了解渐冻症

肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS），俗称“渐冻症”，是一种以运动神经元进行性退化为核心特征的罕见致命性神经系统疾病。作为运动神经元病中最常见的类型，其病理本质是大脑皮层、脑干及脊髓中的上、下运动神经元同步发生退行性病变[1]。该病多发于中年后期（50-70岁），患者因运动神经元不可逆的退化与丢失，逐步出现肢体肌肉无力萎缩、构音与吞咽功能障碍，最终因呼吸肌麻痹导致呼吸衰竭而死亡，从确诊起，患者中位生存期通常仅为 2-4 年[2]。

病理机制

临床和基础研究证据表明 ALS 存在多种病因，其中遗传因素作用显著但异质性高。约 5-10% 的 ALS 患者至少有一名家族成员患病，定义为家族性ALS（fALS）；几乎所有 fALS 病例呈常染色体显性遗传。其余 90-95% 的 ALS 病例无家族史，称为散发性ALS（sALS）。全基因组测序已发现约 50 个 fALS 相关潜在致病基因，其中超 30 个为明确致病基因，SOD1、TARDBP、FUS 和 C9ORF72 变异是最常见的致病基因。

欧亚人群主要 fALS 相关基因变异比例[3]

SOD1 病理机制

编码 Cu/Zn 超氧化物歧化酶1基因（encoding superoxide dismutase 1 [Cu/Zn]，SOD1 ）于 1993 年首次被证实与 ALS 相关，SOD1 基因的显性、功能增强型突变参与 fALS 的发病机制。在此后的二十年间，研究者共鉴定出超过 185 种与疾病相关的 SOD1 变异体，这些突变广泛分布于整个基因序列中。在全球范围内，SOD1 基因最常见的突变是 D90A，携带者通常表现为从下肢开始向上蔓延的缓慢进展性瘫痪，并伴随膀胱功能障碍等非典型症状。

约 20% 的 fALS 患者存在 SOD1 突变，但突变体触发运动神经元损伤的机制仍存争议。目前更多证据支持以下观点：突变诱导的 SOD1 构象与功能改变，通过异常蛋白互作引发毒性，导致包括兴奋性毒性、内质网应激、活性氧上调介导的氧化应激、线粒体功能障碍及朊病毒增殖等一系列级联反应。值得注意的是，SOD1 基因敲除小鼠随时间推移也会出现肌肉去神经支配和线粒体氧化应激，表示慢性 SOD1 活性丧失可能协同参与疾病进程。

TARDBP 病理机制

TDP-43 由 TARDBP  基因编码，是一种包含 414个 氨基酸的 DNA/RNA 结合蛋白。其结构中含有核定位信号（NLS）和核输出信号（NES），使其能在细胞核与细胞质间穿梭；通常情况下，TDP-43 主要定位于细胞核内，执行基因调控等关键功能。ALS 患者中，已鉴定出 TARDBP  基因的超过 50 种错义突变，约占全部病例的1%–2%。

研究表明，TDP-43 参与了多个 RNA 处理步骤，包括前体 RNA 剪接、mRNA 运输、mRNA 稳定性的调节、翻译以及非编码 RNA 的调节。2006 年，TDP-43 被确认为 ALS 和额颞叶变性（FTLD，或称FTLD-TDP）患者的神经元与胶质细胞胞质包涵体的关键组成部分。这些包涵体主要由病理性 TDP-43 蛋白聚集而成，这些蛋白会发生高度磷酸化、泛素化修饰并在 C 末端异常切割。病理性 TDP-43 聚集常伴随细胞核内 TDP-43 的丢失，这表明核内正常功能的丧失、细胞质毒性聚集或两者兼而有之。在脑与脊髓神经元内形成的泛素阳性胞质包涵体中，TDP-43 的异常积累已被确认为 ALS 的病理特征之一。

FUS 病理机制

2009 年，研究人员首次在患有 ALS 的患者体内发现了编码 FUS 的致病性基因突变。FUS 是一种包含 526 个氨基酸普遍表达的蛋白质，在基因表达的多个方面与 TDP-43 具有相似的生理作用，并参与包括转录、可变剪接及 mRNA 转运在内的多种 RNA 处理步骤。在正常生理条件下，FUS 主要定位于细胞核，但类似 TDP-43，其可跨越核膜参与核质运输过程。

迄今已在 ALS 患者中鉴定出超过 50 种常染色体显性 FUS 变异。其中多数突变干扰 FUS 的核定位，导致其丧失转录与 RNA 成熟调控功能，并在细胞质中形成毒性 FUS 聚集体。因此，FUS 的致病机制与 TDP-43 类似，均涉及功能丧失与细胞质毒性聚集的双重作用。此外，FUS 还参与 DNA 修复机制，包括断链修复、非同源末端连接和 DNA 双核重组过程中的同源重组。

C9ORF72 病理机制

C9ORF72 基因包含 12 个外显子，编码一种在自噬调控中起关键作用的小分子蛋白。晶体结构及纯化重组蛋白的生化分析表明，C9ORF72 复合物发挥 GTP 酶激活蛋白的功能。2011年，研究者发现 C9ORF72 基因非编码区的六核苷酸重复序列（GGGGCC）扩增是欧洲人群 ALS 最常见的遗传病因。正常 C9ORF72 基因中含 5–10 个六核苷酸重复拷贝，而 ALS 患者该重复序列可扩增至数百到数千次。此重复扩增在欧洲人群 fALS 中约占 34%，sALS 中约占 5%，但在亚洲人群发生率较低。

C9ORF72 致病机制仍存争议，但日益增多的证据表明其通过级联反应引发疾病，涉及多重细胞机制：

RNA毒性：G4C2六核苷酸重复扩增形成异常 RNA 结构;

二肽重复蛋白（DPRs）聚集：通过非 ATG 依赖的重复序列翻译产生毒性 DPRs;

功能性蛋白水平下降：正常 C9ORF72 蛋白减少导致功能缺失。

这些机制在疾病进展中的贡献程度尚无定论，但共同解释了六核苷酸扩增的致病作用。

四大基因致病机制图解[4]

其他病理机制

尽管经过数十年研究，但 ALS 的致病机制仍未明确，尤其在散发性（sALS）病例中。该疾病的发生与发展更可能由多重致病因素协同驱动，而非单一因素导致。此外，患者间的遗传及表型异质性使得 ALS 普适性致病机制的揭示与结论推导面临巨大挑战。鉴于众多基因和细胞过程参与 ALS 发病，研究者已提出多种并行运作的疾病机制。需进一步阐明每种机制在疾病发病过程中的时序性与作用程度。此外，环境因素与遗传突变之间的相互作用也必须加以考虑。

部分 ALS 的潜在致病机制[3]

ALS药物研究进展

全球范围内尚无能够有效治愈 ALS 的药物，但各大药企的 ALS 药物研发管线已经全面开花，基因疗法、细胞疗法、小核酸药物等新兴治疗策略与抗体药物、小分子药物等传统治疗策略均有药物在研。

已获批的传统临床治疗药物（如利鲁唑、依达拉奉等）仅能有限延长生存期2-3个月或暂缓部分症状，无法对病情产生实质性缓解。但随着基因治疗的高速发展，ALS 的药物迎来历史性进展。靶向SOD1 突变的反义寡核苷酸（ASO）药物Tofersen（托夫生）获批上市，其可通过靶向突变 SOD1 基因产生的 mRNA，有效减少毒性 SOD1 蛋白的合成，显著延缓疾病进程[5]。

另一靶向FUS 相关 ALS 的 ASO 药物 jacifusen/ ulefnersen 早期临床试验结果同样前景可观[6]。针对超罕见基因突变的个体化治疗策略也在同步开发中[7]。fALS 的治疗前景空前光明，这些进展不仅有望延长生存期，更能为特定患者群体保留功能并改善生活质量。

部分 ALS 在研药物

数据来自科睿唯安

百奥赛图自主研发了 ALS 疾病模型小鼠B-Tg（Thy1-hTARDBP * A315T），可用于 ALS 病理研究及药物疗效评估，助力该疾病药物的临床前药物研发。

B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠

验证数据

蛋白表达分析

对野生型C57BL/6JNifdc和转基因 B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠（F1代） TDP-43 蛋白表达的 Western blot 分析。结果显示：在野生型和转基因小鼠的骨骼肌中均检测到 TDP-43，因为该抗体在人和小鼠之间具有交叉反应性。定量结果显示，转基因 B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠中 TDP-43 的表达略有上调。

免疫组化（IHC）

对野生型C57BL/6JNifdc小鼠（12 周龄，雄性）和转基因 B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠（F1代，12 周龄，雄性）大脑皮层中 TDP-43 蛋白聚集物进行免疫组化（IHC）检测。结果显示：在转基因 B-Tg(Thy1-hTARDBP* A315T) 小鼠和野生型 C57BL/6JNifdc 小鼠中，存在 TDP-43 聚集物。红色箭头突出显示了细胞质中的 TDP-43 聚集物以及病理沉积的特征性泛素。

组织病理学分析

对野生型 C57BL/6JNifdc小鼠（12 周龄，雄性）及转基因 B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠（F1 代，12 周龄，雄性）骨骼肌组织进行组织病理学分析。结果显示，转基因 B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠存在肌肉萎缩以及部分肌纤维变性，而野生型小鼠则没有这种现象。受影响的肌纤维呈现出一种特有的波浪状外观，这表明转基因 B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠的肌肉组织内存在潜在的病理变化。

行为学检测

抓握测试（clasping test）

抓握测试是一种行为学检测方法，用于评估共济失调、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症（ALS）等中枢神经系统疾病模型中的运动功能障碍、神经功能缺损或神经退行性病变。

对野生型C57BL/6JNifdc小鼠（雄性，12 周龄，n = 5） 和转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠（F1 代，雄性，12 周龄，n = 8）通过抓握测试评估行为学功能。左图显示：转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠在被用尾巴悬挂时不会张开后肢。右图显示：转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠的神经评分（1~3）显著高于野生型小鼠（约 0），表明其神经功能受损。值表示为平均值±SEM。显著性通过非配对 t 检验确定，***P < 0.001。

握力测试（Grip strength test，GST）

握力测试是一种广泛使用的评估方法，用于测定动物的肌肉力量和握力能力。

野生型C57BL/6JNifdc小鼠（5 只雄性，12 周龄）和转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T) 小鼠（F1 代，雄性，12 周龄，n = 8）通过握力测试评估行为学功能。结果显示转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T)小鼠前肢产生的抓握力显著降低，表明转基因小鼠存在抓握功能损伤，所有抓握力测量值均标准化为个体动物体重单位；值表示为平均值±SEM。显著性通过非配对 t 检验确定。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。

转棒测试（Rotarod test）

转棒测试是一种广泛应用于评估动物运动协调性、平衡能力及耐力的行为学检测方法。
 

野生型C57BL/6JNifdc小鼠（雄性，12周龄，n=5）与转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T)小鼠（F1代，雄性，12周龄，n=8）通过转棒测试评估行为学功能。结果显示：转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T)小鼠的跌落潜伏期、转棒速度及运动总距离显著降低，表明转基因小鼠存在运动功能障碍；值表示为平均值±SEM；统计学显著性采用非配对t检验判定：P < 0.05, P < 0.01, P < 0.001。

步态分析（Gait analysis）

步态分析是一种行为学检测方法，用于在神经退行性疾病（例如帕金森病、肌萎缩侧索硬化症/ALS）、脊髓损伤、脑卒中及肌肉骨骼疾病研究中定量评估运动功能、协调性与神经功能缺损。

野生型C57BL/6JNifdc小鼠（雄性，12周龄，n=5）与转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T)小鼠（F1代，雄性，12周龄，n=8）通过步态分析评估行为学功能。结果显示：转基因B-Tg(Thy1-hTARDBP*A315T)小鼠在多项步态参数中表现出显著差异的步态特征，表明转基因小鼠运动能力与协调性存在异常；值表示为平均值±SEM；统计学分析采用非配对双因素方差检验；p ≤ 0.05, p≤ 0.01, p ≤ 0.001； RF，右前爪； LF，左前爪； RH，右后爪； LH，左后爪。

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参考资料

[1]Rowland, L. P., Shneider, N. A. (2001). Amyotrophic lateral sclerosis. New Engl.J. Med. 344, 1688–1700.

[2]Chio, A., Logroscino, G., et al.(2009). Prognostic factors in ALS: a critical review. Amyotroph. Lateral Scler. 10,310–323

[3]Mejzini, R., Flynn, L.L., et al.(2019). ALS genetics, mechanisms, and therapeutics: where are we now? Front. Neurosci. 13, 1310. https://doi.org/10.3389/fnins. 2019.01310.

[4]Longhong, Z., Shihua L., et al.  (2023) .Pathological insights from amyotrophic lateral sclerosis animal models: comparisons, limitations, and challenges.Translational Neurodegeneration.12:46.doi：10.1186/s40035-023-00377-7.

[5]Miller, T.,Cudkowicz, M., et al. (2022) Trial of antisense oligonucleotide Tofersen for SOD1 ALS. N Engl J Med 387:1099–1110. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2204705

[6]Shneider, N., Harms, M., et al. (2025) Antisense oligonucleotide Jacifusen for FUS-ALS: an investigator-initiated, multicentre, open-label case series. Lancet S0140-6736(25)00513-6. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(25)00513-6
[7] Gleeson, J., Bennett, C., et al.(2023) Personalized antisense oligonucleotides ‘for free, for life’- the n-Lorem foundation. Nat Med 29:1302–1303.https://doi.org/10.1038/s41591-023-02335-2