白內障-禿發-口腔黏膜病-銀屑病樣綜合征（CAOP綜合征）是一種極其罕見的疾病，其特征為早發性雙側白內障、全身性非瘢痕性禿發、口腔黏膜疾病以及嚴重的銀屑病樣皮膚損傷。目前，CAOP綜合征的發病機制仍不清楚。

上海交通大學醫學院附屬新華醫院姚志榮/李明/張思團隊歷經十余年研究，首次報告膜結合轉錄因子肽酶/位點1蛋白酶（MBTPS1/S1P）是CAOP綜合征的致病基因，并闡明了MBTPS1突變的致病機理。他們還發現補充核黃素可改善CAOP綜合征患者的炎性病變，為這種罕見皮膚病的治療指明了方向。

這項研究成果于近日發表在《EMBO Molecular Medicine》雜志上。新華醫院的陳付英、倪成、王曉曉、程茹虹、潘超蘭為本文共同第一作者，新華醫院皮膚科姚志榮教授和李明教授、復旦大學基礎醫學院張思教授為該論文的共同通訊作者。
 

研究材料
在這項研究中，研究人員構建了皮膚特異性Mbtps1條件性敲除小鼠模型以及Mbtps1敲低的mbtps1-MO斑馬魚模型（其中Mptps1條件性敲除小鼠模型由賽業生物提供）。體外研究則采用了MBTPS1-KO HaCaT細胞。

技術方法
他們在研究中采用了多項技術，包括全外顯子組測序分析、Western blotting、蛋白質穩定性分析。在分析S1P的結合伴侶時，他們使用了免疫熒光、LC-MS/MS分析和GST pull-down分析等。他們還通過多種分析測定了線粒體的代謝水平。

技術路線

01全外顯子組測序發現CAOP患者的S1P變異

02S1P能與ETFA和ETFB相互作用并維持ETF穩定性

03S1P變異使ETFA/ETFB不穩定并損害線粒體呼吸

04核黃素治療可改善CAOP患者的線粒體功能障礙

研究結果
1.測序發現CAOP綜合征的致病變異
研究人員發現了兩例CAOP綜合征的散發病例，一例是14歲的中國男孩（患者1），另一例是5歲的西班牙女孩（患者2）。兩名患者均表現出輕度的毛囊角化癥、雙側白內障、全身性禿發、銀屑病樣病變和甲溝炎等。他們的臨床癥狀與所有已知皮膚病不同，且患者1對常規療法無應答。全外顯子組測序和Sanger測序在患者的MBTPS1/S1P基因中鑒定出雜合變異。

考慮到患者1的線粒體數量顯著增加和線粒體形態異常的癥狀，研究人員想了解這是否由S1P缺乏引起。他們構建了Mbtps1-cKO小鼠模型，并發現這些小鼠也表現出銀屑病樣病變、脂質積累和線粒體異常的表型。同樣，mbtps1-MO斑馬魚模型也觀察到線粒體自噬和線粒體異常的表型。

2.S1P與ETFA和ETFB相互作用
研究人員通過一系列分析表明，S1P是一種新型線粒體蛋白，存在于線粒體基質空間內。MBTPS1的突變影響了其與線粒體表面受體分子（TOM20、TOM70和TIM23）的結合，破壞了它們的線粒體轉運。

在篩選了S1P的互作蛋白后，研究人員對潛在的結合蛋白開展了生物信息學分析。蛋白質互作網絡表明，電子轉移黃素蛋白（ETF）可能在S1P相關的線粒體信號傳導中發揮核心作用。缺乏核黃素（維生素B2）會導致白內障、畏光、口腔炎、角化過度和發育遲緩等癥狀，這些癥狀與CAOP綜合征的癥狀有一定的相似性。共聚焦免疫熒光分析進一步證實，S1P能與ETFA和ETFB形成三聚體復合物（圖1）。
 

圖1 S1P與ETFA和ETFB蛋白形成三聚體復合物

3.S1P異常損害線粒體呼吸
研究人員發現，患者1的皮膚活檢中的ETFA和ETFB蛋白水平下降，但mRNA表達沒有出現顯著變化。同樣，MBTPS1-KO HaCaT細胞和Mbtps1-cKO小鼠中也觀察到ETFA和ETFB的蛋白水平下降，除此之外，MBTPS1敲除不影響ETF的mRNA表達水平，但誘導ETF快速降解，這表明S1P可能維持了ETF的蛋白質穩定性。

與野生型S1P相比，突變型S1P與ETFA和ETFB的結合減少，這表明MBTPS1變異失去了與ETF形成三聚體復合物的能力。后續的分析表明，野生型S1P可以通過與ETFA/ETFB結合及隨后的ETF黃素化（flavination），增強ETF的穩定性，而突變型S1P卻失去了這種能力（圖2）。

耗氧率（OCR）的測定結果表明，與對照細胞相比，MBTPS1-KO HaCaT細胞的線粒體呼吸減少。為此，研究人員采用靶向代謝組學分析來研究S1P如何影響能量代謝。結果表明，S1P的缺失會損害線粒體呼吸和三羧酸循環（TCA），并導致線粒體代謝從氧化磷酸化轉變為糖酵解。
 

圖2 S1P功能障礙破壞了ETF黃素化和穩定性

4.核黃素療法可減輕患者的炎性病變
考慮到MBTPS1變異破壞了ETF的穩定性，研究人員提出用核黃素來逆轉線粒體異常并治療CAOP綜合征。正如預期的那樣，核黃素以濃度依賴性的方式逆轉了S1P缺乏導致的ETFA和ETFB減少，并恢復了線粒體呼吸和細胞ATP產生。

患者1在口服核黃素之前對各種治療方案均無應答。從14歲開始，他每天口服核黃素，并對這種療法表現出良好的應答。在3年的隨訪過程中，研究人員發現患者1的嚴重炎性病變顯著減輕，畏光和舌裂略有改善。這些數據表明，MBTPS1變異導致的ETF降解和線粒體異常引起了CAOP綜合征以及嚴重炎性病變。

研究結論
總的來說，這項研究表明MBTPS1變異引起了CAOP綜合征。S1P可作為一種新型的線粒體蛋白結合伴侶，與ETFA和ETFB形成三聚體復合物，增強ETF的黃素化，從而維持其穩定性（圖3）。這項研究也首次證實，CAOP綜合征患者對核黃素療法有應答。
 

圖3 S1P調控細胞呼吸的推測機制

原文檢索：
Chen F, Ni C, Wang X, et al. S1P defects cause a new entity of cataract, alopecia, oral mucosal disorder, and psoriasis-like syndrome. EMBO Mol Med. 2022 May 9;14(5):e14904. doi: 10.15252/emmm.202114904. Epub 2022 Apr 1. PMID: 35362222; PMCID: PMC9081911.