C9orf72基因重复扩增通过诱导小胶质细胞代谢失调调控神经-胶质互作在肌萎缩侧索硬化症中的致病机制

这篇研究揭示了C9orf72基因六核苷酸重复扩增（GGGGCC）通过诱导人多能干细胞（iPSC）分化的运动神经元（MNs）、星形胶质细胞和小胶质细胞的代谢紊乱，特别是小胶质细胞的糖酵解活性和氧化应激显著增强。研究开发的三重共培养系统证明，C9orf72突变小胶质细胞通过代谢重编程驱动星形胶质细胞功能异常，最终导致运动神经元在炎症条件下更易受损。该发现为肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）的代谢干预策略提供了新靶点。

　　

引言

肌萎缩侧索硬化症（ALS）作为成人最常见的运动神经元疾病，其发病机制涉及多细胞类型的复杂互作。近年研究发现，C9orf72基因的六核苷酸重复扩增（GGGGCC）是家族性ALS和额颞叶痴呆（FTD）的主要遗传诱因，但该突变如何通过细胞特异性代谢失调影响疾病进程尚不明确。本研究利用患者来源的诱导多能干细胞（iPSC）分化为运动神经元（MNs）、星形胶质细胞和小胶质细胞，结合单细胞代谢流式（Met-Flow）和三重共培养系统，揭示了C9orf72突变对神经-胶质代谢网络的独特调控作用。

方法

研究采用三种C9orf72突变iPSC系及其同源对照，通过定向分化获得MNs、星形胶质细胞和小胶质细胞。通过Seahorse能量代谢分析仪检测氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），评估线粒体功能和糖酵解活性。单细胞RNA测序解析小胶质细胞的转录组特征，Met-Flow技术量化葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）、己糖激酶-1（HK1）、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）和过氧化物还原酶2（PRDX2）等代谢标志物。三重共培养系统模拟了运动神经元-星形胶质细胞-小胶质细胞的体内互作环境。

结果

细胞特异性代谢紊乱

C9orf72突变MNs表现为线粒体呼吸缺陷和ATP生成减少，而小胶质细胞则呈现糖酵解活性增强和氧化应激升高。单细胞测序发现突变小胶质细胞特异性高表达线粒体电子传递链基因（如NDUFB7、COX7A2）和氧化应激相关蛋白S100A6。Met-Flow证实突变小胶质细胞中GLUT1和PRDX2表达显著上调，脂多糖（LPS）刺激后HK1表达进一步增加。

三重共培养揭示代谢互作

在共培养系统中，突变小胶质细胞通过细胞接触依赖性机制驱动星形胶质细胞的代谢重编程，表现为GLUT1和HK1表达升高。LPS刺激下，突变小胶质细胞增殖增加（KI67⁺细胞比例上升），并诱导星形胶质细胞PRDX2表达激增，最终导致运动神经元存活率下降15%-20%。

讨论

该研究首次阐明C9orf72突变通过"代谢-炎症"双重机制促进ALS进展：小胶质细胞的糖酵解-氧化应激恶性循环破坏神经微环境稳态，而星形胶质细胞的代谢可塑性丧失加速神经元损伤。这一发现为靶向免疫代谢（如抑制GLUT1或PRDX2）的干预策略提供了理论依据。研究局限性在于未解析C9orf72蛋白缺失如何直接调控代谢酶活性，未来需在类器官模型中验证这些发现。

结论

C9orf72重复扩增通过小胶质细胞主导的代谢失调重塑神经-胶质互作，揭示免疫代谢通路是ALS/FTD治疗的潜在靶点。三重共培养系统的建立为研究神经退行性疾病的非细胞自主机制提供了新范式。