病毒介导的Atxn2基因敲减可减轻PFN1C71G ALS小鼠模型的TDP-43病理及肌肉功能障碍

本研究针对肌萎缩侧索硬化症（ALS）中TDP-43蛋白病理的机制难题，通过病毒载体（AAV）介导的Atxn2靶向人工miRNA（AAV-amiR-Atxn2）在PFN1C71G转基因小鼠模型中实现中枢神经系统（CNS）的Atxn2持续敲减。结果显示，Atxn2下调显著减少脊髓中异常磷酸化TDP-43（pTDP-43）聚集，延缓神经退行性病变并改善肌肉功能，为ALS治疗提供了非TDP-43过表达模型的新靶点策略。

　　

论文解读

研究背景与意义
肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种致命的神经退行性疾病，以运动神经元丢失和肌肉萎缩为特征。尽管约97%的ALS病例存在RNA结合蛋白TDP-43的异常磷酸化（pTDP-43）和胞质聚集，但其病理机制尚未完全阐明。现有研究多依赖TDP-43过表达模型，但此类模型可能因人为过表达引发与ALS无关的生物学效应（如外显子跳跃）。因此，开发不依赖TDP-43过表达的ALS模型至关重要。

研究设计与方法
Biogen的研究团队利用表达ALS相关突变蛋白PFN1^C71G的转基因小鼠模型（PFN1^C71G三转基因小鼠），通过腺相关病毒（AAV）递送靶向Atxn2的人工miRNA（AAV-amiR-Atxn2），在症状前阶段实现中枢神经系统Atxn2的持续敲减。研究结合行为学测试（如转棒实验、握力测试）、组织病理学分析（脊髓和肌肉免疫组化）、蛋白质印迹（检测pTDP-43和TDP-43聚集）及RNA测序（比较小鼠与人类ALS脊髓转录组），系统评估了Atxn2敲减对TDP-43病理和疾病进展的影响。

研究结果

1. PFN1^C71G小鼠的病理特征：

   • 神经肌肉接头（NMJ）去神经支配早于运动神经元丢失：症状小鼠的腓肠肌和胫骨前肌NMJ去神经化比例分别降低65%和33%，伴随肌肉萎缩和肌纤维直径减小。
   • TDP-43病理的时序性：脊髓中pTDP-43的积累始于8-12周龄（早于非磷酸化TDP-43），与轴突退化（血清神经丝轻链Nf-L升高）同步，且先于肌肉功能异常（16周后出现肌力下降）。

2. Atxn2敲减的治疗效果：

   • 减轻TDP-43病理：AAV-amiR-Atxn2使脊髓中pTDP-43减少48.1%，非磷酸化TDP-43恢复至野生型水平，且不改变PFN1^C71G的聚集。
   • 延缓疾病进展：治疗组小鼠的运动功能（如转棒潜伏期、握力）和肌肉萎缩显著改善，神经退行性标志物Nf-L的上升速度减缓。

3. 分子机制与临床相关性：

   • 转录组分析：PFN1^C71G小鼠脊髓和肌肉中免疫反应相关基因（如补体通路、IL-6-JAK-STAT3）显著上调，Atxn2敲减部分逆转这些变化。
   • 跨物种保守性：小鼠与人类ALS（散发性、C9orf72和SOD1突变型）的基因共表达网络高度同源，均涉及神经炎症（如C1QA、C1QB）和神经元功能模块（如TTBK1）。

结论与讨论
本研究首次在非TDP-43过表达的ALS模型中证实，PFN1^C71G通过诱导pTDP-43聚集驱动疾病进展，而Atxn2敲减可特异性缓解TDP-43病理并改善表型。值得注意的是，骨骼肌的转录紊乱程度远超脊髓，且Atxn2的中枢敲减竟能远程改善肌肉炎症，提示神经-肌肉互作在ALS中的重要性。尽管近期针对ATXN2的临床试验（ALSpire）未显示疗效，但本研究提示治疗时机（症状前干预）可能是关键限制因素。此外，PFN1^C71G模型的高转化价值（如保守的胆固醇代谢失调）为ALS药物开发提供了新平台。

局限性：PFN1^C71G过表达本身仍是主要致病因素，Atxn2敲减可能仅部分抵消其毒性。未来需探索Atxn2在症状后干预的效果，并解析PFN1突变如何触发TDP-43病理。论文发表于《Acta Neuropathologica Communications》，为ALS的机制与治疗研究开辟了新方向。