該發(fā)現(xiàn)為改善大多數(shù)ALS患者的診斷和開(kāi)發(fā)新療法打開(kāi)了大門。

Credit: Joseph Klim

哈佛大學(xué)干細(xì)胞科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究指出了肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）的一個(gè)潛在的新生物標(biāo)記物和藥物靶點(diǎn)，ALS是一種非常難以診斷和治療的神經(jīng)疾病。發(fā)表在Nature Neuroscience雜志的該研究利用人類運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的干細(xì)胞模型揭示了STMN2基因作為潛在的治療靶點(diǎn)，證明了這種人類干細(xì)胞模型方法在藥物發(fā)現(xiàn)中的價(jià)值。

ALS的診斷和治療

ALS患者會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元喪失和進(jìn)行性麻痹。經(jīng)過(guò)一段漫長(zhǎng)的診斷過(guò)程，他們可能存活5年。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已經(jīng)批準(zhǔn)了兩種ALS藥物，但它們只能減緩病情。

除了對(duì)更多的ALS患者有效的治療之外，還迫切需要對(duì)ALS進(jìn)行有力的測(cè)試。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，科學(xué)家們需要找到一個(gè)可靠的疾病生物標(biāo)志物。

TDP-43：ALS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)了一種叫做TDP-43的蛋白聚集物。這種蛋白質(zhì)本應(yīng)存在于這些神經(jīng)元的細(xì)胞核中，但它卻被沖出去，并在細(xì)胞質(zhì)中積聚起來(lái)。

很明顯，神經(jīng)元垃圾處理系統(tǒng)（稱為蛋白酶體）中的一些基因與TDP-43的相互作用導(dǎo)致了ALS。但是，涉及哪些基因以及它們?cè)谧鍪裁催€不得而知。

編碼TDP-43的基因發(fā)生突變，從而引發(fā)ALS。它被傳給后代，然后他們發(fā)展成肌萎縮側(cè)索硬化癥，或在某些情況下，發(fā)展成額顳部癡呆癥（FTD）。自從在肌萎縮側(cè)索硬化癥患者中發(fā)現(xiàn)TDP-43聚集物以來(lái)，它們一直被認(rèn)為是該病的標(biāo)志。

研究人員在做什么

TDP-43是許多與RNA結(jié)合的蛋白質(zhì)之一，RNA負(fù)責(zé)傳遞遺傳信息，并將信息轉(zhuǎn)變成特定的蛋白，比如一些神經(jīng)元生長(zhǎng)所需的蛋白。

研究人員首次確定了在人類神經(jīng)元中由TDP-43蛋白調(diào)節(jié)的所有可能的RNA類型。到目前為止，類似的研究只在老鼠和癌細(xì)胞系中進(jìn)行。

然后，他們研究了當(dāng)他們操縱TDP-43時(shí)每個(gè)基因發(fā)生了什么。

研究人員的發(fā)現(xiàn)

研究人員降低了來(lái)自人類干細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中TDP-43蛋白的水平。然后，利用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被操縱時(shí)大約有1000個(gè)基因發(fā)生改變，其中有一個(gè)基因很突出：Stathmin2 （STMN2），一個(gè)在神經(jīng)生長(zhǎng)和修復(fù)中起重要作用的基因。

“一旦我們將TDP-43與另一個(gè)關(guān)鍵基因STMN2的缺失聯(lián)系起來(lái)，我們就能看到運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元在ALS中是如何開(kāi)始衰竭的。”哈佛大學(xué)干細(xì)胞與再生生物學(xué)系（HSCRB）博士后Joseph Klim說(shuō)。

“隨著我們的人類干細(xì)胞模型已經(jīng)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了患者的病情，Joseph繼續(xù)在這個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試，以確定修復(fù)Stathmin2是否能夠挽救由干擾TDP-43引起的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元細(xì)胞變性。在我相信能給病人帶來(lái)巨大希望的一系列漂亮的實(shí)驗(yàn)中，他繼續(xù)證明了事實(shí)確實(shí)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)胞與再生生物學(xué)教授Kevin Eggan說(shuō)。
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研究人員觀察到，如果沒(méi)有TDP-43，STMN2完美的蛋白質(zhì)制造指令會(huì)變成無(wú)意義的指令。

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)TDP-43在細(xì)胞核中的水平降低時(shí)，一個(gè)神秘的外顯子被拼接到STMN2信使RNA中。基本上刪除了它制造功能蛋白的指令，”Klim解釋說(shuō)。“這導(dǎo)致STMN2蛋白的缺失從而不能創(chuàng)造運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元軸突修復(fù)或生長(zhǎng)所需的成分。”

雙重和三重檢查

下一步是看看他們的發(fā)現(xiàn)是否真實(shí)反映了病人的生物學(xué)特征。他們利用ALS患者尸檢樣本的RNA測(cè)序研究的數(shù)據(jù)。與對(duì)照組相比，這些罕見(jiàn)的數(shù)據(jù)集與研究小組在人類干細(xì)胞模型中的原始發(fā)現(xiàn)相呼應(yīng)。來(lái)自ALS患者脊髓的數(shù)據(jù)反映出存在隱藏的外顯子，但來(lái)自對(duì)照組的數(shù)據(jù)沒(méi)有。

“因?yàn)槲覀冇腥藖?lái)源的多能干細(xì)胞，我們可以在培養(yǎng)皿中制造與肌萎縮側(cè)索硬化癥相關(guān)的細(xì)胞，并在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中研究這個(gè)非常具體的問(wèn)題：人類中所有能調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的基因和遺傳因子有哪些?！盦-State Biosciences公司的Luis Williams補(bǔ)充說(shuō)，他在哈佛大學(xué)干細(xì)胞與再生生物學(xué)的博士論文是這項(xiàng)研究的第一個(gè)主要步驟。

為什么該研究很重要

“這些實(shí)驗(yàn)指向一條明確的道路，以測(cè)試患者修復(fù)Stathmin2是否能減緩或停止其疾病?！盓ggan教授說(shuō)，“我們的發(fā)現(xiàn)表明了一種開(kāi)發(fā)ALS潛在治療方法的明確方法——一種可以干預(yù)除極少數(shù)個(gè)體以外的所有個(gè)體，不管其疾病的遺傳原因如何?！?/span>

原文檢索：ALS-implicated protein TDP-43 sustains levels of STMN2, a mediator of motor neuron growth and repair