近日，betway体育下载 劉興國課題組構建了線粒體DNA缺失綜合症（MDS，Mitochondrial DNA depletion syndrome）病人特異性的及其CRISPR/Cas9修複的誘導多能幹細胞，進而分化高純度3D肝類器官和2D肝樣細胞作為肝髒疾病的聯合模型。該研究發現MDS病人肝細胞對鐵沉積導致的鐵死亡（一種細胞的死亡方式）更為敏感，闡明線粒體溶酶體互作引發鐵死亡的病理，並篩選出N-乙酰半胱氨酸（NAC）作為潛在的候選藥物。這項研究揭示了線粒體疾病的全新死亡模式、細胞器互作機製和潛在治療策略，相關成果於3月8日以A combined model of human iPSC-derived liver organoids and hepatocytes reveals ferroptosis in DGUOK mutant mtDNA depletion syndrome發表在Advanced Science（《先進科學》）上。

　　線粒體是真核生物細胞中最重要的細胞器之一，除了為細胞提供能量外，它還參與調控細胞代謝、氧化應激、細胞死亡等多種生理活動，在細胞生、老、病、死等各方麵發揮重要作用。線粒體DNA缺失綜合症是由於維持線粒體DNA合成的核基因突變，線粒體DNA含量嚴重減少，導致多組織器官功能障礙的重大疾病，受累器官通常有肝髒、腦、肌肉等。病理表型具有組織特異性，目前已發現至少9種基因突變會導致MDS。劉興國課題組在前期工作中報道了丙戊酸誘發Alpers-Huttenlocher綜合征（由POLG突變導致的MDS）肝毒性的機理，並建立了相應的候選藥物篩選策略，是首次利用誘導多能幹細胞（iPSC）技術建立遺傳特異的肝細胞毒理學模型，成為解決臨床問題的成功範例（Xingguo Liu*, Hepatology, 2015）。此後，在線粒體疾病方向，劉興國團隊進行了持續深入的研究。

　　DGUOK是脫氧鳥苷激酶，是線粒體內合成嘌呤核苷酸重要的酶，該基因突變是導致肝腦型MDS最常見的遺傳背景因素。患者大多出生後1個月內發病，預後極差，通常一年內死於嚴重肝衰竭，除了肝移植，沒有其他有效的治療方法。肝髒鐵沉積是其重要臨床表型，血清學檢查也顯示血清鐵蛋白和轉鐵蛋白升高。肝髒作為人體內主要的鐵貯器官，鐵過載時肝髒首當其衝成為鐵毒性攻擊的主要部位。然而鐵在這個疾病中起何種作用？相關研究至今一片空白！ DGUOK突變的MDS病人進展如此迅速且嚴重的肝衰竭病理機製至今尚未解釋清楚，更無有效的針對性治療藥物，亟需深入研究，探尋有效治療手段。

　　團隊為了攻克這一醫學難題，將病人皮膚成纖維細胞重編程為iPSC，進行CRISPR/Cas9基因修複，保證了遺傳背景的一致性。接著，團隊利用高純度3D肝類器官分化培養技術排除膽管細胞幹擾，並結合2D肝樣細胞分化技術，建立了一個更為強大可靠的體外肝髒疾病模型。

　　團隊發現病人肝細胞線粒體DNA缺失導致線粒體功能障礙、ATP合成減少、和活性氧（ROS）大增。病人3D肝類器官和2D肝樣細胞均對鐵沉積導致的鐵死亡更敏感。這一鐵死亡是線粒體與溶酶體的細胞器互作事件：首先線粒體活性氧激增及穀胱甘肽耗竭，繼而核受體共激活因子4（NCOA4）介導鐵蛋白在溶酶體中降解，鐵蛋白裏的鐵釋放到胞質中，引起脂質過氧化增加，最終導致肝細胞鐵死亡。進一步的工作篩選出穀胱甘肽的前體—N-乙酰半胱氨酸（NAC）可以顯著抑製病人肝細胞鐵死亡。

　　該研究首次將高純度3D肝類器官技術應用於遺傳性肝病研究，論證了MDS疾病發生鐵死亡這一全新病理，揭示了其臨床肝髒鐵過載的奧秘，並篩選出有效的抑製鐵死亡候選藥物。更重要的是，不限於MDS，線粒體DNA缺失廣泛存在於衰老、退行性疾病和其他遺傳性疾病中，所以該發現具有廣泛的潛在病理和治療意義。

　　本研究與山東大學合作完成，獲國家重點研發項目、中科院、國家自然科學基金、廣東省和廣州市的經費支持。

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線粒體疾病肝細胞的全新鐵死亡模式、細胞器互作機製