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在加拿大，约有3,000至4,000人患有肌萎缩侧索硬化症（ALS），这是一种目前仍无法治愈的疾病。ALS最广为人知的特点是运动神经元的退化，而运动神经元负责控制肌肉运动，导致进行性肌无力、瘫痪，并最终因呼吸衰竭而死亡。一项发表在《自然-通讯》上的新研究发现，在TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）相关ALS（该病最常见的一种亚型，约占所有ALS病例的97%）中，运动神经元的退化可能是可逆的。在TDP-43 ALS的秀丽隐杆线虫（C. elegans）模型中，研究者使用了碱基编辑（一种不造成DNA双链断裂的CRISPR技术）来修正TDP-43基因中的一个错义突变。在基因修正后，运动轴突的退化（通过电子显微镜评估）被阻止，且线虫的爬行行为（运动功能）得到了恢复。这些发现表明，即使在疾病症状出现后，TDP-43蛋白聚集体的清除可能使运动神经元恢复活力，并逆转ALS的进展。

ALS的遗传学

约5-10% 的ALS病例为家族性（遗传性），而90-95% 为散发性（病因不明）。已被识别的ALS相关基因包括C9orf72、SOD1、TARDBP、FUS、TBK1、NEK1。其中，TARDBP基因编码TDP-43蛋白，该蛋白在97% 的ALS病例（以及45% 的额颞叶痴呆（FTD）病例）中形成细胞质聚集。

TDP-43的功能

TDP-43是一种RNA结合蛋白，在健康神经元中，它定位于细胞核，参与RNA剪接和mRNA的稳定化。在ALS中，TDP-43在细胞质中聚集（形成“应力颗粒”），并可能在细胞核中功能丧失（剪接缺陷）。在秀丽隐杆线虫中，TDP-43的过度表达会导致运动神经元轴突变性，并损害其爬行能力。

核心发现

1. 碱基编辑修正了TDP-43突变

在携带TDP-43（A315T）突变的秀丽隐杆线虫中，使用碱基编辑技术可将A·T碱基对修正为G·C碱基对（即“腺嘌呤碱基编辑器”（ABE））。通过这种修正，线虫的运动神经元退化和运动功能障碍得到了改善。

2. TDP-43聚集体是动态的

通过长期（数天至数周）的活体成像观察，TDP-43::GFP融合蛋白（绿色荧光蛋白标记的TDP-43）的聚集和清除过程是动态的。在运动神经元中，TDP-43会与热休克蛋白（HSP70、HSP90）等蛋白相互作用，形成应力颗粒，但在基因修正后，这些颗粒可以被清除。

机制

该研究提出，TDP-43在细胞核中功能丧失（导致RNA剪接缺陷），以及在细胞质中功能获得（毒性聚集）共同导致了ALS的进展。碱基编辑可恢复TDP-43的正常剪接功能，并可能通过自噬或蛋白水解作用清除细胞质中的聚集物。

临床意义

1. 反义寡核苷酸（ASO）疗法

针对SOD1-ALS的反义寡核苷酸疗法（tofersen）已获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准。靶向TARDBP mRNA的反义寡核苷酸疗法可促进TDP-43 RNA的降解，或破坏TDP-43聚集物的形成。

2. 碱基编辑疗法

目前正在开发基于腺相关病毒（AAV）载体递送的碱基编辑技术（如ABE8e），可用于在体内修正运动神经元中的TDP-43突变。

局限性与未来方向

局限：

• 动物模型（秀丽隐杆线虫）：与人类相比，秀丽隐杆线虫寿命较短（约2-3周），且其神经系统简单（只有302个神经元）。

• 递送障碍：AAV载体可穿透血脑屏障（BBB），但需要对TDP-43在运动神经元和皮质脊髓束（CST）神经元中的表达进行细胞类型特异性的调控。

• 只关注了TARDBP突变的修正：本研究未涉及散发性ALS（TDP-43蛋白病理，但无TARDBP突变）的修正。

未来方向：

1. 在TDP-43 ALS小鼠模型中进行碱基编辑：利用AAV9（携带ABE8e）递送碱基编辑系统，以修正TDP-43（A315T）突变，并评估其是否能延缓疾病进展（通过转棒试验和握力测试）。

2. 反义寡核苷酸疗法：在TDP-43 ALS小鼠模型中鞘内注射反义寡核苷酸（ASO），以敲低TDP-43的表达，并评估其对运动功能和存活率的影响。

3. 生物标志物：在散发性ALS患者的脑脊液（CSF）中检测磷酸化TDP-43（p-TDP-43）的水平，将其作为靶点参与的生物标志物。

结论

这项发表在《自然-通讯》上的研究首次证明，在TDP-43 ALS的秀丽隐杆线虫模型中，对TDP-43基因（A315T）进行碱基编辑可阻止运动神经元退化，并恢复爬行行为。 这些发现表明，即使在症状出现后，运动神经元的功能可能仍然具有可塑性，并且TDP-43的聚集可能是可逆的。对于ALS患者及其家属而言，这项研究为开发能够阻止甚至逆转疾病进展的基因疗法带来了新的希望。