第 72 章：核骨架疾病（Diseases of the Nucleoskeleton）

引言（Introduction）

1994 年,在一个后来被命名为 emerin 的新基因中发现了突变,这些突变导致 X 连锁 Emery-Dreifuss 肌营养不良（X-linked EDMD）的发生。两年后,emerin 被证实是核膜的一种蛋白。紧接着,编码 A 型核纤层蛋白（lamin A/C）的 LMNA 基因的首批突变被报道与常染色体显性 EDMD 相关,从而使 EDMD 成为第一种被识别的核膜相关神经肌肉疾病。此后,LMNA 基因的突变又被发现涉及一大类疾病,被统称为"核纤层蛋白病"。这一识别"级联"重新激活了核膜在细胞生物学和人类遗传学层面的研究,并带动了一系列新的核膜成分的发现,以及对其功能和在人类病理中潜在作用的详细研究。

核膜（NE）是由两层脂质膜构成的特殊结构,用以分隔细胞质与核质。外核膜（ONM）和内核膜（INM）在核孔复合体处相连,核孔复合体保证两个区室之间的通讯。在 INM 之下,核纤层（nuclear lamina）是由中间纤维构成的网格,即 A 型和 B 型核纤层蛋白,它们介导染色质与核膜之间的界面与连接。INM 与核纤层共同构成核骨架（nucleoskeleton）。核骨架的蛋白质参与多种核功能,包括 DNA 复制、基因转录、细胞信号转导、细胞周期进程以及染色质分离。本章聚焦于核纤层蛋白及其部分相关蛋白的结构与功能、由其基因突变所致疾病的描述,以及正在被研究的病理生理学机制。

核骨架的结构与功能（Structure and Function of the Nucleoskeleton）

细胞核是 DNA 储存、复制和转录的场所。核膜由两层脂质膜（ONM 与 INM）构成,二者之间宽度约为 100 nm 的腔隙隔开。核孔复合体通过大分子的进出负责细胞质与核质之间的通讯。ONM 与粗面内质网（RER）相连。INM 由多种跨膜蛋白组成,其中包括 emerin、nesprin 以及核纤层相关多肽 2（LAP2）。V 型中间纤维——A 型和 B 型核纤层蛋白——在 INM 下方形成蛋白质网格,即核纤层,是核骨架的核心组分。A 型核纤层蛋白也分散在核质中,与转录因子等蛋白相互作用以调控其活性。

核纤层蛋白家族：A 型、B 型及其加工（A- and B-Type Lamins and Their Processing）

核纤层蛋白由一个展开的 N 端头部、一个中心 α 螺旋杆状结构域以及一个含有免疫球蛋白样结构域的长 C 端尾部组成。体外实验中,核纤层蛋白以头尾相接方式形成同源二聚体,进而组装成原纤维,再侧向缔合形成 10 nm 的纤维及副结晶。体内,核纤层蛋白构成核纤层,与 INM 和染色质紧密结合,机械性地维持细胞核的形态。目前已描述七种核纤层蛋白同种型,分为 A 型和 B 型两类。B 型核纤层蛋白由 LMNB1 和 LMNB2 基因编码,共三种 B 型核纤层蛋白。其中 B3 仅在精母细胞中表达,而 B1 和 B2 在所有细胞中、整个发育过程都有表达,是生命活动所必需的。相比之下,由位于染色体 1q21 的 LMNA 基因编码的 A 型核纤层蛋白包括两个主要同种型 A 和 C（于发育后期及多数分化细胞中表达）以及两个次要同种型 AΔ10 和 C2（分别表达于肿瘤细胞和生殖系细胞）。

核纤层蛋白 A 和 B（不包括 lamin C）以前核纤层蛋白形式翻译,并在其 C 端的 CaaX 基序（C 为半胱氨酸,a 为脂肪族残基,X 不确定）经历一系列加工步骤。第一步是半胱氨酸残基的法尼基化,然后由 ZMPSTE24 或 RCE1 对末端三个氨基酸 aaX 进行内肽酶切割,最后半胱氨酸残基被羧甲基化。B 型核纤层蛋白保持法尼基化修饰,而 lamin A 被锌金属蛋白酶 ZMPSTE24 进一步切割,除去带法尼基末端的另外 15 个 C 端残基。其结果是,B 型核纤层蛋白即使在有丝分裂、核膜解体时仍紧附于核膜,而核纤层蛋白 A 和 C 则分散于细胞中。

A 型核纤层蛋白与多种 INM 跨膜蛋白相互作用,如 LEM 结构域蛋白,后者在染色质与核膜的结构和锚定中起主要作用。lamin A/C 还与 LINC 复合体蛋白相互作用,后者形成连接核骨架与胞质骨架的"桥梁"。这些蛋白与核纤层蛋白的相互作用被认为是其核定位与隔离所必需的。A 型核纤层蛋白还与多种转录因子相互作用,如细胞周期调节因子 pRB、转录抑制因子 MOK2、参与脂肪细胞分化的转录因子 SREBP-1,以及更广泛的信号通路如 SMADs 或 ERK/JNK。

LEM 结构域蛋白与核膜伙伴（LEM Domain Proteins and Nuclear Envelope Partners）

LEM 结构域蛋白家族的特征是含有 LEM 结构域（LEM 是最初鉴定出该结构域的三个蛋白的缩写:LAP2、emerin、MAN1）,该结构域介导与 BAF（barrier-to autointegration factor,自整合屏障因子）的结合。BAF 是一种在染色质结构、核组装和基因调控中具有重要作用的必需蛋白。TMPO 基因编码 LAP2（核纤层相关蛋白 2）的四种可变剪接同种型,其中三种为结合 B 型核纤层蛋白的整合膜蛋白,而 LAP2α 不含跨膜结构域,与核质池中的 lamin A/C 及视网膜母细胞瘤蛋白（pRb）形成复合物,调控细胞周期进程。EMD 基因编码 INM 整合蛋白 emerin。emerin 的核定位依赖于核纤层在核周缘的存在。emerin 与多种蛋白结合,包括 β-catenin 和 Lim 结构域 7（Lmo7）。β-catenin 是 Wnt 信号通路的组分,主要参与间充质祖细胞命运的特化;emerin 与 β-catenin 的相互作用可阻止其转录激活。Lmo7 被认为是调控大量基因（其中许多为肌肉或心脏特异基因）的转录激活因子;Lmo7 与 emerin 的相互作用同样抑制其转录活性。

另一组与 lamin A/C 直接或间接相互作用的蛋白在连接核骨架与胞质骨架方面发挥作用（LINC,即 Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton）:主要位于 ONM 的 nesprin 蛋白和位于 INM 的 SUN 蛋白。SYNE-1 和 SYNE-2 是两个各由超过 100 个外显子构成的基因,通过可变剪接编码多种 nesprin 同种型。nesprin 蛋白的核心由血影蛋白重复构成,N 端含有介导与肌动蛋白相互作用的钙调理蛋白同源（calponin homology）结构域,C 端含有保守的 KASH 结构域,通过与 SUN 蛋白相互作用将自身锚定于核膜。巨型 nesprin-1 和 nesprin-2 同种型定位于 ONM。较短的同种型如 nesprin-1α 和 nesprin-2α 位于 INM 的核质面,与 lamin A/C 和 emerin 相互作用。它们在核膜的定位依赖于 A 型核纤层蛋白的表达。有趣的是,nesprin-2 还与 α-和 β-catenin 结合并调控 Wnt 信号。

SUN（Sad1 和 UNC-84 的缩写）蛋白在人类中的鉴定晚于其在秀丽隐杆线虫中的鉴定;在线虫中 UNC-84 的核膜定位和核迁移功能已被表征。在人类中,四个基因编码 SUN 蛋白,但只有 SUN1 和 SUN2 被证实为 INM 的整合蛋白。SUN 蛋白通过与 nesprin 的腔内 KASH 结构域（在两层核膜之间的腔隙中）以及与核纤层处的 emerin 和 lamin A 相互作用,形成跨越核膜的"桥梁",即 LINC 复合体,从而在核-质连接中发挥主要作用。LINC 复合体被认为有助于细胞刚性维持和细胞核定位。

在已描述的众多核纤层蛋白互作伙伴中,LUMA 由 TMEM43 基因编码。该蛋白在 INM 处形成同源寡聚体,含有四个跨膜结构域,前两个跨膜结构域之间存在一个大的亲水结构域,伸入 INM 与 ONM 之间的腔隙。其在 INM 的定位依赖于与 A 型核纤层蛋白的相互作用;但已有研究表明 LUMA 对 emerin 的定位也很重要。LUMA 还与 lamin B2 强烈相互作用。

核骨架缺陷相关疾病总览（DISEASES LINKED TO DEFECTS OF THE NUCLEOSKELETON: Overview）

自 1994 年首次报道 EMD 突变导致 X 连锁 EDMD 以来,许多疾病被陆续归因于编码核膜蛋白的其他基因突变,确立了"核膜联系"（nuclear connection）的概念。尤其在 LMNA 基因被牵涉多种统称为核纤层蛋白病（laminopathies）的疾病后,这一认知更进一步。本节聚焦于 A 型或 B 型核纤层蛋白相关疾病,以及与其他与核纤层蛋白相互作用的核膜蛋白（特别是影响横纹肌的 emerin、nesprin、LUMA 和 LAP2α）相关的疾病。值得注意的是,在已报告的人类核骨架蛋白相关疾病中,超过 92% 的突变位于 LMNA 和 EMD 基因。最常累及的组织是骨骼肌和心肌（EMD、LMNA、TMEM43 和 TMPO）以及脂肪组织（LMNA 和 LMNB2）。LMNA 和 LMNB1 相关疾病可累及外周或中枢神经系统。

在 LMNA 基因中首次人类疾病突变被报道 12 年后,一大类统称为核纤层蛋白病的疾病被陆续与该基因联系起来,可归为五类:以特异性组织单独受累（横纹肌、外周神经、脂肪组织）或以全身性方式受累（早衰综合征）为特征。在某些情况下,这些不同亚组可共存于同一患者,由此界定第五亚组——"重叠型核纤层蛋白病"。根据 UMD-LMNA 数据库,迄今已在 737 个家系中报告超过 317 种不同的突变,分布于 LMNA 基因全长,涉及不同的核纤层蛋白病。核纤层蛋白病的表型/基因型关系并不容易呈现:某些突变似乎导致相同的均一表型,如轴突型 Charcot-Marie-Tooth 病（影响 Arg298 残基的突变）、部分性脂肪营养不良（Arg482）、典型下颌骨肢端发育不良（Arg527 和 Ala529）以及典型早衰症（Glu608）;而在其他情况下,显著的家族内和家族间异质性使任何精细的相关性都难以建立。

Emerin 相关疾病：X 连锁 Emery-Dreifuss 肌营养不良（Emerinopathies）

X 连锁 EDMD 于 1960 年代中期首次描述,特征是肌关节心三重受累的组合。该病在儿童期即表现,早期出现跟腱、颈部和肘部的关节挛缩,以肩肱腓分布的肌肉无力缓慢进展,随后出现心脏疾病,初始表现为心律失常和心脏传导阻滞,中年有较高的猝死风险,最终出现以心腔扩大和左室功能障碍为特征的扩张型心肌病。通过定位克隆策略,在 X 连锁 EDMD 家系中鉴定出某新基因（后命名为 EMD）的突变。其编码蛋白 emerin 后被证实为 INM 蛋白。免疫组化和 western blot 分析显示,EMD 突变主要导致 emerin 的完全缺失。EMD 突变偶尔也可与孤立性心脏病或肢带型肌营养不良相关。根据 UMD-EMD 位点特异性数据库,迄今已报道 86 种不同的 EMD 突变,分布于基因全长,外显子 2 和第一个 ATG 密码子为最常累及部位。

横纹肌核纤层蛋白病（Striated Muscle Laminopathies, SML）

孤立的骨骼肌和/或心肌疾病占核纤层蛋白病的 55%。根据是否存在骨骼肌受累、起病年龄、肌肉无力/萎缩分布以及关节挛缩,共发现四种临床实体。最经典和最易识别的 SML 是常染色体型 EDMD,与 X 连锁 EDMD 具有相同的临床三联征。通过定位克隆策略,作者所在的研究组在常染色体显性 EDMD 和常染色体隐性 EDMD 中分别鉴定了首个 LMNA 基因突变。

此后不久,得益于与 EDMD 的表型相似性以及前期将染色体 1q11-21 定为该病位点的研究,孤立性扩张型心肌病伴传导缺陷（DCM-CD）也被归因于 LMNA 基因。该病的特征是早期出现心脏传导缺陷和心律失常,继而出现心室扩张和收缩功能下降,无骨骼肌受累。肢带型肌营养不良 1B 型（LGMD1B）的特征是近端肌无力和萎缩,合并与 DCM-CD 或 EDMD 相似的心脏病表现,缺乏强直性脊柱,肘部和跟腱挛缩轻微或出现晚,据此可与 EDMD 相鉴别。

最近,另一种疾病被纳入 SML 疾病谱:显性新生 LMNA 突变被牵涉一种严重疾病,即 A/C 型核纤层蛋白先天性肌营养不良（L-CMD）。该病的特征是出生时或出生后第一年内出现肌无力,导致运动发育缺失或延迟。受累者通常表现出颈-轴肌、上肢近端和下肢远端肌肉的选择性无力和萎缩,马蹄足,强直性脊柱伴胸椎前凸,后期出现肘部保留的近端肢体挛缩,早期出现需要通气支持的呼吸系统受累,以及心律失常。心律失常或成人期出现的心脏疾病是 SML 的共同结局,其主要特征是早期出现传导缺陷和心律失常,继而出现心功能障碍。因此,心源性猝死（由极端心动过缓或心动过速性心律失常所致）是这些患者的常见表现。因此,以一级预防为目的植入式心律转复除颤器（ICD）已被推荐用于预防致命性心律失常。然而,ICD 治疗并不能缓解心脏疾病进展,DCM 往往进展为心力衰竭,通常需要心脏移植。

导致 SML 的 LMNA 突变类型多样,分布于基因全长。表型/基因型相关性非常有限:同一个 LMNA 突变可表现为不同类型的 SML,或不同类型的 SML 可共存于同一家系。L-CMD 似为例外——引起 L-CMD 的突变与特别严重的表型共分离。

脂肪、外周神经与全身性核纤层蛋白病（Adipose, Peripheral Nerve and Systemic Laminopathies）

脂肪组织核纤层蛋白病主要表现为 Dunnigan 型部分性脂肪营养不良（PLD）,其特征为选择性、可变的脂肪组织缺失伴代谢异常。PLD 患者早期儿童期脂肪分布正常;进入青春期后,四肢皮下脂肪丢失,而腋部、腹腔内和面颈部脂肪堆积。20 岁以后逐渐出现胰岛素抵抗、糖尿病、高甘油三酯血症和脂肪肝。通过定位克隆,PLD 被定位到染色体 1q21,并鉴定出 LMNA 突变。目前 80% 的 PLD 患者携带影响 Arg482 残基的错义突变。

外周神经核纤层蛋白病主要表现为常染色体隐性轴突型 Charcot-Marie-Tooth（CMT）病的一个亚组。CMT 病是一组临床和遗传异质性显著的遗传性外周神经病,以四肢远端进行性肌无力和/或感觉丧失、慢性远端肢体肌无力、深腱反射减弱和高弓足为特征。轴突型的神经传导速度正常,但复合肌肉动作电位幅度降低。CMT2B1 亚组在北非的常染色体隐性家系中得以表征,呈现经典轴突型 CMT 特征,部分病例合并近端肌肉受累,定位至 1q21。鉴于 Lmna 敲除小鼠呈现与 CMT2B1 患者高度相似的轴突临床和病理表型,LMNA 被视为候选基因。在所有研究家系中鉴定出唯一的纯合 p.Arg298Cys 突变。迄今已有 15 个携带该突变的家系被报告,部分家系中证实存在创始者效应。

全身性核纤层蛋白病即早衰综合征,包括多种疾病。下颌骨肢端发育不良（MAD）是一种罕见的常染色体隐性遗传病,定义为出生后生长迟缓、下颌和锁骨端骨质溶解、关节挛缩、脂肪营养不良以及皮肤斑驳样色素沉着。由于与 PLD 的临床相似性,MAD 被归因于 LMNA 基因的纯合突变。迄今所有已报告的 MAD 病例均由影响 Arg527 和 Ala529 的纯合突变所致。

Hutchinson-Gilford 早衰综合征（HGPS）是一种极其罕见且致命的遗传病（发病率<10⁻⁶）。其临床特征在出生最初几年内显现,包括身材矮小、体重低、性发育不全、广泛动脉粥样硬化、皮下脂肪丢失、小颌、鸟喙鼻、脱发、关节活动受限、牙齿拥挤、声细高、短锁骨伴末端骨质溶解、指甲营养不良以及末端指（趾）骨末端骨质溶解。精神和情感发育正常。整个临床表现呈现明显的衰老外观。中位死亡年龄为 13.4 岁,常死于冠状动脉疾病。通过定位克隆和候选基因方法,在 HGPS 患者中鉴定出 LMNA 突变。最常见的突变（占 HGPS 病例的 75%）是新生杂合单碱基替换,导致沉默突变（p.G608G）,激活 LMNA 外显子 11 内的隐蔽剪接位点,造成前核纤层蛋白 A C 端最后 50 个氨基酸的框内缺失。由此产生的异常前核纤层蛋白 A 被命名为"progerin",缺乏 ZMPSTE24 切割位点,不能被正确翻译后加工,因此在组织中累积并产生毒性作用。

Werner 综合征（WS）是一种成年起病的早衰综合征。其主要临床特征包括硬皮病样皮肤改变、双侧白内障、身材矮小、皮下钙化、早发动脉硬化、糖尿病、骨质疏松、软组织钙化、手指和/或脚趾远端指骨末端骨质溶解、肿瘤（肉瘤）、异常嗓音、鸟样面容和头发过早灰白。典型形式由编码 DNA 解旋酶样 RECQL2 的 WRN 基因纯合突变所致。由于与 HGPS 和 MAD 存在表型重叠,部分不与 WRN 连锁的不典型 WS 患者被筛选,发现携带 LMNA 突变。与 LMNA 基因相关的最后一种早衰性疾病是新生儿期发病的限制性皮病（RD）。该极罕见病的主要临床特征包括宫内生长迟缓、皮肤紧而硬伴糜烂、表浅血管突出和表皮角化过度、小颌、睫毛和眉毛稀疏或缺失、锁骨细薄发育不良、肺发育不良、多发性关节挛缩以及出生后最初数小时内的早期致死性病程。大多数 RD 病例由编码参与前核纤层蛋白 A 翻译后加工的金属蛋白酶 ZMPSTE24 基因突变所致,但仅 3 例 RD 病例与 LMNA 相关。

重叠型核纤层蛋白病方面,越来越多的患者表现为上述两种或多种核纤层蛋白病的组合。重叠常累及脂肪组织和横纹肌。外周神经受累可与横纹肌疾病罕见共存,呈常染色体显性遗传。最显著的重叠见于早衰综合征,可与肌病共存。有趣的是,重叠可能在疾病早期不出现,而在后期显现。这些重叠表型可能提示不同类型的核纤层蛋白病可能代表一种独特的、具有可变组织表达的多种组织疾病。

脑白质营养不良是一组罕见的遗传病,表现为白质或中枢神经系统髓鞘束的广泛髓鞘缺失。在脑白质营养不良中,ADLD（成年起病常染色体显性脑白质营养不良）的特征是于四五十岁发病时出现自主神经功能障碍（出汗、肠和膀胱功能障碍、体位性低血压）,随后出现包括小脑性、锥体性和假性延髓性体征在内的运动功能障碍。通过全基因组连锁策略,LMNB1 基因的复制被确认为 ADLD 的潜在遗传缺陷,导致脑组织中 LMNB1 基因剂量增加。

在无家族聚集性的获得性部分性脂肪营养不良中,有一种被称为 Barraquer-Simons 综合征的亚组,其特征是脂肪分布与 PLD 相反:身体上部脂肪正常或减少,下部脂肪过多。这些类型的脂肪营养不良曾被认为是自身免疫性起源。然而,通过候选基因策略,在 9 例分析患者中有 4 例鉴定出编码 lamin B2 的 LMNB2 基因的杂合变异。

遗传性共济失调是一组以步态和肢体协调障碍为特征的疾病。可合并锥体束特征、外周神经病变、锥体外系体征、认知减退或视网膜病变等其他神经系统症状。Gros-Louis 等通过对 26 个法裔加拿大家系（呈现单纯性小脑性共济失调,称为常染色体隐性小脑性共济失调 1 型,ARCA1）的全基因组连锁分析,在 nesprin-1 蛋白 N 端区域鉴定出 SYNE1 基因的五种不同突变。尽管患者肌肉活检的免疫组化分析未显示神经肌肉接头处明显的结构缺陷,但观察到神经肌肉接头处细胞核定位异常。

关节挛缩是一组以胎儿运动减少所致的先天性关节挛缩为特征的疾病。可继发于肌病或神经源性过程、结缔组织疾病或母体疾病。常染色体隐性肌病性关节挛缩的特征是胎儿运动减少、双侧马蹄内翻足、运动发育延迟及第一个十年后出现进行性运动功能减退。Attali 等首先在一个家系中确定 6q 上的位点,随后在 SYNE1 内含子 136 中鉴定出一种纯合突变,该突变导致内含子的异常保留,从而引起提前终止密码子,使 nesprin-1 C 端跨膜结构域缺失。有趣的是,缺乏 nesprin-1 C 端跨膜结构域的小鼠表现出与患者相似的肌病表型。

Zhang 等通过对一组表现为部分类似 EDMD 的心肌肌肉症状的患者进行候选基因分析,在 nesprin-1 和 -2 的 lamin A/C 及 emerin 结合结构域中鉴定了额外的 SYNE1 和 SYNE2 突变。7 名受试者携带 SYNE1 或 SYNE2 杂合错义突变,或 SYNE1 和 SYNE2 双杂合错义突变。疾病的临床表现存在差异,范围从无症状的 CK 升高到合并需要心脏移植的严重扩张型心肌病的肌营养不良。然而,与典型 EDMD 综合征相反,关节挛缩并非突出特征。细胞分析显示,SYNE1 和 SYNE2 突变患者的成纤维细胞和成肌细胞呈现与 EMD 和 LMNA 患者相似的细胞核缺陷,以及 nesprin、emerin 和 lamin A/C 的定位错误,均提示核膜完整性丧失。

ARVC（致心律失常性右室心肌病）是一种以心室性心律失常、右和/或左心室受累、心力衰竭和心肌脂肪纤维浸润为特征的心肌病。典型症状包括心悸、头晕、晕厥和心源性猝死。ARVC 以常染色体显性或隐性遗传,呈不完全外显和可变表达。迄今已定位 11 个基因座,在 8 个基因中鉴定出突变,其中 5 个编码桥粒蛋白,1 个编码心脏兰尼碱受体 2,1 个编码转化生长因子 β-3。ARVC5 由第 8 个被报道的基因 TMEM43（编码 LUMA）突变所致,目前已报告两种突变（p.Ser358Leu 和内含子 8 中的 c.705+7G→A）。TMEM43 突变患者具有独特特征:完全外显、室性早搏、左心室扩张和致死性病程。突变携带者的心肌免疫染色研究显示 LUMA 信号水平异常,以及桥粒蛋白 plakoglobin 信号降低。

最近,在两个无亲缘关系的患者中鉴定出两种 TMEM43 杂合突变。携带 p.Glu85Lys 替换的第一例患者及其儿子均被诊断为 EDMD。携带 p.Ile91Val 替换的第二例患者表现为累及椎旁肌、颈、上臂和大腿肌肉的肌萎缩,64 年来缓慢进展的近端肌无力,以及需要起搏器植入的房颤伴心动过缓。已有证据支持这些变异的致病作用:骨骼肌 LUMA 染色异常以及 p.Glu85Lys 变异的寡聚化失败;在表达突变 TMEM43 的细胞中,emerin 和 SUN2 的核染色降低或伴有聚集,且异常形态细胞核比例升高。

由 TMPO 基因编码的 LAP2α 已被特别牵涉人类疾病。在一组表现为扩张型心肌病的大系列患者中,两个兄弟中鉴定出唯一的 TMPO 错义突变。两者均在 30 至 40 岁期间出现扩张型心肌病,且无传导缺陷。该突变（p.Arg690Cys）位于 LAP2α 与 lamin A/C 相互作用的 C 端结构域,导致心脏组织中 LAP2α 表达水平低且核定位异常。在 HeLa 细胞中未观察到对 lamin A 的外周和核质分布的影响,但突变 LAP2α 与前核纤层蛋白 A C 端在体外的相互作用显著受损。

病理生理学机制：结构与基因调控双假说（Pathophysiological Mechanisms: Structural vs Gene-Regulation Hypotheses）

迄今,除前核纤层蛋白 A 毒性累积（似乎为 HGPS 和 FPLD 所特有）外,有两种不同但并不互斥的假说被提出用于解释 A 型核纤层蛋白及其伙伴蛋白突变所致的病理生理学:结构/机械缺陷和基因调控缺陷。

作为核骨架的一部分,核纤层及其相关伙伴被认为在维持细胞核（进而维持细胞）的结构完整性方面发挥主导作用。核纤层蛋白及某些伙伴蛋白的突变至少导致这些蛋白的部分功能丧失和核纤层的弱化。这由患者成纤维细胞中具有异常形态核膜的细胞核比例较高所证实,该现象在携带 A 型核纤层蛋白突变及某些伙伴蛋白（如 emerin 或 LUMA）突变的患者中尤为明显。该现象在承受机械应力的细胞（如骨骼肌和心肌）中尤其加剧,这就解释了为何携带这些基因突变的患者中很大比例会出现肌肉受累。LINC 复合体的蛋白也被认为在维持细胞结构完整性和核迁移方面起主要作用。如前所述,A 型核纤层蛋白的表达对于 SUN 蛋白在 INM 的定位以及 nesprin 蛋白在 ONM 的定位都是必需的。有趣的是,两种 Lmna 小鼠模型——Lmna⁻/⁻ 敲除和 LmnaH222P/H222P 敲入——揭示了 LINC 复合体蛋白在神经肌肉接头（NMJ）处锚定肌核的重要性。对这些小鼠 NMJ 处细胞核的分析显示,SUN2 和 nesprin-1 蛋白在核膜上分布不均,细胞核被置换至突触板下方。此外,nesprin 突变导致人类 SUN 和 emerin 的定位错误以及异常核形态。再次,nesprin-1 敲除动物模型有助于证明 LINC 复合体蛋白在核定位中的重要性——nesprin-1⁻/⁻ 小鼠中位于肌纤维中央的细胞核比例增加。最后,虽然迄今尚未在肌营养不良中鉴定出 SUN 蛋白的突变,但 SUN 蛋白的敲减实验可导致 INM 与 ONM 之间间隙的扩大。总体而言,这些观察明确表明这些蛋白在核定位以及维持核膜和细胞结构完整性方面是相互依赖的。

如果结构假说对于解释肌营养不良的病理生理学是有吸引力的假说,则较难解释核骨架的其他疾病（如脂肪营养不良）的发生。因此,有学者提出 A 型或 B 型核纤层蛋白突变所致的基因表达改变可能是这些疾病的病因。基因调控假说基于与核骨架蛋白相互作用的多种转录因子。其中多种相互作用已被证明引起转录活性的抑制。脂肪生成由多种基因调控,包括 SREBP-1、过氧化物酶体增殖物激活受体 γ（PPAR-γ）和 Rb。Rb 是细胞周期阻滞和早期分化事件促进所必需的,PPAR-γ 是脂肪生成基因激活的关键,PPAR-γ 本身又由 SREBP-1 激活。有趣的是,Rb 和 SREBP-1 蛋白均已被鉴定为 lamin A 的结合蛋白。在 PLD 中,前核纤层蛋白 A 的累积已被证明可将 SREBP-1 隔离在核膜处。最近,Wnt/β-catenin 通路在脂肪生成过程中也得到了研究:与 emerin 的相互作用抑制 β-catenin 的转录活性,而抑制 Wnt/β-catenin 则自发促进脂肪细胞转化。该研究显示了 emerin 表达在脂肪生成所必需的 β-catenin 降解中的重要性。这些不同的信号通路当然不局限于脂肪营养不良,也可能涉及其他类型的核骨架疾病。此外,在各种疾病中仍有其他信号通路有待探索。

结论与展望（Conclusions and Perspectives）

核骨架成分基因突变的鉴定触发了一系列发现,并广泛开启了基础和临床研究,这些研究将核骨架与神经肌肉疾病、心肌病、代谢疾病和早衰综合征联系起来。最初被认为主要具有结构功能的核骨架实际上是一个信号平台:目前已鉴定的每个核骨架成分都被牵涉对细胞不同功能至关重要的多种信号通路。即使在已与核骨架相关的各种疾病的病理机制拼图中仍有许多缺失的碎片,但对其中一些疾病来说,有前景的治疗方法正在涌现。已有若干化合物在小鼠模型乃至患者中测试,以对抗脂肪营养不良中的 PPAR-γ 下调、早衰症中的前核纤层蛋白 A 法尼基化以及心肌核纤层蛋白病中的 Erk 1/2 过度激活。因此,显然仍有新的核骨架成分有待发现,随之而来的是新的相关疾病。对这些成分的研究将进一步充实和强化我们的知识,并有望揭示新的治疗策略靶点。

本章个人批注

这一章的核心信息很清楚:核膜不是细胞核的"惰性外壳",而是一个由数十种蛋白组成的高度动态的信号和结构平台。1994 年 emerin 突变被发现是 EDMD 的遗传基础,这是一次范式转变——肌营养不良研究从细胞骨架（dystrophin、sarcoglycans 等）扩展到了核膜。本章系统地展示了一个基因（LMNA）如何能导致从肌营养不良到早衰的看似无关的疾病谱,这对外行来说是反直觉的。

让我印象深刻的几个具体点:（1）L-CMD 的新生儿 LMNA 突变与"严重表型共分离",这说明即使 LMNA 突变的表型异质性极大,某些位点仍表现出强基因型-表型关联——这给基因诊断优先级提供了线索。（2）HGPS 的 p.G608G 突变是个非常优雅的例子:它本身是同义突变,但激活了隐蔽剪接位点,产生缺失 ZMPSTE24 切割位点的"progerin",累积产生毒性。这是 RNA 剪接与蛋白加工交叉的一个经典案例。（3）nesprin/SUN 与核迁移、NMJ 锚定的关系——Lmna 敲除和敲入小鼠中肌核被置换至突触板下方,这把"核骨架疾病"从单纯的核形态异常延伸到了细胞内细胞器的空间组织。（4）LAP2α 只有一个家系被报告——这在少见病里算是极其罕见的,但说明 TMPO 突变确实存在,只是识别难度大。

值得在后续核纤层蛋白病研究中思考的几个问题:（a）92% 的核骨架蛋白相关疾病突变集中在 LMNA 和 EMD,这种"双峰分布"是采样偏差还是反映了这两个基因在核膜功能中的核心地位?（b）表型/基因型相关性"有限",但某些位点（Arg298/Arg482/Arg527/Arg529/Glu608）又呈现强关联——这提示 LMNA 的功能结构域（如 Ig 样结构域）某些位置对蛋白功能至关重要。（c）"重叠型核纤层蛋白病"的概念——同一患者同时表现脂肪营养不良和肌病——支持"核纤层蛋白病是一组具有可变组织表达的多组织疾病"的观点,这与"组织特异性 lamins 加工差异"的假说一致。本章我整理得比较系统,但病理生理学部分两假说（结构 vs 基因调控）的区分目前仍偏描述性,缺乏定量证据——这是该领域的开放问题。

与上下章的衔接（一段话）

本章属于第三部分"骨骼肌"专题疾病章的最后一组之一,与前面第 70 章（ECM 相关肌病与肌营养不良）、第 71 章（Marfan 综合征中骨骼肌 TGF-β 失调）共同构成"非传统肌营养不良"系列——即致病机制不在于 dystrophin 复合体或肌节蛋白本身,而在于核膜/细胞外基体/信号通路等"间接"系统。Ch70 围绕胶原 VI、层粘连蛋白、整联蛋白等 ECM 与肌膜界面蛋白,Ch71 围绕 TGF-β 信号在结缔组织与肌纤维之间的失调;Ch72 则将这一思路推向细胞核内部,展示核纤层蛋白、emerin、nesprin 等"细胞核内部结构蛋白"如何在肌肉和心脏这两个机械应力最重的组织中产生深远影响。这一递进——从肌膜外侧（Ch70）→ 信号通路层（Ch71）→ 核内部（Ch72）——为读者提供了一个由"外"到"内"的细胞结构遍历。下一章 Ch73 将转向骨骼肌兴奋性的离子通道疾病（通道病,如钠通道肌强直、钾通道周期性麻痹、钙通道恶性高热）,从"结构异常"转向"电生理异常",继续拓展"骨骼肌疾病谱"的概念边界。