)還會(huì)調(diào)節(jié)粘多糖病(MPS)I細(xì)胞中的骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(BMP-4)信號(hào)活性。在粘多糖病(MPS)I小鼠的生長(zhǎng)板中發(fā)現(xiàn)了FGF2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)失調(diào)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了GAG、FGF2和印度刺猬蛋白的分布發(fā)生改變。在兩種不同的粘多糖病(MPS)II動(dòng)物模型（果蠅和小家鼠）中，F(xiàn)GF通路活性在骨骼發(fā)育的早期階段受到損害。在這兩種模型中，F(xiàn)GF信號(hào)失調(diào)預(yù)示著骨骼分化會(huì)出現(xiàn)緩慢但漸進(jìn)的缺陷。在多種硫酸酯酶缺乏的小鼠模型中，異常積累的糖胺聚糖(GAG)和有缺陷的蛋白聚糖脫硫酸化已被證明會(huì)改變FGF2-硫酸肝素相互作用和成纖維細(xì)胞FGF信號(hào)通路。

在粘多糖病(MPS)VII犬模型中進(jìn)行的致病基因鑒定基因解碼表明，在出生后適當(dāng)?shù)陌l(fā)育階段，椎骨和長(zhǎng)骨未能啟動(dòng)二次骨化，表明調(diào)節(jié)骨骼發(fā)育和骨化的信號(hào)通路存在失調(diào)。骨骺軟骨細(xì)胞Sox9蛋白持續(xù)存在異常，無(wú)法成功從增殖轉(zhuǎn)變?yōu)榉蚀?。靶基因表達(dá)譜顯示，參與調(diào)節(jié)軟骨內(nèi)骨化重要通路的多種基因存在差異表達(dá)。骨活化素(GPNMB)是上調(diào)最多的基因。此外，在關(guān)鍵的發(fā)育窗口期，粘多糖病(MPS)VII中關(guān)鍵成骨通路的元素（如Wnt/β-catenin和BMP信號(hào)）未上調(diào)，表明這些骨形成通路未激活。

在小鼠粘多糖病(MPS)I模型中進(jìn)行的蛋白質(zhì)組學(xué)致病基因鑒定基因解碼表明，關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)和信號(hào)傳導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白顯著減少，例如雙糖鏈蛋白聚糖、纖維調(diào)節(jié)蛋白、PRELP、I型膠原蛋白、乳轉(zhuǎn)鐵蛋白和SERPINF1。在同一小鼠模型中進(jìn)行的全基因組表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)了幾種顯著失調(diào)的mRNA（Adamts12、Aspn、Chad、Col2a1、Col9a1、Hapln4、Lum、Matn1、Mmp3、Ogn、Omd、P4ha2、Prelp和Rab32）。

也有致病基因鑒定基因解碼表明，在粘多糖病(MPS)II中，糖胺聚糖(GAG)分解代謝的紊亂可能會(huì)影響形態(tài)發(fā)生素的釋放和活性，例如音猬因子(Shh)的分布和信號(hào)傳導(dǎo)。未清除的糖胺聚糖(GAG)可能會(huì)在細(xì)胞外干擾Shh與Patched的結(jié)合，從而阻斷Shh通路轉(zhuǎn)導(dǎo)。在斑馬魚(yú)的這種疾病模型中，Shh和Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)的失調(diào)與心臟發(fā)育異常和房室瓣形成有關(guān)。

一些溶酶體貯積癥(LSD)患者（如C型尼曼匹克?。┮炎C實(shí)存在鈣穩(wěn)態(tài)和信號(hào)傳導(dǎo)受損。這些異常尤其令人感興趣，因?yàn)殁}信號(hào)傳導(dǎo)是細(xì)胞中必不可少的過(guò)程，由維持細(xì)胞內(nèi)鈣儲(chǔ)存的通道、泵、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和受體的協(xié)同作用維持。近年來(lái)，溶酶體已成為主要的細(xì)胞內(nèi)鈣儲(chǔ)存細(xì)胞器，在觸發(fā)或調(diào)節(jié)細(xì)胞功能（如內(nèi)吞作用、細(xì)胞器鈣釋放和自噬）方面發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。在粘多糖病(MPS)I中也發(fā)現(xiàn)了鈣和質(zhì)子穩(wěn)態(tài)被破壞的證據(jù)。

粘多糖基因檢測(cè)指導(dǎo)下的正確治療

溶酶體疾病病理生理學(xué)中涉及的細(xì)胞過(guò)程的表征對(duì)于LSD（包括MPS）的治療具有重要意義。這些疾病中失調(diào)的一些通路可能通過(guò)藥理學(xué)或基因操縱，可能代表新穎且有希望的治療靶點(diǎn)。有理由認(rèn)為，未來(lái)的致病基因鑒定基因解碼將集中于這些方面，可能開(kāi)發(fā)互補(bǔ)策略來(lái)改善旨在恢復(fù)缺陷酶功能的傳統(tǒng)療法的結(jié)果。