TDP-43突变体不同聚集特性对ALS/FTLD小鼠模型中疾病进展的毒性、轴突运输和分泌的差异性影响

研究人员针对TDP-43蛋白在ALS（肌萎缩侧索硬化症）和FTLD（额颞叶变性）中的病理多样性，通过比较两种不同聚集特性的TDP-43突变体（C173/175S和G298S），揭示了它们在神经元毒性、轴突运输和分泌行为上的显著差异。研究发现，高聚集性TDP-43C173/175S 更易形成不溶性包涵体但毒性较低，而低聚集性TDP-43G298S 则表现出更强的细胞毒性、轴突运输能力和外泌体分泌效率。这一成果为理解ALS/FTLD的异质性病理进程提供了新视角，并可能指导靶向治疗策略的开发。

　　

神经退行性疾病领域长期关注TDP-43蛋白异常聚集在ALS和FTLD中的核心作用，但不同突变体如何导致病理异质性仍是未解之谜。临床观察发现，患者脑内TDP-43包涵体的形态和分布存在显著差异，这提示不同突变体可能通过独特机制驱动疾病进程。然而，传统转基因动物模型难以快速比较多种突变体的病理效应，且无法精准控制表达时空特性。

为解决这一难题，日本新潟大学的研究团队创新性地采用腺相关病毒（AAV）递送系统，在小鼠运动皮层特异性表达两种代表性TDP-43突变体：高聚集性的TDP-43^C173/175S
（RRM1结构域突变）和低聚集性的TDP-43^G298S
（甘氨酸富集区突变）。通过多尺度分析发现，前者更易形成磷酸化TDP-43（pTDP-43）阳性包涵体但神经元毒性较弱，后者虽聚集性低却引发更严重的细胞死亡。进一步研究揭示，TDP-43^G298S
能高效通过轴突运输并诱发轴突变性，而TDP-43^C173/175S
则被阻滞在轴突起始段（AIS）。更关键的是，TDP-43^G298S
通过外泌体分泌并转移至少突胶质前体细胞的效率显著更高，且能激活小胶质细胞炎症反应。这项发表于《Neurobiology of Disease》的研究首次系统阐明TDP-43聚集特性与病理传播能力的负相关性，为解释临床差异提供了分子基础。

研究主要采用四种关键技术：1）AAV介导的皮层神经元靶向表达；2）神经母细胞瘤（Neuro2a）细胞模型评估蛋白溶解度和毒性；3）超速离心分离外泌体分析分泌特性；4）多重细胞因子阵列检测神经炎症反应。

3.1 聚集特性差异
通过免疫印迹和免疫荧光证实，TDP-43^C173/175S
在尿素溶解的不可溶组分中占比达70%，显著高于TDP-43^G298S
（35%），且前者诱导的pTDP-43包涵体体积更大（直径>5μm）。

3.2 毒性差异
LDH释放实验显示，TDP-43^G298S
转染细胞的死亡率是TDP-43^C173/175S
的2.3倍（P<0.0001），小鼠皮层CTIP2⁺
神经元数量减少51%，而后者仅减少22%。

3.3 轴突运输差异
定量分析发现，TDP-43^G298S
在轴突中的分布密度是TDP-43^C173/175S
的4.7倍，且前者诱导的神经丝轻链（NF-L）阳性轴突膨体数量增加3倍（P<0.001）。

3.4 分泌差异
外泌体组分检测表明，TDP-43^G298S
的分泌效率比TDP-43^C173/175S
高2.8倍，且前者在受体细胞中形成的Myc⁺
颗粒数量多3.2倍（P<0.01）。

这项研究开创性地提出"TDP-43病理传播的双向调控模型"：高聚集性突变体因滞留在神经元内而限制病理扩散，但可能通过长期累积引发局部损伤；低聚集性突变体虽毒性强且易传播，却因加速神经元死亡而自我限制传播范围。该发现不仅解释了ALS/FTLD患者临床异质性的分子基础，还为开发针对不同TDP-43亚型的精准治疗策略（如增强聚集体清除或阻断外泌体分泌）提供了理论依据。未来研究可进一步验证其他突变体（如A315T、M337V）是否遵循这一规律，并探索RRM1和甘氨酸富集区突变对RNA代谢的差异性影响。