圖一：亨丁頓氏症的致病機轉示意圖。大部分患者從父母遺傳來突變的亨丁頓蛋白基因，該基因製造出擁有重複 CAG 鹼基序列的突變蛋白質，會由多重不明機轉損害腦細胞，造成基底核萎縮，最終導致「舞蹈症」和其他神經症狀。圖片來源：https://www.sciencephoto.fr/image/13455292-Molecular-genesis-of-Huntington-s-disease-illustration
亨丁頓氏症是一種遺傳性並嚴重的神經退行性疾病，會造成類似「手舞足蹈」的運動症狀，因此又叫做「舞蹈症」，還會伴隨認知功能消退及憂鬱等精神症狀，疾病進展很快，發病後病人平均存活 15 至 20年[1]。亨丁頓氏症的運動和精神症狀被認為與紋狀體（striatum）—一種基底核調節運動重要的結構—其神經凋亡，以及紋狀體和大腦皮質之間的突觸損失有關。
亨丁頓氏症的病因是名為亨丁頓蛋白（Huntingtin）的基因突變，變異的亨丁頓蛋白堆積在神經突觸，和多種突觸中的蛋白和脂類結合，改變神經細胞膜的組織及訊息傳遞（圖一）。這篇麻省總醫院（Massachusetts General Hospital）發表的研究運用生化細胞分離技術，探討 Q175/Q7 亨丁頓氏症小鼠模型紋狀體細胞膜的組成改變。
實驗團隊以 60% 碘克沙醇（iodixanol）溶液，將來自亨丁頓氏症小鼠及控制組小鼠的紋狀體組織，分離成 16 個梯度（圖二），並分析多種突觸前和突觸後的蛋白，發現野生型和變異的亨丁頓蛋白的分布幾乎相同，這代表變異的亨丁頓蛋白雖然會形成不正常的聚集體，它們和野生型的亨丁頓蛋白會被分配到神經細胞中同樣的位置。
圖二：以碘克沙醇濃度梯度分離的細胞樣本從上至下，分成 1-16 個組分，每個組分再以西方墨點法確認分離完全，以及裡面的細胞組成成分。圖片來源：https://doi.org/10.3389/fnsyn.2021.618391
為了探討膜蛋白分布是否與年齡有關，他們比較二個月大和六個月大的亨丁頓氏症小鼠細胞膜蛋白的第 2 個組分，再與控制組對照，結果發現囊泡麩胺酸轉運體（VGLUT1）和突觸後密度蛋白（PSD95）在六個月大的亨丁頓氏症小鼠的紋狀體中有顯著的減少；葡萄糖轉運體 GLUT3、鈉鉀幫浦（Na+/K+ ATPase）、以及 NMDA 受體的濃度沒有減少，但是分布改變——最高濃度從組分 2 移至組分 1（圖三），而二個月大的亨丁頓氏症小鼠的結果與控制小鼠沒有差別，顯示這個突觸蛋白的分布改變與年齡有關。
圖三：六個月大的亨丁頓氏症小鼠（Q175/Q7，灰色）和控制組小鼠（Q7/Q7，白色）的紋狀體組織第 1-3 組分，顯示多種突觸蛋白的含量及分佈變化。圖片來源：https://doi.org/10.3389/fnsyn.2021.618391
接下來，實驗團隊分析細胞組分中的脂類，發現相較於控制組小鼠，亨丁頓氏症小鼠的多種脂類有顯著性的減少或分布改變，包括組成粒線體的心磷脂（cardiolipin）和第二傳訊者 PIP2，而膽固醇酯（cholesteryl ester）的相對含量卻比控制組小鼠的多 3.5 倍。
這些結果意味著細胞膜超微結構的改變。最後，電子顯微鏡分析顯示，控制組小鼠的軸突末梢是光滑的圓形，在亨丁頓氏症小鼠中卻是不規則形（圖四）。
圖四：亨丁頓氏症小鼠（Q175/Q7，右）和控制組小鼠（Q7/Q7，左）細胞超微結構的電子顯微鏡分析。Sv：synaptic vesicles（突觸囊泡），at：axon terminal（軸突末梢），箭頭：管狀的囊泡構造，可能是內質網或胞內體。圖片來源：https://doi.org/10.3389/fnsyn.2021.618391
這篇論文的結果顯示，突變亨丁頓蛋白可能會影響細胞膜的脂筏構造、粒線體功能、細胞訊息傳遞、以及神經細胞的興奮性；這些多重的細胞功能異常，可能就是造成突觸形態改變，進而導致亨丁頓氏症的運動及認知障礙的機轉。
Main Article:
Iuliano, M., Seeley, C., Sapp, E., Jones, E. L., Martin, C., Li, X., DiFiglia, M., & Kegel-Gleason, K. B. (2021). Disposition of Proteins and Lipids in Synaptic Membrane Compartments Is Altered in Q175/Q7 Huntington’s Disease Mouse Striatum. Front Synaptic Neurosci, 13, 618391. https://doi.org/10.3389/fnsyn.2021.618391
參考文獻：
- Caron NS, Wright GEB, Hayden MR. Huntington Disease. 1998 Oct 23 [Updated 2020 Jun 11]. In: Adam MP, Mirzaa GM, Pagon RA, et al., editors. GeneReviews® [Internet]. Seattle (WA): University of Washington, Seattle; 1993-2022. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1305/
撰文｜陳昱慈
審稿｜林潔芯
