近日，《Cell Discovery》期刊在线发表了题为“Loss of function of CMPK2 causes mitochondria deficiency and brain calcification”的研究论文，该研究由福建医科大学附属第一医院神经内科陈万金/王柠教授团队, 中科院脑科学与智能技术卓越创新中心熊志奇/程学文研究团队，与山东大学齐鲁医院焉传祝/赵翠萍课题组合作完成。该工作在国际上首次发现CMPK2基因双突变可导致线粒体功能障碍，并引起家族性脑钙化症（Familial Brain Calcification，FBC）。

脑钙化病是一种影响广泛的神经障碍性疾病，在老年人中发生率高达20%，由于其发病机制不清楚，临床上缺乏有效的治疗手段。FBC是一种以双侧基底节、小脑和其他脑区病理性钙化灶沉积为特征的神经遗传病，主要通过颅脑CT作为检查手段，其临床症状主要包括进行性运动、精神、认知障碍和头痛等。

福建医科大学附属第一医院陈万金教授团队通过多年积累，规范建立了117个FBC家系和365个散发脑钙化患者的临床队列。在基因诊断上，运用全外显子测序技术，发现福建和山东的两个具有类似临床表征和脑钙化影像特征的家系患者均带有双染色体CMPK2基因突变。进一步，采用Sanger测序验证了两个家系中的CMPK2基因双突变与脑钙化符合共分离特征。CMPK2 基因编码一种定位于线粒体的UMP-CMP kinase 2 (CMPK2)蛋白，是线粒体中负责将(d)CMP/UMP转化成(d)CDP/UDP最关键的酶。通过构建突变蛋白质表达质粒，发现病人的突变造成CMPK2不能定位在线粒体。进而, 采集病人和家属新鲜外周血提取血细胞RNA进行转录组测序，并采用基因功能注释的GO分析发现患者群体的差异性生物学通路出现多个线粒体和能量代谢相关通路的富集。接着，采用原位杂交技术等表达分析技术发现，小鼠脑内的Cmpk2基因主要在神经元和血管内皮细胞呈现表达富集。研究者构建了Cmpk2敲除小鼠，发现Cmpk2敲除的小鼠脑组织线粒体DNA拷贝数减少。原代神经元培养分析显示，CMPK2缺失可造成线粒体关键蛋白如COX4, Cytochrome C的表达量降低，ATP合成减少以及细胞内无机磷浓度增高。电镜观察显示，对线粒体功能至关重要的线粒体嵴结构在CMPK2缺失的细胞中明显被破坏了。在钙化表型方面，Cmpk2基因敲除小鼠（Cmpk2-KO），以及带有患者突变的Cmpk2基因突变敲入(knockin, Cmpk2-KI）小鼠，在丘脑区均出现年龄依赖的异常钙化沉积。

在概念创新层面，该研究通过证明CMPK2基因突变是FBC发生遗传致病因素之一，拓展了此前关于脑钙化发生的细胞学机制，即：CMPK2缺失引发线粒体核苷酸合成缺陷，并可能通过影响线粒体内的无机磷酸根稳态，导致脑钙化和多种临床症状的发生。

福建医科大学附属第一医院陈万金教授，中科院脑智中心程学文副研究员(现临港实验室副研究员)，以及山东大学齐鲁医院赵翠萍主任医师为通讯作者。福建医科大学附属第一医院神经内科赵淼博士、苏惠贞博士、博士研究生曾一恒、山东大学齐鲁医院孙媛医师为第一作者。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41421-022-00475-2