建立感觉神经元作为多聚谷氨酰胺扩展的鼠源ATXN3驱动的外周神经病的治疗靶点

《Annals of Neurology》：Establishing Sensory Neurons as Therapeutic Targets in Peripheral Neuropathy Driven by Polyglutamine Expanded Murine ATXN3

　　

目的：重复扩展突变是多种神经遗传疾病的基础，其中许多涉及外周神经系统。尽管外周神经病是全球最常见的神经系统疾病，但其在重复扩展疾病中的作用仍不明确，且稳健的临床前模型有限。研究人员建立了一个转化框架，用于研究脊髓小脑性共济失调3型（SCA3）中的外周神经病，这是一种由ATXN3基因中致病性CAG扩展引起的致命性多系统疾病。方法：对SCA3敲入Atxn3^Q300/Q6（KI）和Atxn3^?/?敲除（KO）小鼠进行感觉运动神经传导和行为学测试。评估外周组织的SCA3相关病理，并通过批量RNA测序（RNA sequencing）评估KI小鼠背根神经节（dorsal root ganglia, DRG）的转录变化。为测试治疗相关性，研究人员生成了一种条件性“关闭”SCA3敲入（cKI）小鼠，并将其与Avil-Cre小鼠杂交，以选择性沉默感觉神经元中的突变型ATXN3。在Avil-Cre; cKI小鼠中重复进行外周表型分析。结果：KI小鼠出现进行性感觉运动缺陷、外周组织病理学和RNA剪接失调，与SCA3的临床特征平行。相比之下，KO小鼠显示正常的外周神经功能，表明突变型ATXN3的毒性功能获得（toxic gain-of-function）是致病驱动因素。感觉神经元特异性沉默突变型ATXN3显著改善了外周神经异常和DRG剪接失调。解释：这些发现确定了重复扩展驱动的外周神经变性在SCA3中的致病作用，将感觉神经元识别为关键治疗靶点，并为开发SCA3及相关重复扩展疾病的外周干预措施提供了临床前平台。ANN NEUROL 2026

**论文解读：建立感觉神经元作为多聚谷氨酰胺扩展的鼠源ATXN3驱动的外周神经病的治疗靶点**

**研究背景与问题**
重复扩展突变是多种神经遗传疾病的主要致病驱动因素，这些疾病常累及外周神经系统，例如强直性肌营养不良、弗里德赖希共济失调和某些脊髓小脑性共济失调。外周神经病是全球最常见的神经系统疾病，表现为感觉、运动和自主神经功能缺陷，其病因包括糖尿病、化疗、转甲状腺素蛋白家族性淀粉样神经病（ATTR）、腓骨肌萎缩症（CMT）和巨轴索神经病（GAN）等，这些病因已被充分研究。然而，重复扩展突变是否直接导致外周神经病，以及神经病在疾病整体负担和进展中的贡献程度，仍是一个关键的知识空白。小鼠模型具有精确遗传控制、统一背景和可控环境等优势，能够进行纵向评估和直接组织检测，从而可开展机制和治疗研究，但这些优势在重复扩展疾病中尚未被充分利用。本研究聚焦于最常见的常染色体显性遗传共济失调——脊髓小脑性共济失调3型（spinocerebellar ataxia type 3, SCA3），该病由ATXN3基因第10外显子中的CAG重复扩展引起，产生多聚谷氨酰胺（polyglutamine, polyQ）扩展的ATXN3蛋白。临床研究报道SCA3患者存在外周神经异常，但结果不一，从轻度感觉障碍到显著神经传导缺陷均有观察到。重要的是，在共济失调前个体中已观察到坐骨神经体积减小，提示外周病理可能先于运动症状出现。在患者死后外周组织，特别是背根神经节（dorsal root ganglia, DRG）感觉神经元中，发现了ATXN3积聚、神经元丢失和结构性神经损伤，但外周受累在临床和临床前研究中仍未被充分探索。已有的SCA3小鼠模型在运动障碍和中枢神经系统（CNS）病理方面已有较好的表征，但缺乏对神经病变表型的纵向定量评估。因此，研究人员旨在建立首个稳健的SCA3外周神经病动物模型，并系统分析其机制和治疗潜力。

**研究与结论**
研究人员利用SCA3敲入（Knock-In）Atxn3^Q300/Q6（KI）小鼠（内源性表达一个正常Atxn3 CAG⁶等位基因和一个突变CAG³⁰⁰等位基因）和Atxn3^?/?敲除（KO）小鼠，系统评估了外周神经病变表型。KI小鼠表现出进行性感觉运动神经传导异常、行为缺陷、外周组织ATXN3积累以及有髓和无髓感觉纤维丢失，这些特征与SCA3患者的临床和病理特征高度相似。相比之下，KO小鼠外周神经功能正常，表明这些表型是由突变ATXN3的毒性功能获得（toxic gain-of-function）驱动，而非功能丧失。通过批量RNA测序（RNA sequencing），研究人员在KI小鼠的DRG中发现了显著的感觉神经元富集的RNA剪接失调，这是首次在重复扩展疾病的DRG中报道此类RNA失调。为进一步验证感觉神经元在SCA3外周神经病中的细胞自主性作用，研究人员构建了一种新型条件性“关闭”SCA3敲入（conditional Knock-In, cKI）小鼠，其突变Atxn3^Q300等位基因的外显子4两侧设计有loxP位点，通过与Avil-Cre小鼠杂交，实现感觉神经元特异性沉默突变型ATXN3。结果表明，感觉神经元特异性沉默突变型ATXN3显著改善了感觉神经动作电位（SNAPs）和感觉神经传导速度（SNCVs）的降低，部分恢复了运动神经传导速度（MNCV），并完全或部分恢复了平衡木、转棒、机械和热感觉等行为学表现，以及DRG的RNA剪接失调。这些发现明确了感觉神经元作为SCA3外周神经病的关键治疗靶点，并建立了一个临床前平台，用于开发针对SCA3及相关重复扩展疾病的外周干预措施。该论文发表在《Annals of Neurology》。

**主要关键技术方法**
本研究采用的主要关键技术方法包括：1）使用SCA3敲入小鼠（KI，Atxn3^Q300/Q6）和Atxn3敲除小鼠（KO，Atxn3^?/?）进行表型分析，样本来源为密歇根大学动物设施；2）通过神经传导研究（NCS）评估感觉神经动作电位（SNAP）、感觉神经传导速度（SNCV）、复合肌肉动作电位（CMAP）和运动神经传导速度（MNCV）；3）行为学测试包括平衡木、加速转棒、von Frey机械阈值和热缩足潜伏期测试；4）组织病理学分析包括免疫组化（ATXN3积累）、透射电镜（TEM）测量有髓纤维密度、免疫荧光定量表皮内神经纤维密度；5）批量RNA测序（bulk RNA sequencing）分析DRG基因表达和可变剪接（rMATS）；6）条件性敲除小鼠（cKI）结合Avil-Cre实现感觉神经元特异性基因沉默，并通过TdTomato报告基因验证重组特异性。

**研究结果**
**1. SCA3 KI小鼠因突变ATXN3毒性功能获得而表现出感觉运动神经传导异常**
通过纵向神经传导研究，在16、24和40周龄的KI小鼠中，腓肠神经的SNAP和SNCV显著降低，而KO小鼠功能正常，表明突变ATXN3的毒性功能获得导致进行性感觉轴突丢失/功能障碍。运动神经功能（CMAP和MNCV）在KI小鼠中也显著降低，但KO小鼠正常，提示运动轴突丢失/脱髓鞘亦由毒性功能获得驱动。

**2. 突变ATXN3毒性功能获得在KI小鼠中诱导进行性感觉运动缺陷、热痛觉减退和机械脱敏**
平衡木和转棒测试显示KI小鼠从24周龄开始出现进行性运动协调缺陷，KO小鼠正常。von Frey测试显示KI小鼠在16和40周龄时机械反应阈值升高，热缩足潜伏期在24-40周龄时延迟，提示感觉减退和反射受损，而KO小鼠正常。

**3. SCA3 KI小鼠外周组织出现病理性ATXN3积累，伴有髓感觉纤维和表皮内伤害感受器丢失**
在40周龄KI小鼠的坐骨神经、DRG和脊髓中观察到明显的ATXN3积累。16周龄时，腓肠神经有髓纤维密度显著降低，且优先丢失大直径轴突。表皮内神经纤维密度在16和40周龄时均显著减少，证实小纤维神经病是SCA3 KI外周神经病理的核心特征，且由突变ATXN3毒性功能获得驱动。

**4. SCA3 KI DRG显示显著的感觉神经元RNA剪接失调，而无明显的差异基因表达变化**
批量RNA测序分析40周龄KI和WT DRG，PCA显示差异基因表达无分离，仅发现20个差异表达基因。但可变剪接分析发现692个显著剪接事件（FDR<0.05, ΔPSI>10%），其中超过50%为外显子跳跃（SE），PCA显示KI与WT明显分离。GO分析显示SE事件涉及蛋白质结合、膜组织和突触活性调控，包括Sybu、Ank2、Agrn和Nrg1等关键基因的异常剪接。将SE基因映射到小鼠DRG单核RNA测序图谱，发现剪接失调富集于感觉神经元亚型，而非胶质细胞或免疫细胞。

**5. 选择性沉默感觉神经元中的突变Atxn3可减轻外周神经病变表型和DRG剪接失调**
在新型Avil-Cre+;cKI小鼠中，突变ATXN3在感觉神经元中被选择性沉默。纵向分析显示，在12、24和36周龄，Avil-Cre+;cKI小鼠的SNAP和SNCV被完全挽救，MNCV部分恢复，CMAP无改善。平衡木和转棒表现显著改善或完全恢复，机械和热感觉缺陷得到缓解。DRG RNA测序分析表明，在Avil-Cre-;cKI与WT相比的258个显著SE事件中，206个在Avil-Cre+;cKI中完全挽救。挽救的SE事件富集于神经元突起相关GO术语，且映射到感觉神经元亚型。

**讨论与结论**
本研究建立了polyQ扩展的ATXN3与外周神经病之间的直接机制联系。SCA3 KI模型稳健地复制了患者的外周疾病特征，包括神经振幅降低、平衡和感觉缺陷、外周神经ATXN3积累以及感觉纤维丢失。这些神经病变表型伴随DRG中感觉神经元富集的剪接异常，这是首次在重复扩展疾病的DRG中报道此类RNA失调。所有缺陷均由突变ATXN3毒性功能获得驱动，而非功能丧失。感觉神经元特异性沉默突变ATXN3可挽救临床相关的外周表型，包括SNAP降低、平衡和协调障碍、感觉/反射缺陷以及DRG RNA剪接，突出了感觉神经元作为SCA3外周功能障碍的关键介质和治疗靶点。研究还指出，常用SCA3临床试验生物标志物（如共济失调评定量表、MRI容积和血清神经丝轻链）存在局限性，而SNAP作为早期、可治疗响应的生物标志物具有潜力。该研究为SCA3及相关重复扩展疾病的外周干预提供了临床前平台，并提示未来需评估其他重复扩展疾病模型中的外周表型，以及确定ATXN3敲低的阈值和治疗窗口。

**研究结论翻译**：这些发现确定了重复扩展驱动的外周神经变性在SCA3中的致病作用，将感觉神经元识别为关键治疗靶点，并为开发SCA3及相关重复扩展疾病的外周干预措施提供了临床前平台。