脆性X染色體綜合癥（Fragile X syndrome, FXS）是最常見(jiàn)的遺傳性智力障礙疾病，其病因主要是編碼脆性X染色體智力低下蛋白（FMRP）的FMR1基因5’端非翻譯區(qū)CGG重復(fù)片段的增多，最終導(dǎo)致FMR1基因沉默。FXS的一個(gè)重要特征是大腦中非正?；钴S的mRNA翻譯。FMRP通常被認(rèn)為是mRNA翻譯的抑制因子；也有研究報(bào)道FMRP可能在FMRP缺陷神經(jīng)元中通過(guò)結(jié)合mRNA的編碼序列（CDS）并且阻礙核糖體在mRNA上的移動(dòng)從而增強(qiáng)其靶mRNA的翻譯。FMRP對(duì)其靶mRNA翻譯相互矛盾的調(diào)控提示其在mRNA翻譯調(diào)控中作用可能涉及多條調(diào)控途徑，其中一些途徑可能在FXS的病理中起到更為決定性的作用，仍需進(jìn)一步探索。
針對(duì)這些問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所羅成研究員與芝加哥大學(xué)何川教授基于前期合作基礎(chǔ)（ Nature Chem 2015， Cancer Cell 2023， Gut 2023），與美國(guó)埃默里大學(xué)金鵬教授組成聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，于2023年11月9日，在 Molecular Cell 上發(fā)表了題為“FMRP phosphorylation modulates neuronal translation through YTHDF1”的研究成果。該研究闡明了一條在神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)YTHDF1翻譯功能受FMRP磷酸化調(diào)控的路徑，發(fā)現(xiàn)了YTHDF1可作為治療FXS的潛在藥物靶標(biāo)，并發(fā)現(xiàn)中藥丹參重要成分丹酚酸C（Salvianolic acid C，SAC），可通過(guò)抑制YTHDF1，進(jìn)而緩解FXS疾病癥狀的新策略。
研究人員利用 Fmr1敲除以及磷酸化位點(diǎn)突變（S499A）的小鼠神經(jīng)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)未被磷酸化的FMRP抑制YTHDF1介導(dǎo)的mRNA翻譯，而磷酸化FMRP會(huì)消除這種抑制作用，從而激活YTHDF1。之后，研究人員通過(guò)降低HEK293T細(xì)胞中FMRP的表達(dá)量同樣觀測(cè)到了YTHDF1的激活。因此，研究人員猜想FMRP蛋白表達(dá)水平以及它的磷酸化對(duì)YTHDF1的翻譯相關(guān)功能有重要的調(diào)控作用。進(jìn)一步，研究人員利用RNA酶（RNase）處理幫助相分離蛋白沉淀的功能，對(duì)YTHDF1相分離液滴中的YTHDF1相互作用蛋白進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了未被磷酸化的FMRP會(huì)與YTHDF1結(jié)合并且抑制YTHDF1的相分離。為了進(jìn)一步證明YTHDF1相分離與其調(diào)控mRNA翻譯的關(guān)系，研究人員構(gòu)建了一系列YTHDF1突變體，并且發(fā)現(xiàn)失去相分離能力的YTHDF1無(wú)法再促進(jìn)靶向mRNA的翻譯過(guò)程。這一結(jié)果解釋了在FXS這個(gè)缺陷系統(tǒng)中由于FMRP蛋白缺失導(dǎo)致YTHDF1的非正常激活最終表現(xiàn)出的高翻譯活性，同時(shí)也表明抑制YTHDF1有望成為治療FXS的新策略。
圖1. FMRP磷酸化通過(guò)YTHDF1調(diào)節(jié)神經(jīng)元內(nèi)靶mRNA翻譯
為了進(jìn)一步證明YTHDF1是潛在的緩解FXS的靶點(diǎn)，研究人員通過(guò)靶向YTHDF1開(kāi)展化學(xué)干預(yù)研究?；诮⒏咄亢Y選方法，開(kāi)展了小分子抑制劑的篩選，獲得YTHDF1活性化合物SAC。SAC可以在神經(jīng)細(xì)胞中抑制YTHDF1的相分離以及基于YTHDF1的翻譯活性，并且可以特異性地在有FXS特征的類(lèi)器官（從FXS病人中重編程的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化獲得）中抑制YTHDF1靶向轉(zhuǎn)錄組的翻譯，以及將FXS類(lèi)器官中的神經(jīng)前體細(xì)胞（neural progenitor cell）的增殖和大腦皮層組織結(jié)構(gòu)（PAX6 +和CTIP +細(xì)胞）回復(fù)至正常水平。同時(shí)，在類(lèi)器官中敲低YTHDF1亦可以達(dá)到同樣的效果。
圖2. SAC是選擇性底物競(jìng)爭(zhēng)性YTHDF1小分子抑制劑
綜上所述，該研究揭示了m6A“閱讀子”YTHDF1的抑制在改善脆性X染色體綜合征的調(diào)控機(jī)制和潛在干預(yù)效果，為相關(guān)臨床治療提供了新的潛在靶標(biāo)。獲得的YTHDF1小分子抑制劑，不僅為YTHDF1的功能研究提供工具，也為靶向YTHDF1的藥物開(kāi)發(fā)提供先導(dǎo)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，該研究也為中藥丹參重要成分在復(fù)雜性疾病的潛在治療作用提供了線索。
美國(guó)芝加哥大學(xué)的何川教授、上海藥物所羅成研究員及美國(guó)埃默里大學(xué)的金鵬教授為FXS論文的共同通訊作者，美國(guó)芝加哥大學(xué)Zhongyu Zou、Jiangbo Wei、原上海藥物所陳彥韜博士（現(xiàn)哈佛大學(xué)博士后）和美國(guó)埃默里大學(xué)Yunhee Kang為該論文的共同第一作者。該研究還得到上海藥物所蔣華良院士的支持，研究也得到國(guó)家科技創(chuàng)新2030“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、基金委和國(guó)家中醫(yī)藥管理局國(guó)家中醫(yī)藥多學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。
