糖噬在晚发型Pompe病(LOPD)病程转归和致病机制中的作用

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Pompe病/糖原累积病Ⅱ(Glycogen storage diseaseⅡ,GSDⅡ)是一种由于编码酸性α-葡萄糖苷酶(Acid-alpha-Glucosidase,GAA)的GAA基因突变引起的常染色体隐性遗传代谢性肌病,于2018年被列入我国《第一批罕见病目录》。晚发型Pompe病(Late onset Pompe disease,LOPD)患者临床表现为肌肉无力和萎缩、呼吸困难等临床表现,目前尚缺乏有效的治疗手段。尽管LOPD的致病基因已经明确,但复杂的病理改变和相关代谢损伤机制仍有待深入研究。糖原在溶酶体内过度累积,是Pompe病的首发病理改变,随病情进展会进一步引起溶酶体功能改变、自噬底物堆积等级联病理改变。因此阻断糖原累积有助于减少继发损伤,而糖原进入溶酶体的途径称为“糖噬”,其生理和病理意义仍未被完全阐明,在不同病程的LOPD患者中其变化也尚缺乏研究。探究糖噬在LOPD病程转归和致病机制中的作用,寻找减少糖原累积的潜在靶点,对于缓解病情具有重要意义。  目的:  明确糖噬标志物淀粉结合域蛋白(Starch binding domain-containing protein,Stbd1)在LOPD肌肉组织中的表达特点,并结合可能的调控机制,探究糖噬在LOPD病程转归和致病机制中的作用。  方法:  本研究为回顾性病例-对照研究,收集了18例确诊为LOPD患者的肌肉标本,按病理严重程度,即受累肌纤维是否>50%、大空泡或嗜碱性物质肌纤维是否>50%,分为三组;同时匹配3例肌纤维大致正常组织作为对照组。所有肌肉标本均进行HE染色;选取病理程度不同的4例LOPD进行Stbd1免疫组织化学染色;应用Western-blot定量检测肌肉组织中Stbd1在不同病理时期的差异表达。  为进一步探究糖噬作用可能的调控机制,从中选取9例LOPD,按病理程度和病程,即轻型且病程<5年、中重型且病程≥5年,分为两组;同时匹配4例肌纤维大致正常组织作为对照组。应用Western-blot进行Stbd1、自噬流蛋白、糖原合成与分解酶、能量代谢调节蛋白的定量分析。  结果:  1、18例LOPD肌肉组织示广泛且连续的“病理谱”:LOPD-1,轻型病理改变,HE染色偶见细小空泡肌纤维,多数肌纤维未见明显异常,共7例;LOPD-2,中间型病理改变,HE染色见细小肌纤维与大空泡肌纤维或嗜碱性颗粒沉积肌纤维相间分布,偶见正常肌纤维,共5例;LOPD-3,重型病理改变,HE染色见空泡性肌纤维分布更加弥漫,以大空泡肌纤维或嗜碱性颗粒沉积肌纤维为主,部分肌纤维由于累积物过多而变性、破裂,共6例。  事实上,多数LOPD病理严重程度与病程呈正相关,且中间型向重型的病理改变过渡更快,因此也可大致分为E-LOPD(早期LOPD,轻型病理改变,病程<5年)和L-LOPD(晚期LOPD,中重型病理改变,病程≥5年)。18例LOPD的肌肉病理改变,按受累肌纤维及不同空泡肌纤维类型所占比例差异,形成了连续的“病理谱”,为分组研究提供了依据。  2、Stbd1免疫组化和Western-blot结果显示:LOPD中Stbd1表达阳性,且HE染色肌病理越严重,阳性表达越明显;Stbd1主要表达于LOPD空泡性肌纤维中,并且分布于空泡或嗜碱性颗粒外围;Stbd1在病理改变严重的LOPD中表达显著高于对照组(p<0.05)。这提示糖噬在LOPD中增强,其上调水平与肌肉组织中病理程度相关。  3、其他Western-blot结果显示:自噬流蛋白LC3Ⅱ/Ⅰ在L-LOPD组中表达显著高于对照组和E-LOPD组(p<0.05);糖原合成酶GS在L-LOPD组中表达均显著高于NC组(p<0.05),而糖原胞质分解酶GP、DBE在三组间无表达差异(p>0.05);几种能量代谢调节蛋白中,AMPK活化水平(p-AMPK/AMPK)在E-LOPD组中显著高于NC组(p<0.05),AKT、mTORC1活化水平在三组间无表达差异(p>0.05)。  结论:  一方面,Stbd1在LOPD肌肉组织中的表达含量上调,尤其是疾病晚期,提示糖噬必然参与了Pompe病的病程转归,并且很可能加速了病情恶化;另一方面,结合其分布及相关蛋白的表达特点,推测糖噬作用的上调可能与自噬、糖原合成及能量调控机制相关,减少糖原储备(尤其在疾病早期),或能下调糖噬作用,从而减少糖原累积。  不同病理进程中糖噬作用存在差异,早诊断、早治疗仍是决定患者病情进展和预后的关键。值得一提的是,在临床上指导患者低碳水化合物饮食,可能减少肌肉组织中糖原合成的原料和糖原储备,从而通过降低糖噬作用达到减少糖原累积的目的,是缓解Pompe病情的潜在治疗靶点。
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