轴突运输是指在神经元轴突内部进行的物质运输过程。这一过程涉及细胞器、蛋白质、RNA和其他分子的定向移动，确保这些物质在神经元不同部位之间的传递和交换。轴突的货物运输依赖于微管轨道和分子马达蛋白。神经元内部的微管网络提供重要的通路，使得细胞器、蛋白质和其他分子能够在神经元各部位之间进行有序运输。分子马达介导的轴突运输确保神经元内部物质的正确分配和交换，对于维持神经元结构的稳定性、突触功能维持、神经元发育以及神经信号传导都至关重要。

　　KIF1A是参与神经元轴突内物质运输的主要分子马达蛋白。作为驱动蛋白，KIF1A承担神经元信息传递的突触小泡等货物的轴突运输。KIF1A的功能对神经元的发育、维持和正常功能至关重要。KIF1A的突变会导致轴突运输受损，进而引发神经系统疾病或神经发育障碍，目前把这类神经系统疾病统称为KAND (KIF1A-associated neurological disorder)。KAND的症状通常出现在婴儿出生时或儿童早期，严重程度不同，并可能导致在五岁以内死亡。临床研究从神经系统先天性疾病以及遗传性痉挛性截瘫等KAND患者中鉴定出100多个KIF1A的错义突变，但目前对这些突变的有效干预和治疗方法却知之甚少。

　　2024年1月25日，金沙集团1862cc冯巍研究组与清华大学欧光朔研究组合作在《PNAS》上发表了题为"A Plant Flavonol and Genetic Suppressors Rescue a Pathogenic Mutation Associated with Kinesin in Neurons"的文章。该研究报导了一种名为非瑟酮的黄酮醇类化合物，可以挽救KAND的致病突变，展示其在减轻KAND症状方面有潜在的治疗作用。

　　在该研究中，主要着眼于KAND相关R11Q致病突变。结构分析显示，该突变位于KIF1A马达结构域的ATP结合口袋附近，可能导致KIF1A的ATP结合能力发生缺陷。首先将R11Q突变引入线虫同源基因UNC-104中，结果显示突变体线虫表现出行为不协调。接着对这一突变体线虫进行遗传筛选，最终分离出20种突变可以纠正KIF1A(R11Q)突变引起的线虫行为学缺陷。体外实验表明，其中两个突变能够在一定程度上弥补R11Q导致的ATP结合口袋缺陷，并在一定程度上恢复KIF1A的运动活性。基于这一发现，进一步探究是否存在一种小分子也具有类似的挽救作用。通过筛选已知能够改善神经系统健康的保健品，发现在线虫食物中补充一种植物黄酮醇-非瑟酮（fisetin），可以改善KIF1A(R11Q)突变线虫在运动和形态方面的缺陷。体外生化和单分子运动实验表明，非瑟酮可以直接挽救人源KIF1A(R11Q)蛋白的ATP酶活性和持续运动能力，而对野生型KIF1A没有影响。这些发现暗示，在生化和模式生物层面上有多种策略可用于挽救KIF1A(R11Q)等神经致病缺陷，并提供治疗该疾病的新思路，其中小分子非瑟酮的干预，有助于增强KIF1A致病突变体的活性，从而可能改善KAND相关疾病症状。

图1：非瑟酮（Fisetin）模拟对接在KIF1A马达结构域(R11Q)突变体ATP结合口袋中的结构模型

　　金沙集团1862cc冯巍研究员和清华大学生命科学学院欧光朔教授、柴咏平博士为文章的共同通讯作者，清华大学生命科学学院柴咏平博士和金沙集团1862cc博士生李冬为共同第一作者。金沙集团1862cc宫维斌副研究员在分子模拟对接方面给予很大的帮助。该研究工作得到清华-北大生命科学联合中心、膜生物学国家重点实验室、科技部、国家自然科学基金委的相关资助。

　　文章链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2311936121

（供稿：冯巍研究组）