Nat Commun：新研究首次将细胞球蛋白与正常的心脏发育相关联在一起

在一项新的研究中，来自美国马里兰大学医学院等研究机构的研究人员首次发现，一种类似于血红蛋白的蛋白，即细胞球蛋白（cytoglobin），在心脏的发育过程中起着重要作用。具体来说，它影响着心脏和其他不对称器官的正确左右模式。这一发现最终可能导致开发新的治疗干预措施，以改变导致这些缺陷的过程。相关研究结果于2023年12月14日在线发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Cytoglobin regulates NO-dependent cilia motility and organ laterality during development”。

这些作者利用CRISPR基因编辑技术敲除了斑马鱼的细胞球蛋白基因。缺乏细胞球蛋白会导致胚胎出现镜像心脏，即心脏左右模式颠倒。在人类体内，细胞球蛋白参与一氧化氮的生成过程，而一氧化氮是一种有助于调节健康血液流向器官的化合物。

论文共同资深作者、马里兰大学医学院院长Mark T. Gladwin博士研究一氧化氮对血管的影响已有 20 多年，包括这项新的研究。

Gladwin博士说，“自从二十年前发现细胞球蛋白以来，人们发现它几乎在所有人体组织中都有表达，但这种蛋白的功能机制却基本上不为人知。我们知道细胞球蛋白可以在调节和维持一氧化氮水平方面发挥作用，但我们的新发现表明，它能积极调节一氧化氮的产生，以确保纤毛的正常功能，而它的缺失会导致重大的器官偏侧性异常。”

为了进行这项新的研究，这些作者敲除了斑马鱼的细胞球蛋白基因，结果惊奇地发现，这会导致发育中胚胎的器官结构和位置出现巨大缺陷。例如，心脏位于斑马鱼的右侧而不是左侧，心脏向左侧而不是右侧成环。

论文共同通讯作者、马里兰大学医学院生物化学与分子生物学助理教授Paola Corti博士说，“我们发现，细胞球蛋白在称为纤毛的微小毛发状结构的结构和功能中起着至关重要的作用，其中纤毛决定着器官的不对称和正常发育。”

Cygb2突变型表现为器官偏向性缺陷。图片来自Nature Communications, 2023, doi:10.1038/s41467-023-43544-0。

这是首次发现细胞球蛋白---或者任何一种像血红蛋白一样的球蛋白---参与胎儿发育，而且它的缺乏可能与出生缺陷有关。这也是第一次发现细胞球蛋白与纤毛功能有关。这一发现可能为开发治疗影响纤毛运动的罕见先天缺陷的药物打开了大门。

大约每1万到3万人中就有1人生来就患有原发性纤毛运动障碍症（Primary Ciliary Dykinesia, PCD），这是一种影响纤毛的罕见疾病，可因粘液变稠堵塞气道而导致呼吸问题。Corti博士说，“卡塔格内氏综合征（Kartagener's syndrome）是PCD的一种形式，已知会导致斑马鱼的心脏缺陷，即心脏异常地向右倾斜和旋转。目前还没有治愈这种疾病的方法，只能通过手术来修复任何心脏缺陷，并通过治疗来控制症状。”

虽然已知某些基因可导致约 70% 的 PCD 病例，但细胞球蛋白可能在 30% 的无已知遗传原因的病例中起着关键作用。

论文第一作者、马里兰大学医学院医学助理教授Elizabeth Rochon博士说，“我们发现了表型，并将其与纤毛联系起来。在存在细胞球蛋白的情况下，我们可以追踪该蛋白的功能，以及它如何导致纤毛功能正常和器官发育。在没有细胞球蛋白的情况下，我们观察到这些缺陷。” （生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Elizabeth R. Rochon et al. Cytoglobin regulates NO-dependent cilia motility and organ laterality during development. Nature Communications, 2023, doi:10.1038/s41467-023-43544-0.

UMSOM Researchers Discover First Ever Link Between Hemoglobin-Like Protein and Normal Cardiac Development
https://www.medschool.umaryland.edu/news/2023/umsom-researchers-discover-first-ever-link-between-hemoglobin-like-protein-and-normal-cardiac-development.html