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神經(jīng)退行性疾病的遺傳基礎(chǔ)越來越明確，但疾病發(fā)生和傳播的細(xì)胞病理生理學(xué)仍然知之甚少。核胞漿轉(zhuǎn)運改變正在成為多種神經(jīng)退行性疾病的重要病理機(jī)制，包括肌萎縮側(cè)索硬化癥、阿爾茨海默病、額顳葉癡呆和亨廷頓病。核孔復(fù)合體（NPC）及其單個核孔蛋白組分與核轉(zhuǎn)運受體之間的相互作用調(diào)節(jié)核質(zhì)轉(zhuǎn)運，以及基因組組織和基因表達(dá)。

在散發(fā)性和家族性神經(jīng)退行性疾病中發(fā)現(xiàn)了特異性的核孔蛋白異常，這些改變被認(rèn)為是導(dǎo)致核漿轉(zhuǎn)運異常的原因。與不同的神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的特定的核蛋白和核漿轉(zhuǎn)運蛋白的差異，提示NPC損傷導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病的細(xì)胞特異性。

最近，美國約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院腦科學(xué)研究所Jeffrey D. Rothstein教授在國際著名期刊Nature Reviews Neurology發(fā)表題為“Nuclear pore complexes — a doorway to neural injury in neurodegeneration”的綜述文章，文章系統(tǒng)討論了NPC和核漿轉(zhuǎn)運中斷如何促進(jìn)神經(jīng)生成性疾病的病理生理學(xué)的最新知識，還強調(diào)了NPC和核漿轉(zhuǎn)運障礙作為神經(jīng)退行性疾病治療靶點的潛力。

NPC的結(jié)構(gòu)和功能

核孔復(fù)合體（Nuclear pore complex，NPC）是由多種核孔蛋白組成的核孔復(fù)合體，介導(dǎo)核細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運、基因組組織和基因表達(dá)。

NPC由不同的組分組成：胞質(zhì)環(huán)和細(xì)絲、中央通道、外環(huán)、內(nèi)圈、跨膜環(huán)和核籃子。每個組分由不同核孔蛋白結(jié)合而成。大約三分之一的核孔蛋白含有FG重復(fù)結(jié)構(gòu)域，形成選擇性的通透性屏障，調(diào)節(jié)大分子的運輸。

在核籃子中，TPR和NUP153介導(dǎo)核mRNA輸出。除了促進(jìn)核質(zhì)轉(zhuǎn)運外，NPC和特定的核孔蛋白還調(diào)節(jié)染色質(zhì)組織和基因表達(dá)。包括NUP98、NUP50和NUP153在內(nèi)的核孔蛋白可以與染色質(zhì)相互作用。

此外，這些核孔蛋白在基因表達(dá)中有直接和間接的作用。它們通過RNA聚合酶II依賴的方式與DNA相互作用直接調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，它們通過協(xié)助RNA運輸間接影響基因表達(dá)，最終導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中的RNA加工事件。

NPC與肌萎縮性側(cè)索硬化癥

肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS）的發(fā)病機(jī)理：ALS的特點是上下運動神經(jīng)元進(jìn)行性變性，局部中間神經(jīng)元變性，少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞局部功能障礙，隨后微膠質(zhì)細(xì)胞激活。在多達(dá)10%的患者中，ALS是遺傳性的，超過20個基因可以導(dǎo)致家族性ALS。最常見的致病基因突變是C9orf72內(nèi)含子1內(nèi)的六核苷酸重復(fù)擴(kuò)增，占家族性ALS患者的40%。

核質(zhì)運輸改變：2015年發(fā)表的兩項研究首次確定核漿轉(zhuǎn)運缺陷是C9orf72 ASL的主要病理機(jī)制。其中一項研究利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）來源的神經(jīng)元（iPSNs）和C9orf72 ALS果蠅模型顯示，C9orf72 HRE產(chǎn)生的病理重復(fù)RNA通過隔離RANGAP1破壞核漿運輸，從而破壞RAN GTPase梯度。

利用熒光核漿轉(zhuǎn)運報告因子和光漂白后熒光恢復(fù)（FRAP）表明，隨著C9orf72突變，iPSNs的核蛋白輸入受損。在另一項研究中，C9orf72 HRE在果蠅唾液腺或HeLa細(xì)胞中過表達(dá)，導(dǎo)致poly-A mRNA在細(xì)胞核中保留。此外，一項基因篩選間接揭示了C9orf72介導(dǎo)的果蠅視網(wǎng)膜變性的核轉(zhuǎn)運通路的組成部分。

AD和FTD的核漿轉(zhuǎn)運

阿爾茨海默病（AD）和額葉癡呆（FTD）是兩種最常見的癡呆癥，其特征是認(rèn)知能力下降和記憶喪失，這是由海馬體和額葉癡呆的神經(jīng)元的進(jìn)行性退化造成的。編碼淀粉樣前體蛋白（APP）和早衰蛋白（PSEN）的基因突變與AD相關(guān)，C9orf72和編碼tau和原蛋白的基因突變與FTD相關(guān)。

對人類死后腦組織、iPSNs和果蠅的多項研究表明核層與多種核膜蛋白相互作用，包括層相關(guān)多肽（Lap2）和層蛋白B受體，對維持染色質(zhì)的組織和定位至關(guān)重要，從而促進(jìn)信使核糖核蛋白（mRNP）復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄和輸出通NPCs。

最近的研究結(jié)果表明，tau突變導(dǎo)致其在核周間隙的錯誤定位，NUP98促進(jìn)其聚集，導(dǎo)致微管動力學(xué)受損，使核板變形，并在內(nèi)陷中啟動染色質(zhì)組織和mRNA輸出的局部破壞。然而，還需要更多的工作來完全確定AD和FTD的病理事件的順序。

NPC的年齡相關(guān)變化

核板的完整性也會隨著年齡的增長和年齡相關(guān)性疾病的發(fā)生而惡化，并可能影響NPC的功能，如核細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運。年齡相關(guān)的核膜內(nèi)陷可通過NPCs的積累導(dǎo)致核膜質(zhì)轉(zhuǎn)運功能失調(diào)，但削弱的層網(wǎng)也經(jīng)常導(dǎo)致核膜破裂，從而減少核膜的分隔作用。

此外，通過LINC復(fù)合物與細(xì)胞骨架的接觸部分維持了核膜的完整性，而LINC復(fù)合物的丟失會促進(jìn)核膜弱化并導(dǎo)致核膜破裂。

總之，這些觀察增加了LINC復(fù)合體和核膜破壞導(dǎo)致核漿轉(zhuǎn)運中年齡相關(guān)神經(jīng)退行性下降的可能性。事這些研究表明，與年齡相關(guān)的整體核完整性下降有助于神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制。

治療方法

當(dāng)NPC或核漿轉(zhuǎn)運蛋白的遺傳改變導(dǎo)致核漿轉(zhuǎn)運缺陷時，通過減少突變基因的表達(dá)來消除遺傳異常將是最具體的治療方法。CRISPR技術(shù)能夠特異性靶向基因突變，即利用基于CRISPR的策略消除核蛋白或其他蛋白質(zhì)中導(dǎo)致NPC功能障礙的特定突變。

CRISPR技術(shù)已被用于消除iPSCs中病態(tài)的C9orf72重復(fù)擴(kuò)增，這導(dǎo)致了幾種C9orf72相關(guān)表型的逆轉(zhuǎn)，突顯了這項新技術(shù)的潛力。然而，目前最常見的基因突變靶向治療方法是使用反義寡核苷酸（ASOs），通過RNase H降解RNA轉(zhuǎn)錄來消除突變蛋白的產(chǎn)生。

對帶有C9orf72突變的iPSNs和小鼠模型的初步臨床前研究結(jié)果表明，靶向C9orf72 HRE可以減輕疾病的分子特征，包括重復(fù)RNA病灶的形成和DPR蛋白的產(chǎn)生。

后續(xù)對C9orf72突變iPSNs的研究表明，選擇性靶向C9orf72重復(fù)RNA的ASOs可以減輕鼻咽癌損傷和RAN GTPase的錯定位，突出了鼻咽癌損傷和核漿轉(zhuǎn)運功能障礙在疾病發(fā)病中的作用。

最近完成了一項國際一期臨床試驗，即鞘內(nèi)注射特異性靶向C9orf72突變的G4C2感重復(fù)鏈（BIIB078）的ASO。調(diào)節(jié)反義C4G2重復(fù)鏈或C9ORF72蛋白的療法尚未被探索。

參考文獻(xiàn)

Coyne, A.N., Rothstein, J.D. Nuclear pore complexes — a doorway to neural injury in neurodegeneration. Nat Rev Neurol (2022). https://doi.org/10.1038/s41582-022-00653-6

編譯作者：Dr. Hu（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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