TDP-43是人體內(nèi)一個(gè)DNA和RNA結(jié)合蛋白，由TARDBP基因所編碼。它在細(xì)胞內(nèi)的RNA轉(zhuǎn)錄、剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)、翻譯以及mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)等過(guò)程中均發(fā)揮重要功能。研究者最早在肌萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS，別稱(chēng)“漸凍人”)和額顳葉變性癡呆(FTLD)患者的脊髓、皮層與海馬體樣本中發(fā)現(xiàn)了TDP-43蛋白的異常聚集，隨后在很多其他神經(jīng)退行性疾病(包括阿爾茨海默病(AD)，路易體病和亨廷頓病等)的患者腦中也發(fā)現(xiàn)了這種病理異常。領(lǐng)域內(nèi)將上述多種存在TDP-43異常的神經(jīng)退行性疾病綜合考量，統(tǒng)稱(chēng)為“TDP-43蛋白病”（TDP-43 proteinopathy）。
目前，TDP-43蛋白病均缺少有效的治療手段，具體致病機(jī)制不清，亟待深入探究，為未來(lái)開(kāi)發(fā)針對(duì)性的臨床干預(yù)手段提供理論支持。以阿爾茲海默癥為例，約30-50%的患者腦內(nèi)出現(xiàn)TDP-43病理異常，并且此類(lèi)患者海馬區(qū)萎縮的程度和認(rèn)知功能下降的程度均更為嚴(yán)重。這說(shuō)明TDP-43病理異?？赡苁谴龠M(jìn)該病惡化的一個(gè)重要原因。但是，TDP-43病理異常與海馬區(qū)的退行性病變之間到底是什么樣的邏輯聯(lián)系？這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題尚不清楚。
2021年10月25日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心陳椰林課題組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Molecular Psychiatry上發(fā)表了題為“Loss of TDP-43 function underlies hippocampal and cortical synaptic deficits in TDP-43 proteinopathies”的研究成果。該工作首次揭示了TDP-43的正常生理功能是維持高級(jí)腦區(qū)內(nèi)興奮性神經(jīng)元突觸形態(tài)與功能的必要因素，而TDP-43的缺失足以導(dǎo)致海馬和皮層突觸的大量丟失以及依賴(lài)于海馬體的相關(guān)認(rèn)知功能的受損。為了探討該功能與TDP-43蛋白疾病之間的關(guān)系，研究者們還檢測(cè)了導(dǎo)致ALS/FTLD/AD風(fēng)險(xiǎn)的8個(gè)TDP-43突變，結(jié)果表明這些突變均為功能缺失性突變。這提示TDP-43維持突觸能力的下降可能是這些突變導(dǎo)致此類(lèi)疾病的原因。TDP-43的功能缺失可能是導(dǎo)致TDP-43蛋白病中海馬體突觸退化的原因。
圖1 特異性敲低小鼠海馬區(qū)TDP-43后神經(jīng)元興奮性突觸密度降低和海馬依賴(lài)性認(rèn)知功能受損圖
該工作通過(guò)大鼠海馬體切片體外培養(yǎng)系統(tǒng)，結(jié)合在體基因敲低實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了TDP-43功能障礙對(duì)成熟的海馬體與皮層內(nèi)突觸的影響及機(jī)制。結(jié)果顯示，TDP-43敲低(KD)，降低了體外和體內(nèi)成熟突觸的密度，并且影響其正常生理功能。在敲減TDP-43之后的體系內(nèi)，回補(bǔ)野生型TDP-43蛋白可以挽救突觸缺陷。但是，回補(bǔ)刪除TDP-43的RNA結(jié)合功能域或刪除其蛋白相互作用功能域的截短突變體則完全失去了該活性。而測(cè)試的8個(gè)增加疾病風(fēng)險(xiǎn)的TDP-43突變體部分或者完全失去了該活性。尤為特別的是， M337V和A90V（唯一一個(gè)增加阿爾茲海默癥風(fēng)險(xiǎn)的TDP-43突變）這兩個(gè)突變體不僅不能回救TDP-43敲低而導(dǎo)致的突觸缺陷，其過(guò)表達(dá)本身就能夠妨礙內(nèi)源性TDP-43的正常功能，而呈現(xiàn)出顯性負(fù)性的效果。
該工作說(shuō)明TDP-43對(duì)維持海馬和皮層內(nèi)成熟興奮性突觸的形態(tài)與功能是必要的，并揭示TDP-43功能缺失在TDP-43蛋白病的海馬變性這一病理中起重要作用。該工作進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)TDP-43敲減導(dǎo)致的NMDA型谷氨酸受體蛋白水平的下降是誘導(dǎo)產(chǎn)生突觸損傷的部分原因，提示對(duì)TDP-43蛋白疾病的臨床干預(yù)不能局限于清除胞漿內(nèi)異常聚集的TDP-43蛋白，增強(qiáng)TDP-43的正常生理功能也是極為重要的，而增強(qiáng)NMDA受體的功能或許可以作為遲滯此類(lèi)疾病中突觸丟失的一個(gè)潛在策略。
中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心陳椰林研究員、耿泱副研究員為文章的共同通訊作者，倪江霞、任永飛為文章的共同第一作者。該工作得到了交叉中心的張耀陽(yáng)研究員、方燕姍研究員和劉南研究員的指導(dǎo)和支持。該研究工作在國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院資助下完成。
