C9orf72 Poly(PR) 灵长类动物模型为ALS/FTD临床诊断和致病机制研究提供新的见解
近日，省部共建非人灵长类生物医学国家重点实验室/昆明理工大学灵长类转化医学研究院牛昱宇/季维智课题组与美国麻省总医院的高光坪团队在Neurobiology of Disease上联合发表了题为“C9orf72 poly(PR) aggregation in nucleus induces ALS/FTD-related neurodegeneration in cynomolgus monkeys”的研究成果。该研究在非人灵长类动物中表达C9orf72基因G4C2重复扩增突变产生的五种致病二聚体多肽蛋白之一的Poly(PR)（精氨酸-脯氨酸二聚体多肽），证明其能够导致动物表现出典型的ALS/FTD症状，通过对脑脊液中生化物的纵向追踪发现Cystatin C and Chitinase-1的表达与疾病进程相关，发现Poly(PR)在核内聚集影响了MECP2蛋白的表达是可能的关键致病机制。
肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS）是一种致死性神经退行性疾病，主要累及运动皮层和脊髓的上、下运动神经元。临床症状表现为渐进性的肌肉萎缩无力和延髓麻痹，因此患者又被称为“渐冻人”。C9orf72基因GGGCC（G4C2）重复扩增是ALS最常见的原因[1]，这种重复扩增同样与额颞叶痴呆（Frontotemporal Dementia, FTD）的发病有关[2]。C9orf72突变的携带者可能发展为伴有或不伴有明显ALS的FTD（C9-ALS/FTD）。但目前对C9orf72基因突变引起ALS/FTD的致病机制的认识仍然十分有限，更没有靶向病因的根本性有效治疗手段。其关键原因是，该基因突变导致的致病因素复杂，缺少基于关键因素构建的符合临床疾病表型特征的灵长类动物模型，影响了疾病进程追踪、关键生物标志物和致病要素筛查以及神经退行病变机制研究。
研究人员发现表达(PR)50的动物中枢系统内存在较强的小胶质细胞激活。神经组织中，神经细胞出现异常脂褐质累积，并且有髓细胞发生显著的脱髓鞘现象。对导入Poly(PR)s-AAV动物的脑脊液中进行长期监测发现Cystatin C水平呈现逐渐升高的趋势，而Chitinase-1（CHIT1）水平一直处于高表达水平。通过对感染神经组织的蛋白组学分析发现，(PR)50动物脑内Cystatin C和Chitinase-1具有较高表达水平，提示脑脊液内相关蛋白水平变化的来源。另外，组学分析发现核内失调蛋白中MECP2蛋白表达显著下调，并得到免疫印迹实验证实，提示与(PR)50表达相关。
本研究通过在中枢神经系统内表达C9orf72基因相关Poly(PR)成功在灵长类动物中诱导产生ALS/FTD样病理和行为特征，说明Poly(PR)在C9orf72基因突变中的关键致病作用。研究发现Cystatin C and Chitinase-1具有C9-ALS/FTD生物标志物潜力， MECP2蛋白失调可能与Poly(PR)在核内的聚集以及特异的有髓鞘神经元丢失相关。
原文链接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37328037/
参考文献：
- Taylor, J.P., R.H. Brown, Jr., and D.W. Cleveland, Decoding ALS: from genes to mechanism. Nature, 2016. 539(7628): p. 197-206.2.
- DeJesus-Hernandez, M., et al., Expanded GGGGCC hexanucleotide repeat in noncoding region of C9ORF72 causes chromosome 9p-linked FTD and ALS. Neuron, 2011. 72(2): p. 245-56.