由哈佛大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種潛在的新的肌萎縮側(cè)索硬化癥(ALS)生物標(biāo)志物和藥物靶點(diǎn)。發(fā)表在《自然神經(jīng)科學(xué)》(Nature Neuroscience)雜志上的這項(xiàng)研究(“als - protein TDP-43維持著運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元生長(zhǎng)和修復(fù)介質(zhì)STMN2的水平”)依靠人體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的干細(xì)胞模型揭示了STMN2基因作為潛在治療靶點(diǎn)的可能性。

“ALS患者幾乎普遍表現(xiàn)為RNA結(jié)合蛋白TDP-43的病理定位錯(cuò)誤，其基因突變導(dǎo)致家族性ALS，這一發(fā)現(xiàn)已經(jīng)將RNA代謝的改變列為一種疾病機(jī)制。”然而，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中TDP-43調(diào)控的rna及其與神經(jīng)病變的關(guān)系尚待確定。在這里我們報(bào)告的轉(zhuǎn)錄本，其豐富的人類運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是敏感的TDP-43耗竭。值得注意的是，編碼微管調(diào)節(jié)器的STMN2在TDP-43基因被敲除和TDP-43定位錯(cuò)誤后，以及在患者特異性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和死后患者脊髓中的表達(dá)都有所下降，”研究人員寫道。

“TDP-43功能降低時(shí)，STMN2的損失是由于剪接改變?cè)斐傻?，剪接改變?cè)诠δ苌虾苤匾?，我們證明STMN2對(duì)正常軸突的生長(zhǎng)和再生是必要的。”值得注意的是，STMN2的翻譯后穩(wěn)定挽救了TDP-43耗竭誘導(dǎo)的神經(jīng)突生長(zhǎng)和軸突再生缺陷。我們認(rèn)為，恢復(fù)STMN2的表達(dá)是ALS的治療策略之一。

美國(guó)食品和藥物管理局已經(jīng)批準(zhǔn)了兩種ALS藥物，但它們只能減緩病情。研究人員說，除了一種對(duì)更多ALS患者有效的治療方法外，還需要一種有效的ALS檢測(cè)方法，這取決于一種可靠的生物標(biāo)志物。

大約10年前，科學(xué)家在ALS患者的死后神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)了一種名為TDP-43的蛋白質(zhì)。這種蛋白質(zhì)本應(yīng)該存在于這些神經(jīng)元的細(xì)胞核中，但它卻被沖出來，在細(xì)胞質(zhì)中堆積。

在蛋白酶體中起作用的一些基因與TDP-43相互作用，導(dǎo)致了ALS。但是哪些基因參與其中，它們?cè)谧鍪裁?，目前還不清楚。

編碼TDP-43的基因可以發(fā)生突變，引發(fā)ALS。它會(huì)傳給下一代，然后他們要么患上ALS，要么在某些情況下患上額顳葉癡呆(FTD)。自從在ALS患者中發(fā)現(xiàn)TDP-43聚集物以來，它們一直被認(rèn)為是該疾病的標(biāo)志。

TDP-43是許多與RNA結(jié)合的蛋白質(zhì)之一。研究人員首次著手確定，在人類神經(jīng)元中，所有可能受TDP-43蛋白調(diào)控的RNA類型。然后，他們觀察了在操縱TDP-43時(shí)每個(gè)基因發(fā)生了什么變化。到目前為止，這類研究只在小鼠和癌細(xì)胞系中進(jìn)行過。

研究人員降低了人類干細(xì)胞源性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中TDP-43蛋白的水平。然后，通過rna測(cè)序，他們分析了這些細(xì)胞中基因表達(dá)的變化。在TDP-43被操縱后改變的大約1000個(gè)基因中，有一個(gè)脫穎而出:Stathmin2 (STMN2)，這是一個(gè)對(duì)神經(jīng)生長(zhǎng)和修復(fù)非常重要的基因。STMN2的變化與TDP-43一致。

一旦我們找到了TDP-43和另一個(gè)關(guān)鍵基因STMN2缺失之間的聯(lián)系，我們就可以看到肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(ALS)中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是如何開始失效的。

“隨著我們的人類干細(xì)胞模型準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了患者的病情，喬繼續(xù)在這個(gè)系統(tǒng)中測(cè)試，固定Stathmin2是否可以挽救TDP-43干擾導(dǎo)致的我們培養(yǎng)皿中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元退化。”在一系列美麗的實(shí)驗(yàn)中，我相信這些實(shí)驗(yàn)給病人帶來了巨大的希望，他進(jìn)一步證明了事實(shí)正是如此:挽救Stathmin2的表達(dá)挽救了運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的生長(zhǎng)，”哈佛大學(xué)干細(xì)胞和再生生物學(xué)教授Kevin Eggan博士補(bǔ)充道。

研究人員觀察到，如果沒有TDP-43, STMN2的蛋白質(zhì)生成指令就會(huì)變得毫無意義。

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞核內(nèi)的TDP-43水平降低時(shí)，一個(gè)神秘的外顯子被拼接到stmn2信使RNA中。這基本上刪除了它制作功能性蛋白質(zhì)的指令，”Klim解釋說。“STMN2無法制造出修復(fù)或生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元軸突的重要部件。”

下一步是看他們的發(fā)現(xiàn)是否反映了病人生理的現(xiàn)實(shí)。他們從使用ALS患者尸檢樣本的RNA測(cè)序研究中獲得數(shù)據(jù)。與對(duì)照組相比，這些數(shù)據(jù)集與該小組在人類干細(xì)胞模型中的原始發(fā)現(xiàn)相呼應(yīng)。來自als患者脊髓的數(shù)據(jù)映射到隱外顯子，但來自對(duì)照組的數(shù)據(jù)沒有。

細(xì)胞生物學(xué)主任路易斯·威廉姆斯博士Q-State生物科學(xué),他的博士論文在HSCRB是在這項(xiàng)研究中,一個(gè)關(guān)鍵步驟補(bǔ)充說,“因?yàn)槲覀內(nèi)祟惼鹪吹亩嗄芨杉?xì)胞,我們可以在培養(yǎng)皿中細(xì)胞相關(guān)的肌萎縮性側(cè)索硬化癥和調(diào)查這非常具體的問題正確的上下文:與人類基因組和遺傳因素調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。”

Eggan解釋說:“這些實(shí)驗(yàn)為測(cè)試修復(fù)患者體內(nèi)的Stathmin2是否能夠減緩或阻止他們的疾病指明了一條清晰的道路。”“我們的發(fā)現(xiàn)為開發(fā)一種治療漸凍人的潛在療法提供了明確的途徑，這種療法可以干預(yù)除極少數(shù)人以外的所有人，而不管他們疾病的遺傳原因是什么。”