黨翠嬌，姜文斐，孫傳河，廖偉龍，潘衛(wèi)東

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海 201203

散發(fā)性肌萎縮側(cè)索硬化發(fā)病機(jī)制探討：谷氨酸受體2 Q/R部位RNA無效編輯和病理性TDP-43

黨翠嬌，姜文斐，孫傳河，廖偉龍，潘衛(wèi)東

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，上海 201203

肌萎縮側(cè)索硬化；谷氨酸受體；TDP-43；鈣蛋白酶；發(fā)病機(jī)制

潘衛(wèi)東

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panwd@medmail.com.cn

黨翠嬌，姜文斐，孫傳河，等. 散發(fā)性肌萎縮側(cè)索硬化發(fā)病機(jī)制探討：谷氨酸受體2 Q/R部位RNA無效編輯和病理性TDP-43［J］. 神經(jīng)病學(xué)與神經(jīng)康復(fù)學(xué)雜志， 2016， 12（2）：94-101.

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panwd@medmail.com.cn

ABSTRACT

Inefficient glutamate receptor A2 （GluA2） Q/R site-RNA editing and related downregulation of adenosine deaminase acting on RNA2 （ADAR2） expression as well as pathological transactivation response DNA-binding protein 43-kD （TDP-43） can simultaneously occur in the same motor neurons in patients with amyotrophic lateral sclerosis （ALS）， suggesting that there may be an association among these molecular abnormalities in ALS patients. The animal experiment has found that after knock-down of ADAR2 gene， the motor neurons of

the rats showed a chronic death. The abnormal mislocalization and aggregation of TDP-43 fragments induced by ADAR2 difficiency results in nerve cell toxicity， then accelerating the degeneration and death of the motor neurons. This paper summarizes the role of inefficient GluA2 Q/R site-RNA editing and TDP-43 pathology in sporadic ALS， and discusses the possible influencing factors associated with inefficient RNA editing mediated by ADAR2，hoping to provide useful information to develop a novel therapeutic strategy for ALS.

To cite： DANG C J， JlANG W F， SUN C H， et al. Pathogenic mechanism of sporadic amyotrophic lateral sclerosis： From a perspective of inefficient GluA2 Q/R site-RNA editing and pathological TDP-43 in motor neurons. J Neurol and Neurorehabil， 2016， 12（2）：94-101.

谷 氨 酸 受 體2（glutamate receptor A2，GluA2）是谷氨酸受體亞基α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異唑-丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methl-4-isoxazole propionate，AMPA）受體的亞單位［1］，是哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)常見的一種離子型谷氨酸受體，主要介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)快速興奮性突觸傳遞。GluA2的Q/R部位Q與R的轉(zhuǎn)換可以影響受體偶合Ca2+通道的通透性，此位點(diǎn)上的Q-R轉(zhuǎn)化失敗可引起AMPA受體過度激活，使Ca2+通透性增加而引起Ca2+內(nèi)流，引發(fā)谷氨酸的興奮性毒性，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷，最終造成多種神經(jīng)性損傷及慢性神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生，如肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、致死性癲癇和帕金森病等［2］。KAWAHARA等［3］在散發(fā)性ALS患者尸檢中發(fā)現(xiàn)運(yùn)動神經(jīng)元的Q/R部位存在相當(dāng)比例未編輯的GluA2 mRNA，認(rèn)為GluR2 Q/R部位的不完全編輯是散發(fā)性ALS的主要病因，由此推斷AMPA受體拮抗劑的研究有望為ALS患者帶來新的治療方法。

反式激活應(yīng)答DNA結(jié)合蛋白43 （transactivation response DNA-binding protein 43-kD，TDP-43）是一種多功能的DNA和RNA結(jié)合蛋白。正常情況下，TDP-43在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成后轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒於€(wěn)定的多肽，而成熟的TDP-43大部分會被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核內(nèi)，與TAR DNA相結(jié)合，對細(xì)胞內(nèi)的RNA轉(zhuǎn)錄和選擇性剪接以及mRNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)具有重要作用［4-5］。運(yùn)動神經(jīng)元細(xì)胞中病理性TDP-43異常表達(dá)及錯誤定位是ALS的病理特征之一，可能與ALS的發(fā)病機(jī)制有關(guān)［6］。病理性TDP-43及GluA2 Q/R部位RNA的無效編輯可在許多散發(fā)性ALS患者的運(yùn)動神經(jīng)元中同時發(fā)生［7-8］，表明2者之間可能存在某種分子聯(lián)系。本文對GluA2 Q/R部位RNA的無效編輯和TDP-43在ALS中的病理機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 ALS及其可能的致病基因

ALS是難治的成人起病的運(yùn)動神經(jīng)元病，疾病進(jìn)展迅速，可在數(shù)年內(nèi)侵犯呼吸系統(tǒng)導(dǎo)致呼吸衰竭而致患者死亡［9］。超過90%的ALS患者為散發(fā)性。目前尚不明確散發(fā)性ALS的病因，僅極少數(shù)ALS患者（5%～10%）屬于家族性ALS （familial ALS，fALS）。目前發(fā)現(xiàn)有超過20種不同的基因突變可引起fALS［10］，包括超氧化物歧化酶1（superoxide dismutase 1，SOD1）基因、9號染色體開放閱讀框72（chromosome 9 open reading frame 72，C9ORF72）基因［11］、反式激活應(yīng)答DNA結(jié)合蛋白（transactivation response DNA-binding protein，TARDBP）基因和肉瘤融合（fused in sarcoma，F(xiàn)US）基因。這些基因突變見于50%的fALS患者。在散發(fā)性ALS患者中，僅有一小部分患者攜帶相同的致病基因，而fALS患者幾乎都攜帶不同的致病基因。由此推斷，散發(fā)性ALS與fALS可能存在不同的分子發(fā)病機(jī)制。病理性TDP-43和GluA2 Q/R部位無效編輯可同時見于許多散發(fā)性ALS患者的運(yùn)動神經(jīng)元中。盡管病理性TDP-43是散發(fā)性ALS患者的病理學(xué)特征，但在攜帶野生型TARDBP基因的TARDBP基因相關(guān)ALS患者中，RNA2的次黃嘌呤腺苷脫氨酶（adenosine deaminase acting on RNA2，ADAR2）表達(dá)下調(diào)在其中所起的作用，尚未得到證實(shí)。同樣，在SOD1相關(guān)的fALS患者和SOD1轉(zhuǎn)基因動物的運(yùn)動神經(jīng)元中均未觀察到這2種分子的異常。因此，病理性TDP-43和GluA2 Q/R部位無效編輯可能是散發(fā)性ALS發(fā)病的關(guān)鍵，有必要闡明散發(fā)性ALS和fALS的致病機(jī)制，以指導(dǎo)開發(fā)新的基因靶向治療策略。

2 散發(fā)性ALS運(yùn)動神經(jīng)元中的異常RNA編輯和ADAR2

GluA2在GluA2 mRNA前體的Q/R部位進(jìn)行編輯。通常GluA2 mRNA前體Q/R部位的腺苷轉(zhuǎn)化為肌苷（A-I），染色體組Q基因的CAG密碼子轉(zhuǎn)換為mRNA中的CIG密碼子，CIG翻譯為CGG，這是一個翻譯R的密碼子。A-I轉(zhuǎn)換總是發(fā)生在Q/R部位，在正常神經(jīng)元中，所有GluA2 mRNA的表達(dá)在此位點(diǎn)都被編輯為R（GluA2R）［3］。

在大多數(shù)散發(fā)性ALS患者的脊髓運(yùn)動神經(jīng)元中，GluA2的RNA編輯在Q/R部位發(fā)生了無效編輯。在這些患者中，發(fā)生神經(jīng)變性的運(yùn)動神經(jīng)元中均存在著未編輯的GluA2異常Q/R部位［3］，而這種未被編輯的GluA2（表達(dá)為GluA2Q）已被證實(shí)存在于大部分散發(fā)性ALS患者的病變運(yùn)動神經(jīng)元中［12］。在未發(fā)生病變的運(yùn)動神經(jīng)元及其他一些神經(jīng)變性疾病的運(yùn)動神經(jīng)元（包括進(jìn)行性脊肌萎縮癥以及SOD1相關(guān)的fALS患者的運(yùn)動神經(jīng)元）中，此位點(diǎn)均被完全編輯，未發(fā)現(xiàn)未被編輯而出現(xiàn)GluA2Q表達(dá)的情況。

功能性AMPA受體是GluA1～GluA4亞基的同源或異源四聚體。AMPA受體是否允許Ca2+通道開放，取決于AMPA受體亞基是否有GluA2Q。只有AMPA受體有GluA2Q時，才允許Ca2+內(nèi)流。在GluA2 Q/R部位，A-I轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在所有神經(jīng)元的GluA2上。幾乎所有哺乳動物的大腦神經(jīng)元只表達(dá)GluA2R，因此不存在病理性Ca2+內(nèi)流。這個部位Q-R轉(zhuǎn)化失敗可使AMPA受體表達(dá)為GluA2Q，導(dǎo)致Ca2+通透性增加，而Ca2+內(nèi)流可引起神經(jīng)元興奮性毒性增加，已證實(shí)這種變化在小鼠中可引發(fā)致死性癲癇［2］。

ADAR2能夠催化GluA2前mRNA在Q/R部位的A-I轉(zhuǎn)換。在哺乳動物中，ADAR家族包括3個結(jié)構(gòu)相近的成員，分別是ADAR1、ADAR2和ADAR3。ADAR在N端有2個或3個雙鏈RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)，在C端區(qū)域有1個脫氨酶結(jié)構(gòu)。雖然ADAR1和ADAR2使用不同底物催化A-I轉(zhuǎn)換，但ADAR3只在大腦中表達(dá)，主要是在白質(zhì)中，而在天然或人工基質(zhì)中未見表達(dá)。一項(xiàng)大腦的研究結(jié)果表明，散發(fā)性ALS患者運(yùn)動神經(jīng)元中ADAR2（非ADAR1或ADAR3）的含量顯著低于對照組和疾病控制良好組［13］。之前在全球性的基因表達(dá)研究中，雖未發(fā)現(xiàn)ALS患者運(yùn)動神經(jīng)元中ADAR2含量減少，但在實(shí)際的研究中，ADAR2表達(dá)減少在GluA2Q表達(dá)異常的ALS患者運(yùn)動神經(jīng)元中是廣泛存在的。這些結(jié)果表明，ADAR2表達(dá)下調(diào)在散發(fā)性ALS患者的運(yùn)動神經(jīng)元中是有選擇性的，對于疾病的病理變化具有特異性。

近年來通過應(yīng)用全球基因組和RNA測序分析技術(shù)，目前已初步確認(rèn)ADAR2參與了大量的GluA2中RNA的編輯［13］。ALS患者運(yùn)動神經(jīng)元中ADAR2含量減少可引起各種缺陷，包括RNA剪接的潛在改變［1-4］和神經(jīng)元興奮性控制。此外，有研究報道核不均一核糖核蛋白A2/B1（也被稱為RNA編輯增強(qiáng)子［14］）與ALS和額顳葉癡呆（frontotemporal dementia，F(xiàn)TD）的發(fā)病有關(guān)。雖然尚不清楚其中的分子機(jī)制，但有研究認(rèn)為ALS的發(fā)病可能與谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體2（excitatory amino acid transporter-2，EAAT2）異常編輯相關(guān)，也有一些學(xué)者提及了EAAT2下調(diào)在ALS發(fā)病機(jī)制中的作用。這些研究均說明了RNA編輯的改變在ALS發(fā)病機(jī)制中的重要作用。

3 異常的RNA編輯和運(yùn)動神經(jīng)元死亡

GluA2Q/R部位RNA的無效編輯在散發(fā)性ALS中的致病作用已在條件性ADAR2基因敲除小鼠（AR2小鼠）運(yùn)動神經(jīng)元中得到了證實(shí)［15］。這類小鼠攜帶ADAR2等位基因，其表達(dá)主要受控于乙酰膽堿小體的轉(zhuǎn)運(yùn)。這些AR2小鼠由于失去了ADAR2基因，因此缺乏運(yùn)動神經(jīng)元和神經(jīng)肌肉運(yùn)動單元，從而表現(xiàn)出緩慢、漸進(jìn)式的運(yùn)動功能障礙。通過內(nèi)源基因GluA2遺傳工程的干預(yù)，增加GluA2R的表達(dá)，可以減少AR2小鼠被敲除ADAR2基因所致的運(yùn)動神經(jīng)元缺失。這一研究結(jié)果表明，運(yùn)動神經(jīng)元的變性或死亡可能是由GluA2 Q/R部位RNA的無效編輯導(dǎo)致AMPA受體Ca2+通透性這一調(diào)節(jié)機(jī)制受損而引起的。雜合子AR2（AR2H）小鼠ADAR2表達(dá)減少，運(yùn)動神經(jīng)元表達(dá)GluA2Q mRNA；與純合子AR2小鼠相比，雜合子AR2小鼠運(yùn)動神經(jīng)元的ADAR2缺乏程度較小，但小鼠12月齡時的檢測結(jié)果顯示，小鼠也在經(jīng)歷著一個緩慢死亡的過程［2］。

總之，盡管GluA2Q是AMPA受體的一小部分，但小鼠GluA2Q的異常表達(dá)也不利于運(yùn)動神經(jīng)元的存活。因此，ADAR2在一個足以編輯GluA2 mRNA水平上的表達(dá)對于運(yùn)動神經(jīng)元的存活至關(guān)重要。小鼠中，GluA2 Q/R部位的編輯在運(yùn)動神經(jīng)元的死亡中具有重要作用，由此提示了GluA2Q的表達(dá)在ALS運(yùn)動神經(jīng)元發(fā)病中的作用。因此，在散發(fā)性ALS中，ADAR2表達(dá)不足引起GluA2Q的表達(dá)或許是導(dǎo)致運(yùn)動神經(jīng)元死亡的原因。

4 病理性TDP-43及其RNA編輯與ALS/FTD發(fā)病

運(yùn)動神經(jīng)元細(xì)胞中的病理性TDP-43異常表達(dá)以及錯誤定位也是ALS的另一個特異性病理特征［16］。在TDP-43異常表達(dá)的散發(fā)性ALS的神經(jīng)元中也發(fā)現(xiàn)RNA編輯率下降以及未編輯的Q/R部位異常表達(dá)增多的現(xiàn)象，而TDP-43是調(diào)節(jié)RNA合成的核蛋白，說明這2種異常之間存在關(guān)聯(lián)［17］。在FTD和阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）患者腦部的一定區(qū)域也觀察到病理性TDP-43，但是在這些異常的細(xì)胞中，未發(fā)現(xiàn)RNA編輯異常，說明病理性TDP-43與特異性疾病的發(fā)生存在多重背景。TDP-43一般在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成，成熟后大部分被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核內(nèi)，與TAR DNA結(jié)合后發(fā)揮其調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、剪輯以及參與mRNA修飾的作用，同時又具有穩(wěn)定mRNA的作用，最終被蛋白酶降解。因此，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)TDP-43的含量較低［18］。關(guān)于病理性TDP-43的發(fā)生，至少有2種假說。其一，認(rèn)為可能是由編碼TDP-43 的TARDBP基因突變引起；其二，認(rèn)為可能是由TDP-43的異常聚集以及錯誤定位所致。TDP-43是一種核蛋白，其在病理情況下被轉(zhuǎn)運(yùn)至異常的細(xì)胞質(zhì)包涵體中進(jìn)行裂解和磷酸化。在ALS患者的病理性包涵體中可檢測到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)存在異常聚集的TDP-43蛋白，這種異常的泛素化聚集無法被正常降解，具有明顯的細(xì)胞毒性［19］。

HIDEYAMA等［20］研究發(fā)現(xiàn)，病理性TDP-43是由小的聚合體構(gòu)成，而這些小的聚合體是由TDP-43在細(xì)胞質(zhì)中裂解而來的。這些小的聚合體作為種子，通過切割長鏈和裂解TDP-43來增加自身大小。TDP-43裂解依賴蛋白酶可能觸發(fā)了TDP-43的病理變化，而這種病變在SOD1相關(guān)ALS或SOD1 Tg動物模型的運(yùn)動神經(jīng)元中幾乎很少見到。此外，在散發(fā)性ALS運(yùn)動神經(jīng)元的GluA2 Q/R部位RNA的無效編輯不會發(fā)生于SOD1 Tg模型大鼠。根據(jù)TDP-43和ADAR2的變化規(guī)律，與SOD1相關(guān)的家族性ALS與散發(fā)性ALS病變的差異，說明這2種ALS的發(fā)病機(jī)制是有區(qū)別的。值得注意的是，ADAR2缺乏和病理性TDP-43這2種特異性病變在散發(fā)性ALS患者的同一個運(yùn)動神經(jīng)元中可同時觀察到，由此說明這2種異常的分子病變之間存在某些聯(lián)系，為散發(fā)性ALS所獨(dú)有。

細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TDP-43過度表達(dá)、TDP-43基因敲除、TDP-43 C端裂解或TDP-43基因突變都無法改變ADAR2的表達(dá)水平，也不能影響GluA2 Q/R部位RNA的無效編輯率，由此說明TDP-43異常表達(dá)或異常聚集并不是散發(fā)性ALS患者運(yùn)動神經(jīng)元中GluA2 Q/R部位RNA無效編輯的上游事件。在散發(fā)性ALS患者的運(yùn)動神經(jīng)元中，ADAR2下調(diào)發(fā)生在GluA2 Q/R部位RNA編輯之前是無效的，病理性TDP-43僅發(fā)生在ADAR2低表達(dá)的運(yùn)動神經(jīng)元中。在AR2和AR2H小鼠中，缺乏ADAR2的運(yùn)動神經(jīng)元經(jīng)由AMPA受體介導(dǎo)的Ca2+通道機(jī)制而走向死亡，并經(jīng)歷了細(xì)胞核中TDP-43的流失和細(xì)胞質(zhì)中TDP-43包涵體的異常聚集，由此說明病理性TDP-43可能是散發(fā)性ALS運(yùn)動神經(jīng)元中GluA2 Q/R部位RNA無效編輯的下游事件（圖1）。體外鈣蛋白酶實(shí)驗(yàn)表明，TDP-43由鈣蛋白酶特異性裂解。無論體內(nèi)還是體外，TDP-43的裂解受到內(nèi)源性和外源性鈣蛋白酶抑制劑的調(diào)控。在缺少ADAR2催化的條件下，R2小鼠與GluR-BR/R小鼠雜交所表達(dá)出的GluA2R的AMPA受體具有較低的鈣離子通透性。相反，在鈣蛋白酶抑素基因敲除小鼠的神經(jīng)元中，TDP-43裂解和錯誤定位是明顯的。上述結(jié)果表明，在AR2和AR2H小鼠中觀察到TDP-43的裂解和異常定位是通過AMPA受體Ca2+通道介導(dǎo)的鈣蛋白酶活性來實(shí)現(xiàn)的［21］。

Ca2+依賴的絲氨酸鈣蛋白酶在C端多個區(qū)域裂解TDP-43，由此產(chǎn)生的N端碎片易于聚集。與正常對照組相比，ALS患者大腦和脊髓中鈣蛋白酶的活性更高，其溶解產(chǎn)物及肌氨酸的不溶解在一定程度上證明了鈣蛋白酶對TDP-43的裂解作用，提示鈣蛋白酶調(diào)控的TDP-43裂解可能參與了ALS和AR2小鼠運(yùn)動神經(jīng)元中病理性TDP-43的發(fā)病機(jī)制［21］。

圖1　散發(fā)性肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）發(fā)病過程中谷氨酸受體2（glutamate receptor A2，GluA2）Q/R部位編輯異常與病理性反式激活應(yīng)答DNA結(jié)合蛋白43（transactivation response DNA-binding protein 43-kD，TDP-43）。目前傾向于TDP-43是GluA2 Q/R部位RNA無效編輯的下游事件的假說。首先，RNA2的次黃嘌呤腺苷脫氨酶（adenosine deaminase acting on RNA2，ADAR2）活性降低，引起GluR2 Q/R部位Q→R的編輯率減少，導(dǎo)致此部位Ca2+通透性增加，引起Ca2+內(nèi)流，繼而發(fā)生運(yùn)動神經(jīng)元變性或死亡；其中一部分可能伴有由鈣蛋白酶相關(guān)的病理性TDP-43的參與，最終影響運(yùn)動神經(jīng)元的線粒體功能，導(dǎo)致其死亡。AMPAR：α-Amino-3-hydroxy-5-methl-4-isoxazole propionate receptor（α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異　唑-丙酸受體）；SBMA：Spinal and bulbar muscular atrophy（脊髓延髓肌肉萎縮癥）

許多研究證實(shí)，TDP-43裂解是由caspase-3引起的；顆粒體蛋白功能缺失導(dǎo)致caspase-3的激活，繼而引起TDP-43裂解。caspase-3依賴的TDP-43蛋白水解可生成C端碎片（C terminal fragment，CTF）。然而，有研究者證實(shí)TDP-43 CTF是由caspase依賴的或不依賴的裂解產(chǎn)物生成的［4］，這些碎片與鈣蛋白酶及caspase-3裂解物一起，在散發(fā)性額顳葉變性（frontotemporal lobar degeneration，F(xiàn)TLD）-ALS患者的大腦和脊髓提取物中被發(fā)現(xiàn)［21］。在FTD與ALS患者的大腦和脊髓提取物中均可見到這些碎片以及鈣蛋白酶和caspase-3的裂解物。上述結(jié)果表明，caspase-3依賴的TDP-43裂解可能通過切割長鏈以及將鈣蛋白酶依賴的TDP-43碎片加工成易于聚集的片段來參與TDP-43的病理變化。然而，caspase-3裂解TDP-43遠(yuǎn)不及鈣蛋白酶有效。在興奮性毒性動物模型的大腦中，caspase-3必須經(jīng)鈣蛋白酶激活后才會變得有活性，由此說明在病理性TDP-43中，caspase的參與作用不如鈣蛋白酶。

總之，盡管TDP-43異常聚集與細(xì)胞死亡之間的直接關(guān)聯(lián)尚未明確，但可以確定的是，鈣蛋白酶依賴的TDP-43裂解在ALS的發(fā)病中具有關(guān)鍵作用。

5 TARDBP基因相關(guān)ALS和鈣蛋白酶

病理性TDP-43出現(xiàn)在TARDBP基因突變相關(guān)的ALS患者和表達(dá)野生型TDP-43的散發(fā)性ALS患者的運(yùn)動神經(jīng)元中。雖然細(xì)胞研究證實(shí)TDP-43基因突變比野生型TDP-43所致的ALS更為致命，但是通過突變型和野生型TDP-43表達(dá)相同病理改變的分子機(jī)制尚未得到闡明。ALS相關(guān)突變型TDP-43與野生型TDP-43相比，TDP-43更易被鈣蛋白酶有效裂解，這一發(fā)現(xiàn)表明鈣蛋白酶依賴的裂解在TARDBP基因相關(guān)ALS患者的運(yùn)動神經(jīng)元病理性TDP-43中具有重要作用。此外，TDP-43基因突變對鈣蛋白酶裂解的影響可以用來解釋TARDBP基因突變患者為何會發(fā)展為ALS而非FTD（或者很少）。在一個脊髓原代培養(yǎng)的神經(jīng)元中，脊髓運(yùn)動神經(jīng)元中通過AMPA受體的Ca2+內(nèi)流比在后角神經(jīng)元中的多，并且脊髓運(yùn)動神經(jīng)元中的鈣蛋白酶活性也高于其他神經(jīng)元［21］。與其他類型神經(jīng)元相比，人類和嚙齒類動物的脊髓運(yùn)動神經(jīng)元表達(dá)GluA2水平較低，提示有大量AMPA受體缺乏GluA2而導(dǎo)致大量Ca2+通過AMPA受體發(fā)生內(nèi)流；運(yùn)動神經(jīng)元中的鈣蛋白酶活性也比其他類型神經(jīng)元中的高，說明運(yùn)動神經(jīng)元與其他類型神經(jīng)元相比，有更多的AMPA受體缺乏GluA2而導(dǎo)致大量Ca2+通過AMPA受體發(fā)生內(nèi)流，繼而激活鈣蛋白酶。上述證據(jù)表明，在缺乏GluA2的情況下，運(yùn)動神經(jīng)元中產(chǎn)生了大量的TDP-43碎片，易導(dǎo)致病理性TDP-43。因此，盡管鈣蛋白酶對于病理性TDP-43至關(guān)重要，但在散發(fā)性ALS和TARDBP基因相關(guān)ALS中，不同的機(jī)制均會增加鈣蛋白酶依賴的TDP-43裂解。在散發(fā)性ALS中，通過上調(diào)包含GluA2Q的AMPA受體的Ca2+通道活性而增加Ca2+內(nèi)流，繼而激活鈣蛋白酶來增加TDP-43的裂解；在TARDBP基因相關(guān)ALS運(yùn)動神經(jīng)元中則產(chǎn)生了異常TDP-43碎片，鈣蛋白酶活性也比其他類型神經(jīng)元的高，這可能是由缺乏GluA2的AMPA受體較多而引起Ca2+內(nèi)流增加所致［4］。在散發(fā)性ALS 和TARDBP基因相關(guān)ALS的運(yùn)動神經(jīng)元中，鈣蛋白酶依賴的TDP-43片段高度聚集并在細(xì)胞質(zhì)中形成包涵體，而核質(zhì)則將TDP-43轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核而使其從細(xì)胞核中消失［21］。這些結(jié)果表明，相同的結(jié)果可源于不同的病理機(jī)制，因此在評估疾病的病理特點(diǎn)時應(yīng)仔細(xì)鑒別。

6 病理性TDP-43在其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用

病理性TDP-43不僅出現(xiàn)在ALS運(yùn)動神經(jīng)元和FTLD-TDP皮層神經(jīng)元中，還見于其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的大腦中，包括AD和外源性腦損傷；暴露于各種有害環(huán)境中的動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中也可見到病理性TDP-43。由于Ca2+通道失調(diào)和鈣蛋白酶激活可見于多種疾病，因此通過各種異常Ca2+信號通路激活的鈣蛋白酶對病理性TDP-43具有重要作用。事實(shí)上，在正常老年人的皮層神經(jīng)元和老年小鼠的運(yùn)動神經(jīng)元中均可發(fā)現(xiàn)年齡相關(guān)的鈣蛋白酶活性可能參與了TDP-43從細(xì)胞核被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)的錯誤定位過程［16， 18， 22］。深入了解在病理性TDP-43中引發(fā)Ca2+通道失調(diào)的各種途徑，可以提高對于ALS以外各類神經(jīng)系統(tǒng)疾病中病理性TDP-43產(chǎn)生的病理機(jī)制的認(rèn)知。

7 總結(jié)與展望

本文闡述了GluA2 Q/R部位RNA無效編輯在散發(fā)性ALS中的發(fā)病機(jī)制。在條件性ADAR2基因敲除小鼠（一種機(jī)械的散發(fā)性ALS小鼠模型）中，這些分子結(jié)構(gòu)的異常引起運(yùn)動神經(jīng)元死亡及病理性TDP-43。然而，目前仍無法明確TDP-43的錯誤定位是如何引發(fā)運(yùn)動神經(jīng)元死亡的，也不清楚TDP-43的錯誤定位是死亡的級聯(lián)效應(yīng)，還是僅僅是ADAR2表達(dá)下調(diào)中的一種現(xiàn)象［23］。

另一個懸而未決的問題是，為何ADAR2在ALS運(yùn)動神經(jīng)元中是下調(diào)的。最近有關(guān)ALS相關(guān)基因機(jī)能障礙的研究似乎為探索相關(guān)機(jī)制提供了線索。ALS相關(guān)基因編碼的蛋白參與RNA的加工，其中C9ORF72基因GGGGCC重復(fù)擴(kuò)增已被證實(shí)是導(dǎo)致FTD和ALS的重要原因［11］。ADARB2（或ADAR3）是RNA編輯酶譜的一員，有研究表明其可編輯產(chǎn)生異常RNA［24］。此外，在ALS患者的脊髓運(yùn)動神經(jīng)元中，細(xì)胞核富含大量核富集轉(zhuǎn)錄本（nuclear enriched abundant transcript，NEAT）1/2，已被證實(shí)與TDP-43和FUS/脂肪肉瘤轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（FUS/translocated in liposarcoma，F(xiàn)US/ TLS）有關(guān)。這些證據(jù)表明，ALS相關(guān)基因功能障礙可產(chǎn)生異常RNA，而這些異常RNA可以在ALS運(yùn)動神經(jīng)元細(xì)胞核中作為RNA和RNA結(jié)合蛋白的骨架，因此調(diào)節(jié)基因表達(dá)對于神經(jīng)元的存活至關(guān)重要［25］。在ALS運(yùn)動神經(jīng)元中，ADAR2表達(dá)下調(diào)是引起分子異常的一個原因，因此仔細(xì)檢查基因調(diào)控分子缺失對ADAR2基因表達(dá)的影響，可以為研究ADAR2表達(dá)下調(diào)與ALS發(fā)病提供線索。

鑒于ADAR2下調(diào)引起的一系列分子變化與ALS發(fā)病密切相關(guān)，因此在運(yùn)動神經(jīng)元中調(diào)節(jié)ADAR2的含量，使之足以對GluA2 Q/R部位進(jìn)行有效編輯，可能在理論上有望控制散發(fā)性ALS的進(jìn)展；同時，在細(xì)胞核中精確定位TDP-43并調(diào)控其異常聚集，均可能為研發(fā)新的ALS治療方法提供理論依據(jù)。

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Pathogenic mechanism of sporadic amyotrophic lateral sclerosis： From a perspective of inefficient GluA2 Q/R site-RNA editing and pathological TDP-43 in motor neurons

DANG Cuijiao， JIANG Wenfei， SUN Chuanhe， LIAO Weilong， PAN Weidong
Department of Neurology， Shuguang Hospital Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine， Shanghai 201203， China

PAN Weidong

Amyotrophic lateral sclerosis； Glutamate receptor； TDP-43； Calpain； Pathogenic mechanism

10.12022/jnnr.2016-0036

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號：81373619）

CONFLlCT OF lNTEREST： The authors have no conflicts of interest to disclose. Received Apr. 21， 2016； accepted for publication Jun. 5， 2016

Copyright ? 2016 by Journal of Neurology and Neurorehabilitation

FUNDlNG/SUPPORT： General Project of National Natural Science Foundation of China （No. 81373619）

谷氨酸受體2（glutamate receptor A2，GluA2）Q/R部位編輯率降低以及相關(guān)的RNA2的次黃嘌呤腺苷脫氨酶（adenosine deaminase acting on RNA2，ADAR2）的異常與病理性反式激活應(yīng)答DNA結(jié)合蛋白43（transactivation response DNA-binding protein 43-kD，TDP-43）可同時發(fā)生在肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）患者的運(yùn)動神經(jīng)元中，提示在ALS患者中，這些異常分子病變之間可能存在關(guān)聯(lián)。條件性敲除ADAR2基因的ALS小鼠可表現(xiàn)為運(yùn)動神經(jīng)元的緩慢死亡。因?yàn)槿狈DAR2可引起TDP-43的異常分布和聚集，引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞毒性，繼而加速運(yùn)動神經(jīng)元變性及死亡。本文總結(jié)了GluA2 Q/R部位RNA無效編輯的規(guī)律和病理性TDP-43在ALS發(fā)病中的作用，并討論了可能影響ADAR2介導(dǎo)的RNA無效編輯的相關(guān)因素，以期為研發(fā)新的ALS治療方法提供參考依據(jù)。