肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者大脑中，TDP-43病理变化导致鞘磷脂和ABCA8的表达上调

《Brain Pathology》：Upregulation of sphingomyelin and ABCA8 in response to TDP-43 pathology in amyotrophic lateral sclerosis brain

运动神经元病中TDP-43病理与sphingomyelin代谢关联性研究，通过LC-MS分析发现als运动皮层sphingomyelin水平显著升高且与ABCA8上调及TDP-43表达相关，提示sphingomyelin-ABCA8轴可能参与als神经保护机制。

　　这项研究聚焦于渐冻症（ALS）中脑组织的脂质变化，特别是鞘磷脂（sphingomyelin）的水平及其与TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）病理之间的关系。ALS是一种快速进展的神经退行性疾病，主要影响运动神经元，导致肌肉无力、语言障碍、吞咽困难和呼吸功能受损。尽管已有大量关于ALS的遗传和病理机制的研究，但其确切病因仍未完全明确。近年来，越来越多的证据表明，中枢神经系统中的脂质失调可能在ALS的发病机制中起着关键作用，尤其是鞘磷脂的异常可能与TDP-43的病理变化密切相关。

鞘磷脂是脑组织中高度富集的一种鞘脂类物质，属于具有鞘氨醇骨架的脂质家族，其中还包括神经酰胺、葡萄糖脑苷和鞘氨醇等。鞘磷脂的合成依赖于鞘磷脂合成酶1（SGMS1），而其分解则由鞘磷脂酶1（SMPD1）完成。研究发现，鞘磷脂在ALS患者的运动皮层中显著增加，而这种变化并未出现在未受影响的脑干区域如小脑中。这种鞘磷脂水平的升高与疾病的持续时间密切相关，表明其可能在ALS的病理进程中扮演重要角色。此外，研究还发现，鞘磷脂的增加与ATP结合盒亚家族A成员8（ABCA8）的表达上调有关，而这种关联仅限于ALS患者的运动皮层。

研究采用了多种实验方法，包括免疫组化、蛋白质提取与Western blot、液相色谱-质谱联用（LC–MS）分析以及定量聚合酶链式反应（qPCR）。这些方法共同揭示了鞘磷脂在ALS患者脑组织中的变化模式，以及其与TDP-43病理的潜在联系。在免疫组化实验中，研究者确认了ALS患者的运动皮层中存在TDP-43沉积，而在小脑中则没有观察到这种现象。这表明运动皮层是ALS的主要受累区域，而小脑则相对不受影响。通过Western blot检测神经丝轻链蛋白（NfL）的水平，研究者进一步验证了ALS患者的运动皮层和小脑中神经元的完整性，结果显示NfL水平并未显著改变，说明神经元在这些区域的结构尚未受到明显破坏。

在鞘磷脂的检测中，研究者使用了LC–MS技术，结合LipidSearch软件进行数据分析。结果显示，共有49种鞘磷脂物种被检测到，其中8种在ALS患者的运动皮层中显著增加，而在小脑中则没有这种变化。此外，总鞘磷脂水平的增加仅在运动皮层中观察到，并且与疾病的持续时间密切相关。这些发现表明，鞘磷脂的变化可能与ALS的病程进展有关，而不是单纯的病理变化。值得注意的是，某些鞘磷脂物种的分布也发生了改变，例如鞘磷脂d14:0_22:1在ALS患者的运动皮层中显著减少，这可能反映了鞘磷脂在不同物种间的动态平衡变化。

为了进一步探讨鞘磷脂水平增加的原因，研究者分析了SGMS1和SMPD1的表达情况。SGMS1是鞘磷脂合成的关键酶，而SMPD1则是其分解的主要酶。结果显示，在ALS患者的运动皮层中，SGMS1的表达略有上升，而SMPD1的表达则显著下降。这表明鞘磷脂的增加可能与其分解过程的减弱有关。相比之下，在小脑中，这两种酶的表达均未发生显著变化，进一步支持了鞘磷脂变化的区域特异性。这些数据提示，鞘磷脂的积累可能是由于运动皮层中分解机制的下调，从而导致其水平的升高。

研究还发现，ABCA8的表达在ALS患者的运动皮层中显著上调，而在小脑中则保持不变。ABCA8是一种专门调控鞘磷脂的ATP结合盒（ABC）家族成员，其表达与鞘磷脂水平的升高存在显著关联。这种关系在运动皮层中尤为明显，而在小脑中则没有观察到。这提示ABCA8可能在运动皮层中对鞘磷脂的积累起到了一定的调节作用，可能作为一种应对机制来缓解TDP-43病理带来的损害。

此外，研究者进一步探讨了鞘磷脂与TARDBP基因表达之间的关系。TARDBP是编码TDP-43的基因，其表达在ALS患者的运动皮层中显著增加，而在小脑中则没有变化。鞘磷脂的水平与TARDBP的表达之间存在显著的正相关关系，这表明鞘磷脂可能在TDP-43的病理过程中起到一定的调节作用。同时，ABCA8的表达也与TARDBP的表达相关，进一步支持了鞘磷脂和ABCA8可能共同参与对抗TDP-43病理的机制。

研究还提到，TDP-43在正常细胞中主要定位在细胞核内，但在ALS等病理条件下，会从细胞核转移到细胞质中，进而发生修饰、折叠异常和聚集。这些聚集的TDP-43可能被包装进外泌体（exosomes）中，通过细胞间的传递，促进疾病的扩散。鞘磷脂在这些外泌体的形成和稳定性中起着关键作用，因此其水平的变化可能影响外泌体的功能，从而影响TDP-43的传播和聚集。

另一个可能的机制是，鞘磷脂在细胞膜和线粒体中的分布变化可能影响细胞的能量代谢和结构稳定性。线粒体在ALS的早期阶段可能已经受到损害，而鞘磷脂的异常积累可能进一步加剧这种损害。此外，TARDBP基因的表达可能受到表观遗传调控的影响，例如其3'UTR区域的DNA去甲基化可能促进TARDBP mRNA的表达，并且这种去甲基化过程与ALS发病年龄有关。这些机制可能共同作用，导致鞘磷脂和ABCA8在运动皮层中的上调，从而形成一种保护性的反应。

总的来说，这项研究揭示了鞘磷脂和ABCA8在ALS脑组织中的变化模式，并提出了它们可能作为对抗TDP-43病理的新机制。鞘磷脂的积累可能通过多种途径影响神经元的功能，包括改变细胞膜的结构、调节信号传导、影响外泌体的形成和稳定性，以及参与线粒体的代谢过程。ABCA8的上调则可能作为一种细胞内脂质调控的手段，帮助维持鞘磷脂的平衡，从而减少TDP-43的聚集和传播。这些发现不仅加深了我们对ALS病理机制的理解，也为未来开发针对鞘磷脂和ABCA8的治疗策略提供了新的思路。未来的研究可以进一步探讨这些脂质变化的具体机制，以及它们在ALS早期诊断和干预中的潜在应用。