渐冻症，医学上称为肌萎缩侧索硬化（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS），这是一种令人闻之色变的神经退行性疾病。患者的运动神经元会逐渐退化，就像身体里的 “运动指挥家” 失去了能力，导致肌肉逐渐无力、萎缩，最终瘫痪。目前，虽然大家知道它主要影响运动神经元，但对于其在大脑其他区域的病理变化，尤其是在一些看似 “无辜” 的脑区，了解还十分有限。而且，以往研究多聚焦于运动皮层和脊髓，那些非运动脑区在渐冻症的发病和发展过程中到底扮演着什么角色呢？这就像一个个谜团，吸引着科研人员去探索。为了揭开这些谜团，来自澳大利亚的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《Molecular Neurodegeneration》杂志上，为我们理解渐冻症带来了新的曙光。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是样本采集，他们从悉尼脑库和新南威尔士脑组织资源中心获取了 22 例散发性 ALS 患者和 11 例神经健康对照者的死后新鲜冷冻脑组织样本。然后进行 RNA 测序（RNA-seq），对每个个体的 5 个脑区（运动皮层、前额叶皮层、海马体、枕叶皮层和小脑）进行 mRNA 测序。此外，还运用了多种生物信息学分析方法，如差异基因表达分析、细胞类型反卷积、差异转录本使用分析和可变剪接分析等，对测序数据进行深入挖掘。

下面来看看具体的研究结果：

• ALS 死后大脑 RNA-seq 队列：研究人员成功生成了 22 例散发性 ALS 患者和 11 例对照者的死后大脑 RNA-seq 数据，对 5 个脑区共 165 个样本进行研究。通过主成分分析（PCA），确认了脑区基因表达的分布符合预期1。

• 基因表达变化在 ALS 死后大脑中广泛存在：对 ALS 患者和对照者进行差异基因表达分析，发现 5 个脑区都有基因表达变化。小脑的差异表达基因数量最多，有 3337 个，且独特差异表达基因也最多，达 2007 个。同时，还发现一些基因在多个脑区都有差异表达，比如 VAPB 在多个脑区下调，BDNF 在所有脑区都显著下调2。

• 小脑在 ALS 患者中细胞类型组成可能改变：通过细胞类型反卷积分析，发现 ALS 患者小脑的神经元预计减少，而星形胶质细胞、少突胶质前体细胞和内皮细胞预计增加，不过部分结果在多重检验校正后不显著。使用不同参考数据集进行第二轮反卷积，也得到了类似结果3。

• 差异转录本使用事件涉及 UPR 激活和 TDP-43 功能障碍：研究发现 139 个基因在 ALS 患者和对照者之间存在转录本使用的显著变化。例如，在小脑的 POLDIP3 基因，其一个转录本的使用增加，该转录本的变化与 TDP-43 功能丧失有关；在运动皮层的 XBP1 基因，其 “剪接” 转录本使用增加，这涉及未折叠蛋白反应（UPR）的激活4。

• 在 ALS 大脑中发现广泛的 RNA 剪接变化，包括外显子跳跃和内含子保留：通过可变剪接分析，发现不同脑区有大量的局部剪接变化（LSVs），且许多基因的可变剪接事件是脑区特异性的。同时，还检测到与 TDP-43 核缺失相关的隐蔽剪接事件，如 STMN2 基因的隐蔽外显子在运动皮层显著增加5。

• 4 期 ALS 患者在小脑中具有独特的基因表达特征：比较不同 pTDP-43 病理分期的 ALS 患者，发现 4 期 ALS 患者小脑有 272 个基因与 1 - 3 期患者存在显著差异。对这些差异基因进行富集分析，发现其涉及代谢过程、炎症反应等多种生物学过程。蛋白质组学分析也发现，4 期 ALS 患者小脑有独特的蛋白质表达特征6。

在研究结论和讨论部分，研究人员发现 ALS 患者大脑存在广泛的 RNA 表达和剪接变化，小脑在其中的变化尤为突出，即使小脑很少出现 pTDP-43 病理，但仍有大量与 pTDP-43 病理阶段相关的 RNA 变化。这表明 ALS 是一种多系统神经退行性疾病，一些脑区可能比我们想象的更容易受到疾病影响。而且，研究还发现了与 TDP-43 功能障碍相关的异常剪接事件，这些事件不仅存在于有 pTDP-43 包涵体病理的脑区，也存在于其他脑区。这提示我们，TDP-43 功能障碍在 ALS 中的影响范围比之前认为的更广。此外，研究还发现不同脑区间存在保守的基因表达变化，这暗示可能存在一种上游的、全脑范围的病理机制，触发了这些区域的共同病理或代偿反应。不过，研究也存在一定的局限性，比如样本量相对较小，可能无法完全捕捉到 ALS 和对照人群的转录组多样性。但总体来说，这项研究为我们深入理解渐冻症的发病机制提供了重要线索，为未来开发更有效的治疗方法奠定了基础，也让我们看到了攻克渐冻症的新希望。