源自额颞叶痴呆患者的iPSC神经元揭示突触功能障碍与DNA损伤的新型病理机制

本研究利用C9orf72基因六核苷酸重复扩展(C9-HRE)携带者和散发性额颞叶痴呆(FTD)患者来源的诱导多能干细胞(iPSC)分化的皮质神经元模型，系统揭示了神经元中TDP-43胞质积聚、p62/SQSTM1囊泡增大、树突棘数量减少与形态异常等关键病理特征。研究发现FTD神经元表现出γH2A.X标记的DNA损伤反应增强、核形态异常及GABA能突触反应显著减弱，RNA测序进一步显示突触功能相关基因表达上调和DNA修复通路下调。该研究为理解FTD发病机制提供了重要的人类细胞模型，并为针对突触功能障碍的治疗策略开发提供了新方向。

　　

额颞叶痴呆（Frontotemporal Dementia, FTD）作为65岁以下人群第二常见的痴呆类型，一直因临床异质性高、病理机制复杂而充满研究挑战。尤其值得注意的是，约30%–50%的FTD病例具有家族遗传性，其中最常见的是C9orf72基因中的GGGGCC六核苷酸重复扩展（C9-HRE）突变。这一突变可引起多种毒性机制，包括RNA foci形成、二肽重复蛋白（Dipeptide Repeat Proteins, DPRs）积聚以及C9orf72单倍体不足。与此同时，绝大多数FTD患者大脑中还存在TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）和p62/SQSTM1的异常聚集。近年来，越来越多证据表明突触功能障碍可能是FTD早期核心病理事件之一，但其在患者来源的神经元中是否普遍存在、是否因遗传背景不同而异，仍待深入解析。

为解决该问题，Nadine Huber等研究团队在《Molecular Psychiatry》上发表了一项系统研究，他们利用诱导多能干细胞（iPSC）技术，从携带C9-HRE突变、散发性FTD患者和健康对照者中成功分化出皮质神经元，从细胞病理、突触结构与功能、基因表达和DNA损伤等多个维度进行比较分析。研究发现，两类FTD神经元均呈现胞质TDP-43积累、p62/SQSTM1阳性囊泡增大、树突棘数量减少与形态异常等改变；此外，钙成像显示神经元对GABA刺激的反应显著降低，转录组分析提示突触信号和DNA修复通路分别上调和下调。令人惊讶的是，除NUPR2基因外，散发性与C9-HRE来源的神经元在基因表达上高度相似，提示突触功能障碍可能是FTD的共同核心机制。

研究人员运用了几项关键技术：包括iPSC向皮质神经元的分化（使用dual SMAD抑制法）、免疫细胞化学（针对MAP2、TDP-43、p62等）、荧光原位杂交（FISH，检测C9-HRE RNA foci）、Mesoscale免疫分析（定量DPR蛋白）、全转录组测序（RNA-seq）、钙成像（分析GABA/谷氨酸反应）以及高内涵图像分析（树突棘形态、核形态、γH2A.X焦点分析）。所有实验均使用患者来源的iPSC细胞系（包括3例C9-HRE、3例散发性FTD和3例健康对照），并在分化后180天左右的成熟神经元中进行。

研究结果部分主要包括以下几个方面：

Characterization of the iPSC-derived cortical neuron cultures

神经元培养物表达皮质各层标志基因（如SATB2、TBR1等），且包含约50% MAP2阳性神经元和20% GFAP阳性星形胶质细胞，未检出神经丝轻链（NfL）释放，表明培养体系中未发生显著神经元死亡。

The C9-HRE-carrying FTD iPSC neurons exhibit C9-HRE-associated pathological hallmarks

仅在C9-HRE神经元中检测到RNA foci（约17%细胞阳性）以及poly-GP、poly-GA等DPR蛋白，C9orf72蛋白水平在C9-HRE组有降低趋势但未达显著差异。

iPSC-derived FTD neurons display altered intracellular TDP-43 localization and enlarged p62/SQSTM1-positive vesicles

与对照组相比，两类FTD神经元胞质/核TDP-43比值均显著升高，p62/SQSTM1囊泡尺寸增大、荧光强度增强，提示自噬-溶酶体系统可能发生紊乱。

iPSC-derived FTD neurons show altered dendritic spine number and morphology as well as decreased response to GABA stimulus

FTD神经元总树突棘密度下降，蘑菇型棘数量减少，C9-HRE组 stubby 型棘增多；钙成像显示神经元对GABA反应显著减弱，对谷氨酸和KCl刺激也有下降趋势。

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Global RNA sequencing reveals several altered biological pathways...

RNA-seq显示，与对照组相比，FTD神经元中突触信号、谷氨酸能传递等通路基因（如GABRG1、GRIN2B等）上调，而DNA修复相关通路（如PRMT5、PMAIP1等）显著下调。C9-HRE与散发性FTD神经元之间仅NUPR2（与p53/DNA损伤响应相关）存在差异表达。

...and the neurons display altered nuclear morphologies and presence of micronuclei

FTD神经元核更圆、更小，微核数量增加；拓扑替康（topotecan）诱导后γH2A.X焦点在所有组均增加，但基线时C9-HRE组有增多趋势，提示DNA损伤应答可能存在潜在异常。

研究结论与讨论部分强调，该项工作首次在患者来源的iPSC神经元模型中系统比较了遗传性与散发性FTD的细胞表型，发现尽管C9-HRE组呈现特异性RNA foci和DPR积聚，但两类FTD在突触丢失、TDP-43 mislocalization、p62聚集和GABA反应缺陷等方面高度相似，表明突触功能障碍是FTD的一种跨亚型核心机制。尤其值得注意的是，转录组分析显示DNA修复通路下调、核形态异常和微核形成，提示基因组不稳定性可能参与疾病进程。这些发现不仅为FTD的早期诊断生物标志物开发提供了新思路（如突触功能相关基因表达谱），也为针对GABA能信号或DNA损伤应答的通路干预策略提出了潜在方向。本研究建立的iPSC神经元模型成功模拟了FTD大脑的多项关键病理特征，为后续药物筛选与机制研究提供了可靠平台。