鸿运国际导读：假尿嘧啶化在多种生理和病理过程中起着重要的调节作用。例如，在线粒体肌病、乳酸性酸中毒及铁粒幼细胞性贫血（MLASA）等疾病中，假尿嘧啶化缺陷主要由假尿嘧啶合成酶1（PUS1）基因突变引起。目前，假尿嘧啶化在正常红细胞生成及MLASA中的作用和机制仍不明确。

本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中的常见突变。研究发现，pus1突变小鼠在4周龄时出现贫血，同时突变红母细胞亦表现出线粒体氧化磷酸化功能受损。在机制上，突变红母细胞显示出靶向tRNA的假尿嘧啶化缺陷，导致tRNA谱的改变、核糖体蛋白基因翻译效率降低及珠蛋白合成减少，最终造成红细胞生成无效。因此，本研究为假尿嘧啶化在体内红细胞生成中的参与提供了直接证据，强调其在调节tRNA稳态、细胞质翻译及红细胞生成中的关键角色。

研究结果

1. PUS1 R110W突变小鼠的贫血表现

研究发现，PUS1 R110W突变小鼠在4周龄时出现贫血。人类和小鼠的PUS1蛋白具有两种异构体，其中较短的一种位于细胞核，而较长的一种含有线粒体靶向信号。PUS1-427中的R144W突变是MLASA患者中最常见的突变。在小鼠中，R110W突变与人类相应的R144突变高度保守。

通过构建Pus1突变小鼠模型（R110W小鼠），研究表明其骨髓细胞中Pus1的RNA水平高于对照组，而Pus1的蛋白表达水平在两组间无明显差异。4周龄的R110W小鼠体重略低于对照组，且其脾脏重量和大小显著减小。此外，R110W小鼠的下肢骨髓细胞显得更加苍白。

2. 红细胞功能受损的内在机制

为探讨R110W小鼠贫血是否因红细胞生成功能受损引起，研究分析了BM和脾脏中未成熟有核红细胞的频率。结果显示，R110W小鼠的嗜碱性红细胞比例及红细胞原细胞数量显著增加，提示其红细胞生成受损可能并非源自干细胞，而是发生在后期红细胞生成中。此外，R110W突变还对造血干细胞的自我更新能力与多系分化潜力产生了负面影响。

3. 线粒体氧化磷酸化功能受损

为了评估R110W突变对线粒体功能的影响，研究测量了线粒体的OXPHOS水平。结果显示，R110W小鼠的骨髓红母细胞氧耗率显著降低，尤其是基础耗氧率和最大耗氧率。同时，突变类型的红母细胞内细胞活性氧（ROS）水平明显升高，指示线粒体功能受损。

4. tRNA谱的改变

通过tRNA PCR阵列分析，R110W小鼠红母细胞中mt-tRNAIle（GAT）的水平降低，而mt-tRNATyr（GTA）的水平升高。相较于线粒体tRNA，细胞质tRNA的表达水平变化显著，表明PUS1修饰对tRNA表达具有不同的影响。此外，研究发现，核编码复合物I蛋白水平的升高以及特定tRNA的减少与红细胞生成缺陷密切相关。

5. 核糖体蛋白基因翻译效率降低

由于R110W小鼠中大量胞质tRNA表达变化，推测其细胞质蛋白翻译也受到影响。通过对红母细胞进行Polysome profiling分析，发现R110W突变导致的核糖体组装和功能存在轻度缺陷，最终影响了核糖体蛋白基因的翻译效率。这一点在红母细胞中的Hb水平显著降低中体现得淋漓尽致，但转录水平却保持稳定。

6. 氧化磷酸化和细胞质翻译的协同作用

在红细胞的发育过程中，OXPHOS及细胞质翻译的异常可能共同促进了MLASA的发病机制。通过不同浓度的线粒体OXPHOS抑制剂与细胞质翻译抑制剂的联合实验，研究结果表明，细胞质翻译在红细胞生成中的调节更为重要，而线粒体翻译的作用较小。

研究结论

鸿运国际研究显示，PUS1 R110W突变小鼠表现出贫血及OXPHOS缺陷，重现了MLASA患者的相关表型。假尿嘧啶缺陷导致PUS1靶向的mt-tRNATyr及mt-tRNAIle表达改变，引发RPs翻译效率和珠蛋白合成的下降，进而导致无效红细胞生成。本研究强调了PUS1介导的假尿嘧啶化在红细胞生成过程中维持线粒体功能的重要性，提示调节线粒体稳态及蛋白质翻译有望成为治疗先天性贫血和线粒体相关贫血综合征的新策略。