导读：假尿嘧啶化在多种生理和病理过程中发挥着重要的调节作用。特别是在一些疾病，如线粒体肌病、乳酸性酸中毒和铁粒幼细胞性贫血（MLASA）中，假尿嘧啶化的缺陷通常是由假尿嘧啶合成酶1（PUS1）基因突变造成的。然而，假尿嘧啶化在正常红细胞生成及其在MLASA中的具体机制仍不十分明确。本文研究构建了一个携带PUS1酶结构域点突变（R110W）的小鼠模型，以模拟人类MLASA的常见突变。研究发现，pus1突变小鼠在4周龄时出现贫血，其红母细胞表现出线粒体氧化磷酸化受损的现象。进一步分析表明，突变的红母细胞在靶向tRNA的假尿嘧啶化方面存在缺陷，tRNA谱发生改变，核糖体蛋白基因的翻译效率降低，珠蛋白合成减少，最终导致了红细胞生成的无效性。该研究为假尿嘧啶化在红细胞生成中的重要作用提供了直接证据，说明其在调节tRNA稳态、细胞质翻译以及红细胞生成过程中发挥着关键作用。

研究结果

尊龙凯时的研究显示，假尿嘧啶合成酶1的R110W突变小鼠在4周龄时出现贫血。PUS1蛋白在小鼠中有两种异构体，其中较短的一种位于细胞核，较长的一种则在线粒体中有特定的靶向信号。研究发现，人类PUS1中的R144W变异是MLASA患者常见的突变特征，而在小鼠中则是R110W突变。为了解R144W突变在MLASA中的发病机制，研究构建了一个Pus1突变小鼠模型（R110W小鼠）。分析结果显示，R110W小鼠骨髓细胞中Pus1的RNA水平显著高于对照组，而两组在骨髓细胞和脾脏细胞中的Pus1蛋白水平均相似。4周龄的R110W小鼠体重略低于对照组，并且其脾脏重量和大小显著减小，显示下肢骨髓细胞显得更加苍白。全血细胞计数分析表明，R110W小鼠的红细胞和血红蛋白水平显著低于对照组，而血小板数量无明显差异。这些发现提示，PUS1的R110W突变可能会直接导致小鼠的贫血。

细胞功能损伤机制

为探究R110W小鼠的贫血是否源自红细胞生成的功能损伤，研究者分析了骨髓和脾脏中未成熟红细胞的CD71和Ter119表达频率。结果显示，R110W小鼠骨髓中嗜碱性红细胞的比例增加，同时红细胞原细胞和嗜碱性红细胞数量也明显上升。这进一步证明了R110W小鼠的红细胞生成受损，而这种情况并非源自干细胞水平的异常。需要指出的是，PUS1的R110W突变不仅影响红细胞和血小板的功能及分化，还削弱了造血干细胞在移植压力下的自我更新能力和多系分化潜力。

线粒体功能受损

为评估R110W突变对线粒体功能的影响，研究者测量了线粒体的OXPHOS水平。结果表明，与对照组相比，R110W小鼠骨髓红母细胞的氧气消耗率显著降低，尤其是基础和最大耗氧率。此外，来自pus1突变小鼠的红母细胞表现出活性氧（ROS）水平明显升高，虽然线粒体超氧化物（MitoSox）在脾红母细胞中显著升高，但在骨髓红母细胞中未显著上升。这些结果表明，PUS1的R110W突变对某些线粒体OXPHOS复合物的功能产生特异性影响，导致氧气消耗率下降和ROS水平升高。

tRNA表达改变

为探讨R110W突变对tRNA谱的影响，研究者通过tRNA PCR阵列分析发现，R110W小鼠骨髓红母细胞中mt-tRNAIle（GAT）水平降低，而mt-tRNATyr（GTA）水平明显升高。另外，细胞质tRNA的表达情况也发生了显著变化，18种差异表达的胞质tRNA中有16种在R110W小鼠中显著上调。这一发现表明PUS1突变对tRNA表达存在不同的影响。

核糖体蛋白翻译效率降低

由于在R110W小鼠中观察到大量胞质tRNA发生变化，因此推测细胞质蛋白的整体翻译可能受到了影响。Polysome profiling分析结果显示，R110W小鼠的核糖体亚基数量略有下降，且rRNA成熟与中间产物的表达均无显著差异。这些结果提示，R110W突变可能未显著影响rRNA的加工。此外，RNA-seq和Ribo-seq分析揭示了R110W小鼠核糖体蛋白基因的翻译效率降低，这种现象可能是由于翻译水平减少所造成的。

结论与展望

尊龙凯时的研究结论指出，PUS1 R110W突变小鼠表现出贫血和OXPHOS缺陷，进一步重现了MLASA患者的血液学表型及线粒体特征。假尿嘧啶的缺陷改变了mt-tRNATyr和mt-tRNAIle的表达，导致核糖体蛋白翻译效率和珠蛋白合成的降低，从而引起无效红细胞生成。这项研究揭示了PUS1介导的假尿嘧啶化在红细胞生成中维持线粒体功能的关键角色，提示调节线粒体稳态和蛋白质翻译可能成为先天性贫血及相关疾病的潜在治疗策略。