遗传性脊髓小脑型共济失调(Spinocerebellar ataxia，SCAs)是一类常见的神经系统退行性疾病，多呈常染色体显性遗传，临床主要表现为共济失调、构音障碍、吞咽困难、眼球震颤、运动障碍等，致残率、致死率高。SCAs具有明显的遗传异质性，目前已经克隆的和已定位尚未克隆的致病基因至少已有三十余种。对不同地域、人种的研究发现尤以SCA3／MJD(Machado-Joseph disease，MJD)亚型最为常见，在中国人群中，该型几乎占所有遗传性脊髓小脑型共济失调病人的50％。SCA3／MJD致病基因MJD1编码区的3′端含一段CAG三核苷酸重复序列，正常个体其MJD1基因的CAG三核苷酸重复约12-40次，而SCA3／MJD患者其MJD1基因的CAG三核苷酸重复次数扩展到55-84次，且重复次数越多，发病年龄越早，症状越严重。包括SCA3／MJD在内，目前至少有9种神经退行性疾病都是由于疾病蛋白内多聚谷氨酰胺(polyglutamine，polyQ)肽链异常扩增所致，在病理、发病机制以及临床表现上均有相当程度的相似性，即含有异常扩展的polyQ肽链的蛋白在神经系统特定区域(小脑、脑干、脊髓等)导致神经元变性死亡，并形成核内包涵体(neuronal intranuclear inclusions，NIIs)。虽然目前的研究已经明确异常扩展的polyQ突变蛋白促发了整个病变过程，但引起神经元损害的具体机制还不清楚。可能的机制包括基因突变后产生的polyQ片断错误折叠形成的聚集物，影响了蛋白一蛋白相互作用，改变了蛋白功能，干扰了基本的细胞过程如转录，蛋白降解，氧化应激以及生存／凋亡通路等。对包括SCA3／MJD疾病在内的一些polyQ疾病的标志性的病理结构—神经元核内包涵体的免疫反应研究发现，在polyQ疾病患者脑内以及细胞和转基因动物模型中，大量的热休克蛋白被募集进入NIIs，提示细胞内有助于蛋白折叠，聚合物解聚和扩增的poly(Q)降解的机制被激活。国外研究也已经证实大分子热休克蛋白如Hsp70，Hsp40对SCA3／MJD疾病动物模型具有明显的保护作用。Hsp22属一种小分子热休克蛋白(small Heat Shock protein，sHsp)家族成员，同样具有分子伴侣活性，在通过促进蛋白折叠恢复蛋白正常生理结构和功能，以及转运，抗氧化应激和抗调亡等方面发挥重要作用。我们在前期研究中还发现人Hsp22基因突变还导致了另外一种神经系统遗传病—腓骨肌萎缩症，突变蛋白形成了特征性的蛋白聚集物，也说明Hsp22在维持蛋白正常生理结构和功能中具有重要作用。Hsp22还是一种线粒体蛋白，线粒体对活性氧簇非常敏感，提高Hsp22的表达水平有助于保护线粒体蛋白防御氧化应激。而在polyQ疾病中氧化应激是一种较为常见的发病机制，对该类疾病动物模型进行抗氧化处理，疾病表型得到了显著改善。鉴于Hsp22的上述作用，我们设想若能利用Hsp22对polyQ蛋白进行干预，或许能改善异常扩增的polyQ蛋白的错误折叠，抑制polyQ蛋白的细胞毒性，有助于治疗包括SCA3／MJD在内的polyQ疾病。作为一种经典的模式生物，转基因果蝇模型在神经退行性病和遗传病的研究中发挥了日益重要的作用，目前国外已经构建了包括SCA3／MJD疾病在内的许多神经系统退行性疾病和遗传病转基因果蝇模型。在本实验中，我们选用gmr-GAL4和elav-GAL4，利用经典的GAL4-UAS系统，将含有78个CAG重复扩增的ataxin-3蛋白片断(MJDtr-Q78)分别在果蝇眼睛和神经系统选择性表达，结果MJDtr-Q78在果蝇眼睛的表达导致果蝇眼睛视网膜细胞严重变性坏死，眼睛结构几乎完全破坏，而在果蝇神经系统的强烈表达则导致了果蝇的发育明显受阻，所有果蝇完全致死，从而成功地构建了gmr-GAL4／UAS和elav-GAL4／UAS系统SCA3／MJD转基因果蝇模型。然后我们通过果蝇杂交将与人类Hsp22具有相似生物学特点的果蝇内源性Hsp22在果蝇眼睛和神经系统过表达，并利用遗传方法和热休克反应使Hsp22以不同水平表达，结果发现Hsp22过表达显著抑制了MJDtr-Q78的毒性，果蝇眼睛视网膜变性、坏死明显缓解，果蝇存活能力大幅度提高，神经元核内包涵体的数量也明显减少；Hsp22对MJDtr-Q78的毒性抑制作用与神经元核内包涵体的减少程度以及Hsp22的表达水平相关，从而证实了Hsp22对SCA3／MJD疾病具有保护作用。Hsp22对SCA3／MJD转基因果蝇模型的保护作用提示增强某些热休克蛋白等分子伴侣活性对包括polyQ疾病在内的神经退行性疾病和遗传病或许是一种潜在的治疗方法，同时转基因果蝇模型的使用有助于更好的理解神经退行性疾病和遗传病的发病机制。