新的漸凍癥小鼠模型，或可揭示新的發(fā)病機(jī)理
一個(gè)漸凍癥（ALS）患者坐在圖片的中央，在他上方是形如中樞神經(jīng)系統(tǒng)的陰云，其中含有應(yīng)激顆粒（點(diǎn)）的彩色神經(jīng)元正在威脅患者健康。大寫(xiě)字母 ALS構(gòu)成的閃電代表病人所遭受的應(yīng)激刺激，它造成彩色雨滴（雨滴取自張雪等人在腦內(nèi)記錄到和重構(gòu)的應(yīng)激顆粒），威脅到病人的生命。
（圖片由作者提供）。
撰文 | 緩步、右岸
責(zé)編 | 葉水送
肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）是一種罕見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，人們通常用“漸凍癥”這個(gè)詞匯來(lái)形容，相信大家并不陌生。兩年前逝世的著名物理學(xué)家霍金，也因其與該疾病相搏斗的一生，使這種讓人無(wú)可挽回地逐漸失去運(yùn)動(dòng)能力、走向死亡的頑疾更加廣為人知。無(wú)論是為患者本人，還是患者的家屬，漸凍癥都會(huì)帶來(lái)巨大的精神痛苦和經(jīng)濟(jì)壓力。
目前，人們對(duì)漸凍癥的致病機(jī)理已經(jīng)有了一定程度上的了解。在分子層面，有多個(gè)與漸凍癥相關(guān)的致病突變基因（SOD1、TDP43、FUS、C9ORF72等）被發(fā)現(xiàn)，盡管如此，人們對(duì)這種疾病如何致病還了解的相當(dāng)有限，迄今尚未開(kāi)發(fā)出有效的治療手段和藥物；也正是因此，厘清漸凍癥的發(fā)病機(jī)理，對(duì)于尋求行之有效的解決方案有著指導(dǎo)性作用。
近日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院賈怡昌課題組在國(guó)際知名的神經(jīng)科學(xué)雜志Brain上發(fā)表了關(guān)于FUS突變蛋白如何導(dǎo)致漸凍癥的最新研究成果。研究者利用小鼠建立了全新的ALS小鼠模型，并在此模型上首次提供了應(yīng)激顆粒的錯(cuò)誤加致病的體內(nèi)證據(jù)。
研究者在找到ALS突變基因后，一直希望在小鼠上更合理地模擬ALS疾病的發(fā)生發(fā)展。而既往的小鼠疾病模型，主要是通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方式過(guò)表達(dá)突變蛋白 1,2。而事實(shí)上，ALS病人只攜帶一個(gè)點(diǎn)突變，蛋白的表達(dá)量并沒(méi)有改變。因此，賈怡昌課題組及其合作者首先建立了一個(gè)只攜帶ALS點(diǎn)突變的小鼠模型。相較于先前建立過(guò)量表達(dá)疾病突變蛋白的小鼠模型，該模型小鼠的表現(xiàn)出異常癥狀的時(shí)間更晚且相對(duì)更輕微，并沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中產(chǎn)生類(lèi)似ALS病人的病理表型；然而，在給予慢性氧化應(yīng)激處理的條件下，小鼠在亞細(xì)胞水平以及運(yùn)動(dòng)行為水平均會(huì)展現(xiàn)出顯著的患病癥狀，包括致病蛋白在細(xì)胞質(zhì)中異常聚集，以及運(yùn)動(dòng)能力的顯著下降。這些疾病特征與人類(lèi)的漸凍癥的特征高度相似，很好地解釋了基因突變和環(huán)境因素對(duì)疾病進(jìn)程的共同作用。
在這一模型的基礎(chǔ)上，研究人員進(jìn)一步闡述其機(jī)制，即細(xì)胞內(nèi)的一種壓力響應(yīng)機(jī)制——應(yīng)激顆粒機(jī)制的異常，可能是導(dǎo)致漸凍癥的重要原因。賈怡昌表示，“應(yīng)激顆粒代謝紊亂可能存在于多種神經(jīng)退行性疾病，包括額顳癡呆，阿爾茨海默病，帕金森病等”。
事實(shí)上，與應(yīng)激顆粒相關(guān)的壓力響應(yīng)機(jī)制在真核生物的細(xì)胞中普遍存在，在接收到環(huán)境中的應(yīng)激壓力信號(hào)后，細(xì)胞質(zhì)中的RNA結(jié)合蛋白，包括ALS致病基因編碼的蛋白TDP-43和FUS，會(huì)與mRNA、核糖體小亞基相結(jié)合，在細(xì)胞內(nèi)形成較大的聚集體，也即應(yīng)激顆粒（stress granule），與細(xì)胞質(zhì)的其它部分相隔離，使得先前的蛋白質(zhì)翻譯等活動(dòng)暫時(shí)停止；而在應(yīng)激壓力信號(hào)消失之后，應(yīng)激顆粒也消失 3。
雖然應(yīng)激顆粒的錯(cuò)誤加工被認(rèn)為可能參與ALS的致病，但是沒(méi)有可靠證據(jù)顯示應(yīng)激顆粒是否會(huì)出現(xiàn)在神經(jīng)退行性疾病的腦內(nèi)，以及其錯(cuò)誤加工是否致病。賈怡昌課題組及其合作者通過(guò)可視化，追蹤了活體小鼠腦內(nèi)應(yīng)激顆粒加工過(guò)程。在氧化應(yīng)激條件下，突變體小鼠的運(yùn)動(dòng)皮層出現(xiàn)更多TIA1-EGFP陽(yáng)性應(yīng)激顆粒，更多的TIA1蛋白進(jìn)入應(yīng)激顆粒（見(jiàn)上圖）。
更為重要的是，在應(yīng)激壓力誘導(dǎo)后，突變小鼠的運(yùn)動(dòng)皮層有TIA1-EGFP陽(yáng)性神經(jīng)元消失，而這些消失的神經(jīng)元具有更為嚴(yán)重的應(yīng)激顆粒代謝紊亂，提示ALS突變神經(jīng)元的命運(yùn)與其應(yīng)激顆粒形成的數(shù)量、體積、以及RNA結(jié)合蛋白表達(dá)量直接相關(guān)。
總的來(lái)說(shuō)，在這項(xiàng)研究中，研究者提出了如何更好地利用動(dòng)物去模擬遲發(fā)性的神經(jīng)退行性疾病的新思路；他們的工作提示應(yīng)激環(huán)境因素以及神經(jīng)元應(yīng)激反應(yīng)紊亂可能是包括ALS在內(nèi)的一大類(lèi)神經(jīng)退行性疾病的重要致病原因。
對(duì)于這項(xiàng)研究，研究者未來(lái)將開(kāi)展哪些工作？賈怡昌表示，“將進(jìn)一步探究應(yīng)激顆粒紊亂的腦內(nèi)機(jī)制，開(kāi)發(fā)藥物清除和抑制腦內(nèi)不正常的應(yīng)激顆粒”。
