AAV递送靶向ataxin-2的RNAi改善TDP-43小鼠模型的生存及病理表型

本研究通过AAV9变体递送靶向ataxin-2(ATXN2)的microRNA(miAtxn2)，在TDP-43蛋白病变小鼠模型中实现中枢神经系统广泛转导，显著降低ATXN2水平（65%），延长生存期54%，并改善运动功能与神经炎症。该研究为97%伴TDP-43病理的散发性肌萎缩侧索硬化症(ALS)提供了潜在治疗策略，克服了反义寡核苷酸(ASO)临床试验中靶向 engagement不足的瓶颈。

　　

背景与科学问题
肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种致命的神经退行性疾病，97%的病例伴随TAR DNA结合蛋白43kD(TDP-43)的细胞质错误定位和聚集。TDP-43病理通过应激颗粒(SGs)介导毒性，而降低SG相关蛋白ataxin-2(ATXN2)可缓解疾病表型。然而，近期靶向ATXN2的反义寡核苷酸(ASO)临床试验因仅实现21%的脑脊液ATXN2降低而失败，凸显开发高效递送技术的紧迫性。

研究设计与创新
美国宾夕法尼亚大学团队开发了肽修饰的AAV9变体(PM-AAV9)，通过单次脑室内注射递送靶向ATXN2的microRNA(miAtxn2)。该载体以低于文献40倍的剂量实现广泛转导，在TDP-43过表达小鼠(TAR4/4)中验证治疗效果，并利用患者来源运动神经元评估转化潜力。研究发表于《Nature Communications》。

关键技术方法

1. 载体工程：设计miAtxn2并筛选高效AAV9变体(PM-AAV9)，通过新生小鼠脑室注射实现中枢转导。
2. 动物模型：使用快速进展型(TAR4/4)和缓慢进展型(TAR4)小鼠，分析生存期、运动功能及病理。
3. 多组学分析：通过免疫荧光、Western blot和转录组测序评估ATXN2 knockdown对TDP-43病理、炎症及基因表达的影响。
4. 临床转化验证：在C9orf72-ALS患者来源运动神经元中测试载体转导效率(>95%)和ATXN2敲降效果(83%)。

研究结果

1. 载体优化与ATXN2敲降
PM-AAV9在皮层V层和脊髓前角细胞中表现出优于AAV9和AAV-PHP.eB的转导效率（图1B-D）。miAtxn2治疗使TAR4/4小鼠腰髓运动神经元ATXN2蛋白降低65%（图1F-G），且未诱发神经炎症或背根神经节毒性（图S1E-S2）。

2. 行为学与生存改善
miAtxn2将TAR4/4小鼠中位生存期延长45.5%（图2A），旋转棒持续时间提升2.6倍（图2C），并显著改善步态评分（图2B）。有趣的是，治疗组出现垂直活动增加（图2D），提示运动功能恢复可能揭示潜在的额颞叶痴呆(FTD)样表型。

3. 病理缓解机制
治疗减少腰髓L3-L6的凋亡信号（图3A-B）和L6运动神经元丢失（图3C-D），同时降低皮层和脊髓的星形胶质细胞/小胶质细胞激活（图4A-H）。磷酸化TDP-43(pTDP)水平恢复至野生型（图5A-C），而总TDP-43表达未受影响（图5D-E）。

4. 转录组重塑
1288个TAR4/4差异表达基因中，452个被miAtxn2逆转（图6D），涉及脂代谢（如Idh3a）、DNA修复（如Hist2h2aa1）和神经保护通路（如Vegfa）。Dbr1（RNA套索脱支酶）等ALS相关基因的表达校正提示ATXN2 knockdown可能通过多途径发挥神经保护作用（图6H）。

5. 长期疗效与临床转化
在缓慢进展的TAR4小鼠中，miAtxn2延缓步态障碍进展（图7A），且野生型小鼠长期治疗无不良反应（图7B）。PM-AAV9在患者运动神经元中以低于文献4个数量级的MOI实现>90%转导和83% ATXN2敲降（图8C-E）。

结论与意义
本研究证明AAV介导的ATXN2 RNAi可有效缓解TDP-43蛋白病变的多维度病理表型。其创新性体现在：

1. 技术突破：PM-AAV9实现高效低剂量CNS递送，克服ASO靶向 engagement不足的临床瓶颈；
2. 机制拓展：揭示ATXN2 knockdown通过调节脂代谢、神经炎症和RNA加工通路发挥治疗作用；
3. 转化价值：为散发性ALS提供单次给药的治疗方案，且载体在人类神经元中显示卓越效能。未来需在非TDP-43过表达模型中验证该策略的普适性。