【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)，并有助于開發(fā)針對(duì)這些疾病的新療法。而這一綜合過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)，從而用來早期發(fā)現(xiàn)疾病并在代際間阻斷遺傳。

近年來，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。長期以來，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)重要的生化過程，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和增殖、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。長期以來，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轉(zhuǎn)錄因子EB(TFEB)的磷酸化狀態(tài)和亞細(xì)胞定位來適應(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）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)胞過程的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)樞紐，如營養(yǎng)感應(yīng)和代謝調(diào)節(jié)、分泌、囊泡和膜運(yùn)輸、生長、適應(yīng)性免疫等。多個(gè)生理過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)苷脂呈陽性染色。此外，菲律賓染色呈陽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)育過程中影響樹突形成，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)患者所見的樹突和軸突形態(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）或囊泡通過內(nèi)體/溶酶體系統(tǒng)和自噬途徑的運(yùn)輸受損。

雖然過去通常認(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)挠绊憽＞唧w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 ，它通過維持參與突觸囊泡運(yùn)輸?shù)奶囟⊿NARE蛋白組的功能來發(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程，可使注定要降解和周轉(zhuǎn)的細(xì)胞內(nèi)成分通過溶酶體運(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，該過程的受損可能會(huì)帶來災(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。

mTORC1信號(hào)失調(diào)會(huì)阻止溶酶體貯積癥中的骨骼生長。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去幾年中得到了越來越多的認(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。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，近年來引起了越來越多的關(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)為通過激活小膠質(zhì)細(xì)胞的Toll樣受體(TLR)受體來誘發(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)。基因表達(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)過量（而非細(xì)胞內(nèi)糖胺聚糖(GAG)過量）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、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，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，未來的致病基因鑒定基因解碼將集中于這些方面，可能開發(fā)互補(bǔ)策略來改善旨在恢復(fù)缺陷酶功能的傳統(tǒng)療法的結(jié)果。