Science：非洲猪瘟病毒蛋白竟有望成为逆转阿尔茨海默病的利器

我们的大脑拥有一种古老的生存机制，名为


整合应激反应（ISR）


。当细胞遭遇病毒感染、营养缺乏等威胁时，ISR会迅速下调蛋白质合成，同时优先生产修复蛋白，帮助细胞应对危机。短期来看，这是一套高效的自我保护系统。

然而，凡事过犹不及。越来越多的证据表明，在许多神经系统疾病中，ISR处于持续性激活的异常状态，如同一只被卡住的刹车，与记忆形成受阻、神经突触可塑性降低密切相关。那么，如果松开这脚“刹车”，能否逆转认知衰退？

今日发表于

《科学》

杂志的一篇最新论文给出了肯定的答案。

美国Bay Area Institute的




Mauro Costa-Mattioli团队


通过构建携带人类智力残疾相关突变的小鼠模型，


证实持续ISR激活是导致认知障碍的直接原因。更为关键的是，他们从非洲猪瘟病毒中筛选出了一种小型蛋白DP71L，该蛋白由于结构特性，能够非常高效地促进ISR通路里关键的去磷酸化反应，从而降低ISR活性。

在唐氏综合征、阿尔茨海默病及衰老小鼠模型中，通过AVV载体递送DP71L可逆转长期记忆缺陷和社交识别障碍，甚至在健康小鼠中也能增强记忆


。

为探究ISR持续激活与认知障碍的因果关系，研究者首先构建了携带人类

PPP1R15B

突变的小鼠模型，该突变与人类智力残疾相关。其中，


PPP1R15B是ISR通路中的关键调控蛋白，其作用是将PP1磷酸酶引导至磷酸化的

eIF2α

，由PP1对其进行去磷酸化反应从而终止ISR


。而该突变破坏了PPP1R15B与PP1的结合能力，导致eIF2α的磷酸化无法被有效去除。

可以观察到，在小鼠实验中，该小鼠脑内eIF2α磷酸化水平持续升高，蛋白质合成速率显著下降，表明ISR已被异常激活。行为学与电生理实验结果表明，这些小鼠


表现出明显的长期记忆缺陷和海马长时程增强损伤，同时抑制性突触传递选择性增强


。

如果将其与eIF2α磷酸化位点突变型小鼠进行杂交，得到



双突变小鼠模型，这些现象得到逆转。这证明


持续ISR激活是该小鼠认知损伤的直接原因


，而非PPP1R15B突变通过其他途径所致。

研究者还采用核糖体谱分析结合RNA-seq技术，系统描绘了该突变小鼠脑内的翻译与转录组变化。结果显示，


该突变小鼠模型脑内多个mRNA的翻译效率发生改变，其中转录因子

ATF4

的翻译显著增强


。值得注意的是，在急性ISR激活时，负反馈调节因子

PPP1R15A

的表达会上调以终止ISR；但研究者发现，在该突变小鼠脑中，其表达水平并未相应升高。这表明


负反馈机制失效，可能是ISR无法自行关闭而转为持续激活的重要原因


。

既然内源性调控系统全面失效，研究者转而寻找外源性的、更高效的ISR抑制剂。

在进化过程中，许多病毒演化出了对抗宿主ISR的蛋白。研究者对病毒基因组进行筛选，鉴定出非洲猪瘟病毒编码的小型蛋白DP71L。


该蛋白同时拥有PP1结合结构域和eIF2α结合结构域


，这意味着它可以将PP1与eIF2α紧密拉在一起，便于PP1对其进行去磷酸化；另外，DP71L还具有编码基因短的优势，便于通过AAV载体递送给药。

体外实验中，无论ISR由何种激酶激活，DP71L均能高效完成eIF2α的去磷酸化工作，关闭ISR。结构生物学分析显示，DP71L的连接子区域存在独特的盐桥（Asp27-Arg74），且缺乏哺乳动物同源蛋白中的空间位阻结构，这使其抑制ISR的效率大大提高。

于是，研究者利用AAV载体将DP71L递送至三种认知障碍模型小鼠脑内，包括唐氏综合征小鼠、阿尔茨海默病小鼠和老年小鼠。结果显示，


单次注射DP71L即可显著降低小鼠脑内eIF2α磷酸化水平和ISR活性，成功逆转长期记忆缺陷和突触可塑性损伤，并改善了老年小鼠的社交识别功能


。

此外，


在健康年轻小鼠中，DP71L处理可将原本不足以形成持久记忆的弱训练转化为强记忆


，提示该疗法具有提升正常认知功能的潜力。

总之，该研究确立了持续ISR激活作为多种认知障碍的共同致病机制，并提供了一种具治疗潜力的病毒源性ISR抑制剂。