《Journal of the Neurological Sciences》：Pathology of general proprioception in a canine disease model of amyotrophic lateral sclerosis
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摘要某些类型的肌萎缩侧索硬化症（ALS）与超氧化物歧化酶1基因（SOD1）的序列变异有关。这些变异如何导致ALS疾病发病机制尚不完全清楚。退行性脊髓病（DM）是一种自然发生的犬类疾病，与某些SOD1相关型ALS有相似之处，尤其是那些伴有感觉障碍的病例。虽然ALS中的运动通路病变已
摘要
某些类型的肌萎缩侧索硬化症（ALS）与超氧化物歧化酶1基因（SOD1）的序列变异有关。这些变异如何导致ALS疾病发病机制尚不完全清楚。退行性脊髓病（DM）是一种自然发生的犬类疾病，与某些SOD1相关型ALS有相似之处，尤其是那些伴有感觉障碍的病例。虽然ALS中的运动通路病变已被广泛研究，但感觉系统病变则相对较少受到关注。为探究一般本体感觉通路的病变是否与早期DM的体征——骨盆肢体一般本体感觉性共济失调有关，我们研究了患有早期和晚期DM的彭布罗克威尔士柯基犬以及年龄匹配的对照组中该通路的感官系统成分。该疾病的特征是脊髓小脑束和薄束中的轴突病变，胸核及背根神经节（DRG）神经元中SOD1阳性包体的明显聚集，以及背根和腹根轴突及髓鞘中SOD1免疫标记的改变。在骨盆肢体的感觉神经中也观察到了轴突病变。这些发现表明，本体感觉通路的病变可能在DM的一般本体感觉性共济失调中起重要作用。一些携带风险等位基因纯合子的犬只并未出现临床疾病或相关的神经病理变化，这说明除了突变外，还有其他因素影响疾病的发作和进展。
引言
肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一组以运动功能逐渐丧失为特征的疾病，最终通常会导致瘫痪和死亡[1]、[2]。这类疾病通常在成年后期发病，从出现临床症状起3到5年内往往会发展为呼吸衰竭。多种基因的变异与不同类型的ALS相关[3]、[4]、[5]、[6]，其中就包括超氧化物歧化酶1基因（SOD1），其变异与某些家族性ALS有关。即使是在同一家庭中，SOD1相关ALS患者的疾病表型也存在很大差异，表现为发病年龄、病程、外显率及临床表现的不同[7]、[8]。根据具体的变异类型，该疾病可能从上运动神经元或下运动神经元开始发病，且从发病到疾病晚期的进展速度也各不相同[7]。
犬类退行性脊髓病（DM）是一种自然发生的疾病，其与上运动神经元型ALS有相似之处。与某些家族性ALS病例一样，DM也与的错义变异有关。因此，SOD1相关的DM可作为SOD1相关ALS的潜在模型。由于表型和遗传特征的相似性，SOD1相关的DM被用于研究疾病发病机制，旨在为ALS寻找治疗干预靶点。与人类ALS不同的是，患病犬只的发病和进展相对一致，这很可能反映了其潜在病理生理过程的统一性，从而提升了这一模型的实用性。
尽管ALS研究的重点大多集中在运动神经元上，但感觉神经元病变也与运动神经元病变同时发生。然而，疾病病变的起始部位尚未明确。ALS的最早临床症状至少部分可能是由感觉神经元通路的原发性病变引起的，随后这些病变会扩散到运动神经元及大脑的高级神经元。事实上，在一些ALS患者中，感觉功能障碍和病变会在疾病早期出现[21]、[26]。在SOD1相关ALS的小鼠模型中，也有报道出现症状出现前的周围和中枢感觉通路退化现象[24]、[25]、[28]，进一步表明感觉缺陷在疾病进程早期就会出现。
在ALS和DM中，初始症状通常较为局部，随后会逐渐扩散，到疾病晚期则会出现多系统受累。有假说认为，在ALS和DM中，这种扩散是由SOD1等异常蛋白质形式介导的，这些蛋白质释放到细胞外后会被其他细胞摄取，进而引发蛋白质聚集和细胞病变。如果在疾病早期就进行干预，通过抑制异常蛋白质或肽的生成和释放，或许可以阻止这种扩散。因此，明确疾病早期病变的发生部位至关重要。
由于DM的表型相对一致，且患病犬只会在疾病不同进展阶段被安乐死，这一疾病为研究从早期到晚期的病理进展提供了机会。与转基因小鼠模型相比，犬类疾病模型的优势在于其神经系统在规模和复杂性上更接近人类，且ALS和DM的发病年龄及病程持续时间也更为相似。
DM的临床症状始于骨盆肢体的一般本体感觉性共济失调和痉挛性轻瘫，如果让犬只存活到疾病晚期，症状还会进一步扩散，影响身体其他部位的感官功能以及上、下运动神经元功能。检测肌肉和关节位置及运动的总体感覺神经元通路中的感觉传导包括：（1）传递无意识的感觉信息至小脑；（2）传递有意识的感觉信息至大脑的体感皮层。图1展示了骨盆肢体一般本体感觉通路的组成部分。每条一般本体感觉传入神经的细胞体位于背根神经节，其轴突穿过脊髓的背根。来自肌肉梭感受器的投射涉及位于脊髓背角内侧底部中间灰质中的二阶神经元，即胸核，该核从T1延伸到L3–4。同侧的感官轴突沿着脊髓外侧束背侧的脊髓小脑束传导。来自同侧胸核的轴突通过尾侧小脑脚到达小脑。这些轴突还在白质连合处交叉，然后通过腹侧脊髓小脑束上升，通过头侧小脑脚进入小脑。来自触觉感受器的体感投射则通过来自背根神经节的一条长支传导，这条支路沿脊髓背束上升，位于T5尾侧的薄束或T6头侧的楔状束中。在腰椎水平，薄束占据整个脊髓背束。由于大部分轴突会离开该束并在胸核处形成突触，因此脊髓背束在胸椎水平会变窄。来自骨盆肢体的轴突最终会上升到延髓尾部，在细核处作为二阶神经元形成突触，随后这些二阶神经元的轴突会交叉，并通过内侧丘系上升至丘脑的腹侧尾外侧核，在那里与三阶神经元形成突触，最终投射到体感皮层。该通路中任何部分的病变都可能导致DM所特有的骨盆肢体本体感觉症状。
为了解疾病进展的起始机制，有必要进一步了解导致骨盆肢体本体感觉功能障碍的病理机制，尤其是在疾病早期。因此，本研究旨在探讨患有DM的犬只中与骨盆肢体一般本体感觉相关的体感及小脑投射通路的特点。
章节摘录
样本收集与临床分类
彭布罗克威尔士柯基犬是由其主人在咨询主治兽医和/或经过认证的兽医神经科医生后自愿参与本研究的。所有样本和信息的收集均获得了主人的知情同意。本研究遵循美国国家研究委员会《实验室动物护理和使用指南》进行，并得到了密苏里大学动物护理和使用委员会的批准。这些犬只最初被
疾病分期分类
本研究共对38只彭布罗克威尔士柯基犬进行了评估。每只犬只的安乐死年龄、性别、绝育状况以及基因型详见补充文件S2。其中28只犬只出现了DM的症状。在安乐死时，有10只犬只表现出早期DM的症状，其余18只则出现晚期DM症状。所有患病的犬只都存在如前文所述[9]、[18]、[19]的DM典型胸椎脊髓病变。
讨论
ALS常被称为运动神经元疾病[1]、[2]。虽然大多数类型的ALS在疾病晚期都会出现运动神经元丢失或病变，但目前尚不清楚这种病变是原发性的，还是由神经肌肉通路其他部分的病变引发的继发性病变。在与序列变异相关的家族性ALS中，最初的临床症状可能与运动神经元、感觉神经元或这两者的共同病变有关[7]、[8]、[20]，
结论
本项研究以及之前关于DM的研究结果表明，在疾病早期，总体感覺的体感及小脑投射通路就会出现明显的病变。这些发现表明，应当更加重视研究这样一种假设，即本体感觉神经元及其他感觉神经元的原发性病变在SOD1相关ALS的发病机制中起着与运动神经元病变同样重要的作用。
CRediT作者贡献说明
Brandie R. Morgan-Jack：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，方法学，资金获取，数据整理。Martin L. Katz：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，监督，资源提供，项目管理，方法学，研究实施，资金获取，数据整理，概念构建。Grace R. Kick：撰写——审阅与编辑，方法学，数据整理。Gayle C. Johnson：正式分析，数据整理。Kiara Delgado：数据整理。Michael
致谢
Cheryl Jensen为这项研究提供了出色的技术支持。同时，我们也要感谢密苏里大学战略提案开发服务处的Samantha (Peters) Bosland和Tessa Wells，她们在制作本体感觉通路示意图方面给予了帮助。
资助情况
本研究得到了AKC犬类健康基金会、密苏里大学系统脊髓损伤/疾病研究计划、动物骨科基金会的资助，同时还获得了美国国立卫生研究院的S10 OD032246号资助。
Brandie R. Morgan-Jack|Martin L. Katz|Grace R. Kick|Gayle C. Johnson|Kiara Delgado|Michael Makinen|Joan R. Coates
美国密苏里州哥伦比亚市，密苏里大学医学院眼科系，神经退行性疾病研究实验室，邮编65212
