导读：假尿嘧啶化在多种生理及病理过程中发挥调节作用。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，假尿嘧啶合成酶1（PUS1）基因突变引发假尿嘧啶化缺陷，但其在正常红细胞生成及MLASA中的具体机制仍不明确。本研究构建了一个PUS1酶结构域点突变（R110W）小鼠模型，模拟人类MLASA中的常见突变。这些突变小鼠在4周大时即表现出贫血的症状，突变红母细胞中线粒体氧化磷酸化功能受损。机制研究显示，突变突出的红母细胞存在tRNA的假尿嘧啶化缺陷，tRNA谱改变，核糖体蛋白基因的翻译效率降低，珠蛋白合成减少，最终导致红细胞生成无效。这一研究为假尿嘧啶化在体内红细胞生成中的重要作用提供了直接证据，证实了假尿嘧啶化在调节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突变的小鼠在4周大时显示贫血症状。人类及小鼠的PUS1蛋白具有两种异构体，短小的一种位于细胞核，而长的一种则具有线粒体靶向信号。人类PUS1-427中的R144W突变是MLASA患者中最常见的突变形式。在小鼠中，相应的等位基因突变为R110W，在进化过程中高度保守。为探究该突变的发病机制，我们构建了Pus1突变小鼠模型（R110W小鼠）。该小鼠的骨髓细胞中Pus1 RNA水平较对照组显著提高，而蛋白水平基本相当。表型分析显示，4周龄R110W小鼠体重略低于对照组，并且其脾脏重量和大小均明显减小。全血细胞计数分析发现，与对照相比，R110W小鼠红细胞及血红蛋白水平降低，表明PUS1 R110W突变导致小鼠贫血。

（2）PUS1的突变以内在方式影响红细胞的功能。为此，我们分析了CD71和Ter119表达的未成熟有核红细胞的频率，发现R110W小鼠骨髓细胞中嗜碱性红细胞比例增加，红细胞原细胞和嗜碱性红细胞数量上升。这表明，R110W小鼠的红细胞生成受损并不是源于干细胞水平的异常，而是发生在红细胞生成的后期。此突变还削弱了造血干细胞在移植压力下的自我更新能力和多系分化潜力。

（3）PUS1 R110W突变对骨髓红母细胞线粒体的氧化磷酸化造成破坏。通过测量线粒体OXPHOS水平，我们发现R110W小鼠骨髓红母细胞的耗氧率，特别是基础耗氧率和最大耗氧率显著降低。PUS1突变骨髓红母细胞的活性氧（ROS）水平明显升高，尽管线粒体膜电位（MMP）及线粒体质量无显著差异。复合物I活性的变化及ATP水平的提高，也表明此突变特异性影响线粒体OXPHOS复合物的某些功能，进而导致线粒体耗氧量的损伤及ROS水平上升。

（4）PUS1 R110W突变改变了线粒体及细胞质tRNA谱。我们利用tRNA PCR阵列分析，对R110W小鼠和对照组的tRNA谱进行了对比。结果发现在R110W小鼠中，mt-tRNAIle（GAT）水平降低，而mt-tRNATyr（GTA）水平升高。细胞质tRNA的水平变化也十分明显，大部分细胞质tRNA在R110W小鼠中显著上调。PUS1在tRNA的假尿嘧啶化修饰中起到了重要的作用，我们进一步研究发现R110W中RPs的翻译效率及珠蛋白合成降低，直接导致了无效红细胞生成的发生。

（5）R110W小鼠的骨髓红母细胞表现出核糖体蛋白基因翻译效率降低，RNA-seq和Ribo-seq的结果也证实了这一点。尽管转录水平保持稳定，但蛋白质合成显著降低，血红蛋白的合成也受到抑制，这提示PUS1突变可能在蛋白质翻译中发挥了关键角色。

研究结论：
PUS1 R110W突变小鼠表现出贫血及OXPHOS缺陷，重现了MLASA患者的血液学表型及线粒体特征。假尿嘧啶化缺失改变了mt-tRNATyr及mt-tRNAIle的表达，而R110W突变导致的RPs翻译效率及珠蛋白合成降低，最终导致了红细胞生成受损。这项研究强调了PUS1介导的假尿嘧啶化在维持红细胞生成过程中的重要性，提示调节线粒体稳态与蛋白质翻译可能为治疗先天性贫血及线粒体相关贫血综合征的新方向。这无疑是鸿运国际在生物医疗领域探索创新疗法的重要一步。