靈長類動物模型為ALS/FTD臨床診斷和致病機制研究詳解

瀏覽次數：951　發布日期：2023-7-14　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

近日，省部共建非人靈長類生物醫學國家重點實驗室/昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院牛昱宇/季維智課題組與美國麻省總醫院的高光坪團隊在Neurobiology of Disease上聯合發表了題為“C9orf72 poly(PR) aggregation in nucleus induces ALS/FTD-related neurodegeneration in cynomolgus monkeys”的研究成果。該研究在非人靈長類動物中表達C9orf72基因G4C2重復擴增突變產生的五種致病二聚體多肽蛋白之一的Poly(PR)（精氨酸-脯氨酸二聚體多肽），證明其能夠導致動物表現出典型的ALS/FTD癥狀，通過對腦脊液中生化物的縱向追蹤發現Cystatin C and Chitinase-1的表達與疾病進程相關，發現Poly(PR)在核內聚集影響了MECP2蛋白的表達是可能的關鍵致病機制。

肌萎縮側索硬化癥（Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS）是一種致死性神經退行性疾病，主要累及運動皮層和脊髓的上、下運動神經元。臨床癥狀表現為漸進性的肌肉萎縮無力和延髓麻痹，因此患者又被稱為“漸凍人”。C9orf72基因GGGCC（G4C2）重復擴增是ALS最常見的原因[1]，這種重復擴增同樣與額顳葉癡呆（Frontotemporal Dementia, FTD）的發病有關[2]。C9orf72突變的攜帶者可能發展為伴有或不伴有明顯ALS的FTD（C9-ALS/FTD）。但目前對C9orf72基因突變引起ALS/FTD的致病機制的認識仍然十分有限，更沒有靶向病因的根本性有效治療手段。其關鍵原因是，該基因突變導致的致病因素復雜，缺少基于關鍵因素構建的符合臨床疾病表型特征的靈長類動物模型，影響了疾病進程追蹤、關鍵生物標志物和致病要素篩查以及神經退行病變機制研究。

研究人員分別將攜帶編碼致病和非致病Poly(PR)的scAAV病毒導入到食蟹猴大腦皮層（M1和PFC）、腦室和脊髓（Cervical和Lumbar）中。組織學檢測發現致病型二聚體多肽蛋白(PR)50和非致病型(PR)5成功表達并聚集在感染細胞的核內（圖1）。此外，研究人員還發現相較于2個月，病毒注射12個月后(PR)50陽性細胞數量顯著減少，提示其對神經細胞的毒性作用，這與臨床上的病理學表現一致。模型動物表型追蹤發現，表達(PR)50的動物表現出漸進性的肌肉萎縮和行為學異常，如運動減少、利手改變、工作記憶減退等，肌肉電生理和病理檢測發現臨床ALS樣神經源性肌肉病變，提示Poly(PR)的關鍵致病作用。

圖1 Poly(PR)s-AAV的導入和表達

研究人員發現表達(PR)50的動物中樞系統內存在較強的小膠質細胞激活。神經組織中，神經細胞出現異常脂褐質累積，并且有髓細胞發生顯著的脫髓鞘現象。對導入Poly(PR)s-AAV動物的腦脊液中進行長期監測發現Cystatin C水平呈現逐漸升高的趨勢，而Chitinase-1（CHIT1）水平一直處于高表達水平。通過對感染神經組織的蛋白組學分析發現，(PR)50動物腦內Cystatin C和Chitinase-1具有較高表達水平，提示腦脊液內相關蛋白水平變化的來源。另外，組學分析發現核內失調蛋白中MECP2蛋白表達顯著下調，并得到免疫印跡實驗證實，提示與(PR)50表達相關。

圖2. 模型動物腦組織蛋白組學分析和腦脊液生物標志物分析

本研究通過在中樞神經系統內表達C9orf72基因相關Poly(PR)成功在靈長類動物中誘導產生ALS/FTD樣病理和行為特征，說明Poly(PR)在C9orf72基因突變中的關鍵致病作用。研究發現Cystatin C and Chitinase-1具有C9-ALS/FTD生物標志物潛力， MECP2蛋白失調可能與Poly(PR)在核內的聚集以及特異的有髓鞘神經元丟失相關。