超氧化物歧化酶?1 D90A突变纯合肌萎缩侧索硬化症患者种子传递两类SOD1聚集物及运动神经元疾病

《Acta Neuropathologica》：Seeds from ALS patients homozygous for the SOD1 D90A mutation transmit two types of SOD1 aggregation and motor neuron disease

　　

超氧化物歧化酶?1（SOD1）突变是肌萎缩侧索硬化症（ALS）的常见病因。遗传通常呈显性，但在最常见突变D90A携带者中，疾病主要在纯合子中出现。越来越多证据表明，SOD1聚集物的朊病毒样传播是核心致病机制。在ALS的人源SOD1（hSOD1）转基因（Tg）小鼠模型中已发现两种结构不同的聚集株。A株由多数突变体（包括hSOD1G85R）及纯合hSOD1WT Tg小鼠形成；纯合hSOD1D90A Tg小鼠形成独特的B株，但也形成A株。将Tg小鼠的A株和B株种子制备物接种至成年hSOD1G85R小鼠腰髓可诱导模板化扩散的hSOD1聚集及早发ALS样疾病。携带hSOD1G127X截断突变ALS患者的种子同样传递了A株聚集与疾病。本研究探讨取自六例hSOD1D90A纯合患者脊髓前角的种子能否向成年hSOD1G85R Tg小鼠传递聚集与疾病。尽管长生存期D90A患者存在广泛变性及运动神经元丢失，其中两例种子显著缩短Tg小鼠生存，一例传递A株、另一例传递B株hSOD1聚集模式。四例人类对照的九种制备物均无效应。结果表明两种不同聚集株可在hSOD1D90A纯合ALS患者中出现并传播，进一步支持hSOD1聚集的朊病毒样传播是SOD1连锁ALS主要致病机制的假说。

研究背景与立项依据：肌萎缩侧索硬化症（ALS）以成人起病的上、下运动神经元变性为特征，SOD1突变占患者1–9%，其中D90A为最高频突变且多呈常染色体隐性遗传，患者中位生存约14年，脊髓前角（ lamina IX）运动神经元严重耗竭。既往研究已在hSOD1转基因（Tg）小鼠及G127X、A4V、N139K等突变ALS患者尸检脊髓中证实hSOD1聚集物具备朊病毒样种子活性，可模板化诱导受体小鼠扩散聚集并早发ALS样病；小鼠中已定义两种结构株——A株（多数突变及hSOD1^WT纯合形成）与B株（hSOD1^D90A纯合为主，兼见A株）。但D90A纯合患者因长期病程致前角残存运动神经元极少、种子量极低，其组织是否仍具传递能力及传递何种株型尚未可知，本研究即针对此空白开展。

研究对象与方法概要：研究人员取六例hSOD1^D90A纯合ALS患者腰椎前角（含整个lamina IX）及四例对照共十例尸检组织，按三种匀浆—超声—碘克沙醇（Iohexol）垫超速离心富集大分子量蛋白聚集体方案制备种子；以100日龄无症状hSOD1^G85R半合Tg小鼠（C57BL/6回交>30代）为受体，立体定位单侧腰髓L2–L3腹角注射1 μL种子；终点采用双位点表位映射（Binary Epitope Mapping，BEM，以抗hSOD1片段4–20、24–39、43–57、57–72、80–96、100–115、131–153及G127X特异111–127抗体判定A/B株指纹）、免疫组化（aa 57–72染A+B、aa 111–127染B）及沿神经轴定量扩散，并以Kaplan–Meier/log-rank检验生存差异。

研究结果

Seeds from homozygous hSOD1^D90A patients transmit motor neuron disease：六例D90A种子中A1与A2显著缩短hSOD1^G85R小鼠生存（相较未接种及四对照九制备物），其余四例无效应；对照（人及C57BL/6小鼠）接种群生存与未接种重叠。

Structure of aggregates and spread along the neuraxis：BEM显示A2接种鼠全呈A株模式；A1接种鼠中生存最短两只（A1:1、A1:2）呈典型B株、其余呈A株；A3–A6最短生存鼠仅见A株；聚集沿腰—胸—颈髓及延髓模板化扩散，腰髓接种后以下肢起病为主（A2组11/12、A1组10/10）。

Histopathology：aa 57–72抗体DAB染色示A1/A2鼠腰髓前角丰富聚集；aa 111–127仅A1:1、A1:2强染，印证B株存在；共聚焦双标确认A1:1/2并存A+B株，A1:3/5、A2及对照仅A株。

讨论与结论翻译：尽管既往已在三种杂合SOD1突变患者中枢制备物中见朊病毒样播种效应，但对235余种SOD1突变的人类原发机制仍知之甚少。本研究首次证明D90A纯合患者（前角运动神经元几近耗尽、种子仅含pg级聚集hSOD1及约5万倍其他蛋白）中两例仍传递早发ALS样病，且分别模板化出A株与B株，对照无此效；播种活性与总去垢剂不溶SOD1量无关，提示仅其中亚 Fraction具朊活性。A1种子效价较低且其鼠群中仅最短生存者显B株，符合B株传播较A株慢约30%、易被受体自发A株淹没之既往动力学。两例有效种子对应临床表型（A1早发短程、A2晚发长程）与小鼠株型倾向一致但未足下定论。结论：取自hSOD1^D90A纯合ALS患者前角之种子可在hSOD1^G85R Tg小鼠中传递早发运动神经元病及扩散之A株或B株hSOD1聚集；D90A蛋白虽近野生型稳定且高表达，G127X则失活微量，二者种子皆传病，进一步支持hSOD1聚集之朊病毒样传播系SOD1连锁ALS普遍主要致病机制。该文发表于《Acta Neuropathologica》。