抗疟神药青蒿素，有望治疗先天性耳聋
提起青蒿素，人们就会立刻想到屠呦呦这个名字。这位耄耋之年的药学家，几乎将其一生投入到了青蒿素的研究中。她曾在采访中提到：“青蒿素这个药物来之不易，而且其疗效也不止于抗疟，我在这个药物上做了一辈子，非常希望它能物尽其用。”
近期，一篇发表在《美国科学院院刊》上的文章就揭示了青蒿素的新用途。来自凯斯西保留地大学等机构的研究人员发现，经典的抗疟药物青蒿素具有治疗Usher综合征导致的先天性耳聋的潜力，它可以帮助内耳的感觉细胞识别一种必需的蛋白质，并通过细胞内非常规分泌途径将其转运到专门的细胞质膜上[1]。
图片来源：PNAS
Usher综合征（Usher Syndrome, USH）又称遗传性耳聋-视网膜色素变性综合征，是一种破坏性常染色体隐性遗传的感觉障碍疾病。据统计，50%的盲聋残疾人患Usher综合征。临床上，根据听力和前庭功能丧失状况的不同，Usher 综合征可分为USH1、USH2和USH3这3个亚型。
内耳的感觉细胞表面有毛发状突起，因此被称为“毛细胞”。毛细胞将声音和运动诱导的振动转化为电信号，通过神经传递，并在大脑中转化为听觉和平衡的信息。然而，一种特定的基因突变会使毛细胞失去功能，从而导致失聪、平衡障碍等。
人类clarin1基因（CLRN1）中的致病性突变c.144T>G就会导致USH3A。患者出生时一般听力正常，随后的几十年会出现进行性视觉和听觉丧失，并伴有平衡障碍。
论文通讯作者Kumar N. Alagramam博士一直在研究使CLRN1突变蛋白到达毛细胞质膜的方法，以改善USH患者的听力。
之前的研究表明，CLRN1c.144T>G致病性变体的翻译会产生糖基化缺陷的CLRN1，它被保留在内质网中，易被蛋白酶体降解。此外，在野生型小鼠或斑马鱼毛细胞中，CLRN1定位于纤毛束，而CLRN1N48K主要保留在细胞内，只有一部分到达纤毛束。因此研究者调查了使糖基化缺陷CLRN1N48K到达纤毛束的途径，以及通过药物激活该途径是否具有疗效。
首先，他们测试了人类CLRN1的表达是否能够在功能上替代斑马鱼的clarin1基因，以确定斑马鱼作为本研究的体内模型的适宜性。将Tg(pvalb9:Hsa.CLRN1-YFP)注射到clarin1敲除的斑马鱼(cwr1003)胚胎中后，通过一系列实验证实斑马鱼是一种适用于野生型和致病性错义突变（如CLRN1c.144T>G）功能分析的体内模型。
此外这些实验还给出了3点重要结论：1）CLRN1的功能在物种间是保守的；2）毛细胞中CLRN1的表达足以防止与CLRN1功能缺失突变相关的内耳功能障碍；3）YFP与CLRN1 的C端融合不影响蛋白质的定位和功能。
图片来源：PNAS
接下来，为了了解表达CLRN1c.144T>G的毛细胞如何获得功能，以及该途径是否可以被操纵以维持毛细胞功能，研究者制作了在毛细胞中能从转基因Tg(pvalb9:Hsa.CLRN1_c.144T>G-YFP)中稳定表达CLRN1N48K-YFP的cwr1003斑马鱼模型（cwr1003;cwr1006）。通过实验，研究者确认了表达CLRN1c.144T>G的毛细胞中机械信号转导的减少是由到达纤毛束的突变蛋白功能降低或数量减少所致。
该实验结果还提示，虽然CLRN1N48K-YFP主要保持在细胞内，但有少量到达了纤毛束，这有助于形成正常的纤毛束结构和部分恢复cwr1003;cwr1006幼体的毛细胞功能。
图片来源：PNAS
因此，研究者接下来调查了调节糖基化缺陷的CLRN1N48K在毛细胞纤毛束中定位的机制。实验结果表明，CLRN1N48K能通过GRASP55货物依赖性非常规分泌途径（GCUSP）转运到纤毛束。
于是，他们使用了两种肌浆网/内质网Ca2+-ATPase抑制剂：抗癌药Thapsigargin（TG）和抗疟药青蒿素（ART），来测试GCUSP的激活是否会释放内质网中保留的CLRN1N48K蛋白，并增强其向毛细胞质膜和纤毛束的转运。
结果显示，青蒿素在恢复纤毛束中CLRN1N48K水平方面比Thapsigargin更有效。进一步的斑马鱼活体研究表明，青蒿素能有效恢复毛细胞机械信号转导功能，减弱USH3A引起的CLRN1N48K蛋白相关的毛细胞恶化。
图片来源：PNAS
总之，该研究证实了CLRN1N48K在内质网中的滞留可能是导致毛细胞功能恶化和听力逐渐丧失的原因。抗疟药物青蒿素能有效激活GCUSP，释放内质网中保留的CLRN1N48K蛋白，并将其转运到毛细胞质膜中，这揭示了其在CLRN1c.144T>G USH3A患者听力保护中的应用潜力。
Alagramam认为，青蒿素有望用于减轻人类因特定基因变异导致的失聪等问题，未来也可用于研究基因问题导致的其他感官障碍。
此外，该研究也提示了GCUSP激活剂作为治疗手段在涉及突变蛋白内质网聚集的疾病中预防感官障碍的潜力。
小结
药物：青蒿素
领域：Usher综合征
杂志：PNAS
亮点：
1）研究人员发现青蒿素可有效激活GCUSP，有助于CLRN1N48K蛋白被转运到毛细胞纤毛束，提高其中CLRN1N48K的水平并挽救其功能，从而有助于治疗CLRN1c.144T>G USH3A患者听力障碍；
2）该研究还揭示了青蒿素等GCUSP激活剂作为治疗手段在涉及其他突变蛋白内质网聚集的疾病中预防感官障碍的潜力。
[1] Suhasini R. Gopal et al, Unconventional secretory pathway activation restores hair cell mechanotransduction in an USH3A model, PNAS (2019).
参考资料：
1# Drug to treat malaria could mitigate hereditary hearing loss
2# 中国USHER综合征的分子诊断及新发现