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在几乎所有的渐冻症（ALS）患者以及一半的阿尔茨海默病（AD）和额颞叶痴呆（FTD）患者中，都出现了一种名为TDP-43的RNA结合蛋白从其在正常定位的细胞核中丢失并在细胞质中聚集的现象，这会导致微管稳定调节因子Stathmin-2蛋白（由STMN2基因表达）的缺失，Stathmin-2蛋白对神经元的再生和维持它们与肌肉纤维的连接至关重要，是肌肉收缩和运动所必须的。Stathmin-2蛋白的缺失导致运动神经元与肌肉之间的连接断开，导致渐冻症患者的疾病特征——瘫痪。
(相关资料图)
2023年3月16日，加州大学圣地亚哥分校的DonW.Cleveland等人在Science期刊发表了题为：MechanismofSTMN2crypticsplice-polyadenylationanditscorrectionforTDP-43proteinopathies的研究论文。
该研究确定了TDP-43与STMN2基因前体mRNA的第一个内含子中一段富含GU的序列的结合是STMN2基因前体mRNA正确剪接所必须的。TDP-43功能障碍会导致STMN2基因前体mRNA的错误剪接，从而导致Stathmin-2蛋白缺失，以及进一步的运动能力丧失和瘫痪。
研究团队进一步设计了反义寡核苷酸（ASO），将其注射到人源化小鼠模型脑脊液中，能够在独立于TDP-43的情况下，恢复STMN2基因前体mRNA正确剪接，从而恢复statmin-2蛋白水平以及神经元轴突再生。
这项新研究建立DonCleveland等人关于TDP-43蛋白作用和丢失的研究基础上，TDP-43是一种与渐冻症、阿尔茨海默病、额颞叶痴呆等神经退行性疾病密切相关的蛋白质。在渐冻症患者中，TDP-43的缺失会影响支配和触发骨骼肌收缩的运动神经元，导致这些运动神经元退化，最终导致患者丧失运动能力、瘫痪，直至死亡。
TDP-43是一种正常情况下定位于细胞核的蛋白质，它在mRNA的中间产物成熟过程中起着重要作用。而在几乎所有的渐冻症患者、一半的阿尔茨海默病和额颞叶痴呆患者中，TDP-43从细胞核中丢失，错误的在细胞质中聚集。这会导致多达数百个基因的表达水平改变，其中影响最大的是STMN2基因。
STMN2基因的外显子2a不出现在其成熟的mRNA中，而当TDP-43功能异常时，外显子2a就会被错误剪接在mRNA中，外显子2a中包含了终止密码子，导致mRNA的翻译提前制止，从而导致STMN2基因编码的Stathmin-2蛋白的缺失。而Stathmin-2蛋白是维持运动神经元与肌肉连接所需的。
如果Stathmin-2蛋白缺失，运动神经元与肌肉之间的连接就会断开，导致渐冻症患者的疾病特征——瘫痪。
在这些知识的基础上，如果我们能够恢复STMN2基因的正常剪接，就能够恢复TDP-43功能障碍导致的神经元中statthmin-2的缺失，从而治疗渐冻症等相关神经退行性疾病。
在这项最新研究中，研究团队构建了表达人类STMN2基因的人源化小鼠模型，该小鼠模型的STMN2基因会出现mRNA错误剪接，就像在人类渐冻症以及一些阿尔茨海默病等神经退行性疾病中发生的那样。
接下来，研究团队发现，TDP-43与STMN2基因前体mRNA的第一个内含子中富含GU的24碱基基序相结合是抑制隐蔽剪接和多聚腺苷酸化所必需的，使用反义寡核苷酸（ASO）、dCasRx蛋白或MS2噬菌体衣壳蛋白（MCP）与这段基序相结合，都能够恢复TDP43功能异常导致的STMN2基因前体mRNA的异常剪接。
接下来，研究团队针对性设计了反义寡核苷酸（ASO）来恢复STMN2基因前体mRNA的正常剪接，从而挽救statmin-2蛋白的缺失。
实验结果显示，将设计的ASO注射到人源化STMN2基因的小鼠模型的脑脊液中，能够成功恢复正常的mRNA剪接，恢复神经系统中正常的statmin-2蛋白水平以及神经元轴突再生。
DonW.Cleveland教授是神经退行性疾病领域的权威专家，曾获2018年科学突破奖，在阿尔茨海默病、渐冻症、帕金森病、亨廷顿症等领域取得了突破性成果，推动了反义寡核苷酸药物在神经退行性疾病领域的应用。
DonW.Cleveland教授
DonW.Cleveland教授表示，这项最新研究结果为渐冻症的临床试验奠定了基础，可以通过使用ASO药物维持恢复渐冻症体内的statmin-2蛋白水平，来延缓渐冻症患者的瘫痪。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq5622
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