线粒体是各种神经系统疾病的罪魁祸首：线粒体网络无法正常发挥功能

特拉维夫大学的研究人员首次发现，大脑神经细胞(神经元)中线粒体细胞器的产生和调节随着一种名为Gtf2i的基因的缺失而受到严重损害，Gtf2i是威廉姆斯综合征中缺失的25个基因之一。这种损伤已知会导致神经细胞的功能障碍，并可能导致神经发育病理，如威廉姆斯综合征和其他与Gtf2i基因相关的疾病。这一发现是由特拉维夫大学萨戈尔神经科学学院和心理科学学院的Boaz Barak教授和Ariel Nir-Sade带领的一个研究小组的努力得出的，Ariel Nir-Sade的博士论文就是这项开创性的研究。这项研究的结果发表在《通讯生物学》杂志上。 

“我们的大脑中有1000亿个神经细胞，它们对维持大脑活动至关重要，为了做到这一点，这些细胞需要能量。这种能量是在线粒体细胞器中产生的，因此线粒体功能的问题将导致细胞功能的问题。今天，我们知道线粒体是各种神经系统疾病的罪魁祸首，从安吉尔曼综合征和自闭症等神经发育障碍，到阿尔茨海默氏症和帕金森等神经退行性疾病——这些疾病都与线粒体功能异常有关。” 

在巴拉克教授的实验室里，研究人员专注于一种名为威廉姆斯综合征的遗传综合征，它是由大约25个基因的缺陷表达引起的。到目前为止，人们还不清楚为什么患有这种综合症的人的神经细胞会受损——也就是说，这些基因的错误表达与由此导致的大脑功能损害之间的关系是什么。 

“威廉姆斯综合征是一种相对罕见的发育性神经遗传综合征，”Nir-Sade解释说。“患有这种疾病的人天生就有多系统缺陷，包括认知、运动和行为问题，但也许他们最显著的特征是难以调节社会行为。”这就是为什么它通常被称为‘爱情综合症’——这些人往往表现出相当大的感情和强烈的社交欲望。” 

在威廉姆斯综合征患者没有正常表达的25个基因中，Barak教授和Nir-Sade的研究重点是Gtf2i基因。这个基因是理解这种综合征的关键，因为它编码一种转录因子——一种负责调节许多其他基因的蛋白质，正如他们在研究中发现的那样，它还调节与线粒体有关的基因的表达。

为了了解这种基因在大脑神经细胞中的作用，特拉维夫大学的研究人员采用基因工程技术来比较有和没有Gtf2i基因的神经细胞中的线粒体结构。通常，线粒体以网络的形式一起工作，但在缺乏Gtf2i基因的情况下，形成网络的过程没有得到适当的调节。因此，网络的形成被破坏，线粒体难以发挥功能，异常物质在细胞内积聚。 

“在第一阶段，我们从威廉姆斯综合症动物模型的大脑中提取神经细胞，并在培养皿中培养它们，我们将正常的神经细胞培养物与使用基因工程删除Gtf2i基因的神经细胞培养物进行了比较。我们能够检查单个细胞，并证明线粒体如何在没有这种基因的情况下难以发育和运作。在第二阶段，在耶路撒冷希伯来大学阿萨夫·马尔科博士实验室的帮助下，我们想看看我们在动物模型培养中发现的基本机制是否也适用于人类受试者。我们检查了从患有威廉姆斯综合症的人身上获得的脑组织，这些人的大脑在去世后被捐赠给科学研究。我们观察到，我们的发现也适用于人类大脑:在患有威廉姆斯综合征的个体中，线粒体不能正常发育和功能，因此，有毒物质积聚在神经细胞内，从而影响了它们的效率。” 

“这些发现具有临床重要性，”Barak教授补充说。“它们提高了我们对改善大脑神经功能所需条件的理解，例如，改善线粒体功能或降低威廉姆斯综合征患者神经细胞中积累物质的表达水平。”生物医学研究投入了大量的精力和资源来了解线粒体疾病，并且在这一领域正在取得重大进展。未来很有可能会开发出一种药物来改善其他疾病的线粒体功能，比如阿尔茨海默氏症。根据我们的研究，他们将知道如何使这种药物也适用于威廉姆斯综合征，目的是改善这种特殊情况下的线粒体功能。”