编辑推荐：
为探究肌萎缩侧索硬化症（ALS）致病机制，研究人员分析 920 例韩国散发性 ALS 患者的 NEK1 基因，发现其突变导致初级纤毛异常、细胞周期重新进入等。HDAC6 抑制剂可改善相关缺陷，为 ALS 治疗提供新方向。
肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）是一种致命的神经退行性疾病，主要特征是大脑和脊髓中的运动神经元选择性退化，导致肌肉无力、萎缩，最终呼吸衰竭。尽管已有研究发现多个基因与 ALS 相关，如涉及蛋白质稳态、RNA 代谢等通路的基因，但发病机制仍不明确。近年来，越来越多证据表明初级纤毛（Primary Cilia）—— 一种存在于大多数哺乳动物细胞表面的微管结构，在信号传导和细胞周期调控中起关键作用 —— 的功能障碍可能与神经退行性疾病相关，但具体机制尚不清楚。NIMA 相关激酶 1（NIMA-related kinase 1，NEK1）作为一种参与细胞周期、DNA 损伤反应（DDR）和初级纤毛生成的多功能激酶，已在多个种族中被识别为 ALS 风险基因，但其在 ALS 中如何通过纤毛相关机制致病仍需深入研究。
为填补这一空白，韩国汉阳大学（Hanyang University）等机构的研究人员开展了相关研究。他们分析了 920 例韩国散发性 ALS（sALS）患者的全外显子组序列，鉴定出 23 例患者携带 NEK1 变异，并通过患者成纤维细胞和 iPSC 衍生运动神经元（iPSC-MNs）模型，结合多种功能实验，揭示了 NEK1 突变在 ALS 中的致病机制。该研究成果发表在《Molecular Neurodegeneration》，为 ALS 的病理机制和治疗提供了新见解。
研究主要采用了以下关键技术方法：首先，通过全外显子组测序（WES）和桑格测序验证，在韩国 sALS 患者中筛选 NEK1 变异；其次，利用患者来源的成纤维细胞进行细胞培养和功能研究，包括纤毛结构观察（免疫荧光染色）、细胞周期分析（qPCR 和 Western blot 检测 Cyclin D1、CDK4 等标志物）、线粒体功能评估（JC-1 染色和透射电镜）、DNA 损伤反应检测（γH2AX 免疫荧光和 Western blot）；此外，通过 RNA 干扰（siRNA）敲低 NEK1 表达，在 SH-SY5Y 细胞和 iPSC-MNs 中验证表型；最后，使用 HDAC6 抑制剂 Tubastatin A 和钙离子螯合剂 BAPTA 进行药物干预实验，观察对纤毛和细胞功能的挽救作用。
研究结果
1. NEK1 变异在 ALS 患者中的分布及功能影响
在 920 例 sALS 患者中，23 例（2.5%）携带 16 种 NEK1 变异，包括 2 种新移码变异（p.E853Rfs9、p.D1112Efs50）、1 种起始密码子变异（p.M1?）和 1 种剪接变异（p.Q132=）等。功能研究发现，p.E853Rfs*9 和 p.M1? 变异导致 NEK1 mRNA 和蛋白表达显著降低（约 50%），属于功能丧失（LOF）变异；p.Q132 = 变异导致外显子 5 跳过，产生异常剪接异构体。
2. NEK112变异损害初级纤毛形成和 Shh 信号传导
血清饥饿诱导纤毛形成后，携带 LOF 变异（p.E853Rfs*9、p.M1?）和 p.Q132 = 变异的患者成纤维细胞表现出纤毛长度缩短、频率降低，且纤毛形态异常（如分支、扭曲）。Shh 信号通路关键分子 Smoothened（Smo）在纤毛中的积累减少，下游转录因子 GLI1 mRNA 诱导水平降低，表明 Shh 信号传导受损。
3. NEK134变异通过钙离子依赖的 AurA-HDAC6 轴诱导纤毛解体
NEK1 变异导致细胞内钙离子（Ca2?）超载，激活 Aurora 激酶 A（AurA）及其下游组蛋白去乙酰化酶 6（HDAC6）。AurA 磷酸化水平在纤毛基部显著升高，HDAC6 活性增强，促进纤毛微管去乙酰化和纤毛解体。钙离子螯合剂 BAPTA 可逆转纤毛缺陷和 AurA 激活，表明纤毛异常依赖于 Ca2?-AurA-HDAC6 通路。
4. NEK156变异影响微管乙酰化、线粒体动态和 DNA 损伤反应
NEK1 LOF 变异导致 α- 微管蛋白乙酰化水平降低，线粒体碎片化加重，线粒体膜电位（ΔΨm）下降，细胞色素 c 释放增加，提示线粒体功能障碍。此外，NEK1 变异细胞在紫外线（UV）照射或依托泊苷处理后，γH2AX 阳性焦点积累，DNA 损伤修复激酶 Chk1 磷酸化水平降低，凋亡标志物 cleaved caspase-3 表达增加，表明 DDR 受损。
5. HDAC786 抑制剂挽救 NEK1 功能缺陷
HDAC6 抑制剂 Tubastatin A 可显著恢复 NEK1 LOF 变异成纤维细胞和 iPSC-MNs 中的 α- 微管蛋白乙酰化水平，改善线粒体分布和纤毛长度，减少细胞凋亡。在 iPSC-MNs 中敲低 NEK1 可重现纤毛缩短、细胞周期异常和凋亡增加，而 Tubastatin A 处理可逆转这些表型，验证了 HDAC6 作为治疗靶点的潜力。
研究结论与意义
910本研究首次明确了 NEK1 突变通过功能丧失机制导致初级纤毛结构和功能异常，进而激活 Ca2?-AurA-HDAC6 通路，引发纤毛解体、细胞周期紊乱、微管和线粒体功能障碍及 DNA 损伤修复缺陷，最终促进 ALS 发病。HDAC6 抑制剂在细胞模型中可有效挽救 NEK1 相关缺陷，为 NEK1 变异相关 ALS 提供了潜在治疗策略。研究不仅拓展了对 ALS 致病机制的认识，揭示了初级纤毛功能障碍作为新病理机制的重要性，还为开发针对纤毛通路的 ALS 治疗药物奠定了基础，具有重要的科学和临床转化意义。
