《Nature Neuroscience》：Astrocytes regulate axonal mitochondrial transport deficits in C9ORF72 amyotrophic lateral sclerosis motor neurons
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轴突运输（axonal transport）受损与星形胶质细胞（astrocyte）功能障碍均被认为参与肌萎缩侧索硬化（ALS）。研究人员发现上述过程存在关联：携带C9ORF72突变的人诱导多能干细胞来源星形胶质细胞，在与共培养的运动神经元（MNs）中破坏轴突
轴突运输（axonal transport）受损与星形胶质细胞（astrocyte）功能障碍均被认为参与肌萎缩侧索硬化（ALS）。研究人员发现上述过程存在关联：携带C9ORF72突变的人诱导多能干细胞来源星形胶质细胞，在与共培养的运动神经元（MNs）中破坏轴突线粒体运输及线粒体功能。反之，等基因基因校正星形胶质细胞或增强星形细胞线粒体生物能量学可挽救C9ORF72运动神经元的轴突线粒体运输缺陷。结果阐明星形胶质细胞在ALS模型中调控轴突沿线线粒体运输的非细胞自主性（non-cell-autonomous）作用。
研究背景方面，ALS是一种进行性、无法治愈且致命的神经退行性疾病，C9ORF72基因突变为家族性ALS最常见病因，并占散发病例约10%。轴突中线粒体等 cargo 的运输对神经元功能与存活至关重要，其紊乱日益被认为参与ALS。已有研究表明C9ORF72运动神经元存在线粒体功能障碍与运动能力受损，恢复线粒体功能可挽救运输；星形胶质细胞通过谷氨酸摄取下降、乳酸穿梭缺陷和线粒体底物运输异常等机制参与非细胞自主性神经退变。但星形胶质细胞是否及如何调控轴突运输此前未知。因此，研究人员使用人干细胞来源模型，探究星形胶质细胞对C9ORF72-ALS中轴突线粒体运输的调控。该研究发表于《Nature Neuroscience》，核心结论是：C9ORF72突变星形胶质细胞通过直接接触降低运动神经元可动线粒体比例与速度，并损害神经元线粒体呼吸与膜电位；而增强星形胶质细胞线粒体代谢足以逆转缺陷，确立星形胶质细胞能量状态对轴突线粒体动力学的非细胞自主性调控。
关键技术方法方面，研究人员使用三名C9ORF72-ALS/FTD患者真皮成纤维细胞重编程获得人诱导多能干细胞（hiPSC），并通过CRISPR–Cas9建立等基因校正对照；由hiPSC分别分化为脊髓模式运动神经元与高度纯化星形胶质细胞。研究采用运动神经元单培养及运动神经元-星形胶质细胞物理共培养体系，样本来自三个独立患者系及其校正配对。功能学上以活细胞成像追踪轴突线粒体运输，以Seahorse检测耗氧率（OCR）评估线粒体呼吸，以MitoTracker Red CMXRos评估线粒体膜电位（MMP），以FRET乳酸探针评估神经元内乳酸，并以慢病毒过表达PPARGC1A（PGC-1α）等调控星形胶质细胞代谢。
研究结果部分，首先为物理共培养中星形胶质细胞对运动神经元线粒体运输的影响。研究人员通过mito-DsRed2标记近端轴突线粒体并进行活成像，发现对照运动神经元与突变星形胶质细胞共培养后，可动线粒体百分比与平均速度显著下降；与校正星形胶质细胞共培养则可恢复。条件培养基不改变运输，说明需要直接接触而非分泌因子。C9运动神经元自身已有细胞自主性缺陷，与突变星形胶质细胞共培养进一步降低速度，而与校正星形胶质细胞共培养可恢复到野生型水平。内体运输不受 astrocytes 基因型影响，说明缺陷特异于线粒体而非全局轴突运输。
其次为C9星形胶质细胞损害运动神经元线粒体生物能量学。Seahorse显示共培养时代谢信号主要由运动神经元驱动；与C9-A共培养相比，与C9Δ-A共培养时运动神经元基础与最大呼吸更高。MitoTracker显示C9-A使运动神经元MMP下降，校正星形胶质细胞可逆转。C9-A本身基础、ATP关联及最大呼吸均低于校正对照。神经元内稳态乳酸水平在共培养间无显著差异，提示并非乳酸转移异常，而是星形胶质细胞氧化代谢紊乱起作用。
再次为通过PGC-1α增强星形胶质细胞代谢可挽救神经元线粒体运输缺陷。研究人员在C9-A中慢病毒过表达PGC-1α、PPARGC1B（PGC-1β）或TFAM。PGC-1β致星形胶质细胞毒性，TFAM不改善；PGC-1α上调电子传递链转录本并提升呼吸趋势，且在共培养中使C9与C9Δ运动神经元线粒体运动比例和速度恢复。这表明星形胶质细胞线粒体生物能量学恢复足以逆转轴突线粒体运输缺陷。
讨论部分总结为，该研究揭示C9星形胶质细胞以非细胞自主性方式降低运动神经元可动线粒体比例与速度，不同于C9运动神经元自身的细胞自主性缺陷；内体运输不受影响说明具 cargo 特异性。C9星形胶质细胞糖酵解、乳酸产生与呼吸均下降，但RNA测序未见基因型驱动的星形细胞反应性，不支持毒性功能获得。共培养中C9-A降低神经元呼吸，而PGC-1α恢复星形胶质细胞呼吸并挽救神经元线粒体运动，建立星形胶质细胞线粒体代谢与神经元线粒体动力学间因果联系。
研究结论部分翻译为：本研究揭示一种调控轴突线粒体运输的非细胞自主性机制，即C9星形胶质细胞损害运动神经元中可动线粒体的比例与平均速度。这与C9运动神经元中的细胞自主性缺陷不同，提示存在独特的星形胶质细胞介导机制。内体运输无变化表明该效应具 cargo 特异性而非全局轴突运输缺陷。C9星形胶质细胞显示糖酵解能力、乳酸产生和线粒体呼吸下降，提示生物能量缺陷；RNA测序未显示基因型驱动的星形细胞反应性，使毒性功能获得机制不太可能。共培养中C9-A降低神经元基础和最大呼吸，表明其对神经元线粒体生物能量学有直接影响。神经元内稳态乳酸水平在共培养条件间无显著变化，提示是星形胶质细胞氧化代谢受损而非乳酸转移改变介导该缺陷。通过PGC-1α过表达恢复星形胶质细胞生物能量学可增强其呼吸并挽救神经元线粒体运动，确立星形胶质细胞线粒体代谢与神经元线粒体动力学间的因果联系。综上，结果定义一种由线粒体特异、生物能量偶联的机制，星形胶质细胞借以调控轴突运输；通过激活PGC-1α通路恢复星形胶质细胞生物能量学，代表一种潜在治疗策略，可纠正C9ORF72-ALS中的非细胞自主性线粒体功能障碍。未来研究应阐明连接星形胶质细胞能量代谢与神经元线粒体信号的分子介质，并确定相似机制是否存在于其他ALS基因型与散发病例中。
