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肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种致命的成人发病神经退行性疾病，患者通常在诊断后2-5年内死亡。其特征是上下运动神经元进行性丧失，伴随骨骼肌无力和萎缩。尽管ALS的发病机制尚未完全阐明，但神经肌肉接头（NMJ）功能障碍已被确认为疾病进展的最早事件之一。近期研究表明，骨骼肌本身可能参与ALS相关的NMJ破坏，而不仅仅是运动神经元病变的被动受害者。

2022年8月19日，来自中佛罗里达大学的James J. Hickman团队在《Biomaterials》上发表题为“ALS mutations in both human skeletal muscle and motoneurons differentially affects neuromuscular junction integrity and function”的研究。该研究利用人诱导多能干细胞（iPSC）衍生的骨骼肌和运动神经元，系统探究了ALS中骨骼肌和运动神经元对NMJ病理的各自贡献。结果表明，独立于运动神经元病变的ALS骨骼肌固有缺陷同样会损害NMJ的完整性和功能。

研究结果

1. iPSC衍生的骨骼肌与运动神经元共培养形成NMJ

研究者前期已对两个SOD1突变系（SOD1^L144P和SOD1^E100G）进行了功能表征，发现其表现出肌原性降低、肌管形态萎缩、线粒体功能受损以及电刺激诱发的收缩功能下降。在此基础上，研究者构建了四种共培养体系：hSKM^WT-hMN^WT（正常对照）、hSKM^SOD1-hMN^WT（仅骨骼肌突变）、hSKM^WT-hMN^SOD1（仅运动神经元突变）和hSKM^SOD1-hMN^SOD1（双突变），以解析不同组织特异性突变对NMJ的影响。共培养第14天和第17天，通过功能性NMJ测试验证了突触形成，所有组合均观察到NMJ结构。

2. SOD1突变培养物中NMJ数量减少

量化结果显示，hSKM^SOD1-hMN^SOD1共培养物的NMJ数量最少，显著低于正常对照。其次，hSKM^SOD1-hMN^WT的NMJ数量也显著减少，而hSKM^WT-hMN^SOD1在第14天同样低于对照。值得注意的是，hSKM^SOD1L144P-hMN^WT的NMJ数量在第17天较第14天略有回升，而hSKM^SOD1E100G-hMN^WT则未见恢复，提示不同SOD1突变对NMJ形成的影响存在差异。

3. SOD1突变损害NMJ传递保真度

NMJ保真度衡量运动神经元至骨骼肌信号传递的可靠性。与正常对照相比，所有ALS模型在1 Hz和2 Hz高频刺激下均表现出收缩保真度下降。其中，hSKM^SOD1-hMN^WT和hSKM^SOD1-hMN^SOD1的保真度降低尤为显著，而hSKM^WT-hMN^SOD1的下降程度较轻。有趣的是，与SOD1^E100G运动神经元共培养的正常骨骼肌也表现出保真度下降，而SOD1^L144P则无此效应，提示不同突变可能通过不同机制（如前馈恶化信号）影响NMJ功能。

4. SOD1突变降低NMJ稳定性并增加疲劳指数

NMJ稳定性反映突触在持续活动后维持功能的能力。结果显示，ALS骨骼肌突变显著降低NMJ稳定性，且其影响程度超过运动神经元突变。此外，骨骼肌无力和易疲劳性是ALS的临床标志，研究者发现ALS骨骼肌的内在缺陷显著加剧了NMJ的疲劳指数，表明骨骼肌本身在ALS疲劳症状中扮演重要角色。

结论与意义

本研究证实，独立于运动神经元病变的ALS骨骼肌固有形态和功能缺陷同样会损害NMJ的完整性和功能。此外，ALS骨骼肌的存在会加重症状严重程度，提示骨骼肌并非运动神经元功能障碍的被动结果，而可能是ALS发病机制中的主动参与者。因此，改善ALS骨骼肌状况可能有助于减轻疾病症状，在开发治疗方法时应将骨骼肌作为重要靶点。最后，ALS是一种具有多种相关基因突变的异质性疾病，本研究建立的生理学平台可扩展用于探索其他家族性ALS突变及散发性ALS的机制。