Mol?Ther?|?骨骼肌poly-GR驅動C9orf72相關ALS肌萎縮和神經肌肉接頭損傷

肌萎縮側索硬化癥（Amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是一類以運動神經元退行性變為主要特征的致死性神經退行性疾病。長期以來，ALS相關的肌肉萎縮多被認為是運動神經元退變和軸突去神經支配后的繼發結果。然而，越來越多證據表明，骨骼肌并非疾病進程中的“被動受害者”，ALS相關致病蛋白在肌肉中的異常表達也可能直接破壞肌肉穩態和神經肌肉接頭（neuromuscular junction，NMJ）結構，從而參與運動功能障礙的發生發展。

C9orf72基因六核苷酸重復擴增是ALS和額顳葉癡呆（FTD）中最常見的遺傳因素之一。該突變可產生多種二肽重復蛋白（dipeptide repeat proteins，DPRs），其中富含精氨酸的poly-GR和poly-PR在神經系統中具有較強毒性。值得注意的是，C9orf72及其相關DPR并不只存在于神經系統，已有研究在C9orf72-ALS患者肌肉細胞和iPSC來源肌肉細胞中檢測到DPR蛋白。然而，DPR蛋白在骨骼肌中的致病作用及其是否參與ALS進程，目前仍缺乏直接證據。

近日，上海科技大學李磊團隊聯合復旦大學附屬華東醫院鄭擁軍團隊、廣州醫科大學陳文兵團隊在Molecular Therapy發表題為 C9orf72-associated poly-GR in skeletal muscle leads to neuromuscular junction deficits and muscle atrophy 的研究論文。該研究發現，C9orf72相關DPR蛋白poly-GR在骨骼肌中的表達足以誘發小鼠運動功能障礙、肌肉萎縮和神經肌肉接頭損傷；其機制涉及poly-GR促進MuSK降解以及激活整合應激反應（ISR）抑制蛋白翻譯。進一步地，MuSK激動抗體X-17和ISR抑制劑ISRIB可分別改善神經肌肉接頭功能和肌肉病理，為C9orf72-ALS的肌肉靶向治療提供了新思路。

為探究DPR蛋白在骨骼肌中的作用，研究團隊構建了AAV9介導的骨骼肌特異性表達模型，在新生小鼠四肢肌肉中表達50次重復的poly-GR或poly-PR。結果顯示，骨骼肌中表達poly-GR的小鼠在5月齡時出現明顯運動功能障礙，表現為四肢抓力下降和轉棒實驗表現變差；而poly-PR表達并未引起類似表型。這一結果提示，雖然poly-GR和poly-PR在神經系統中均具有毒性，但其在骨骼肌中的致病效應存在顯著差異，DPR毒性具有細胞類型和組織環境依賴性。

進一步分析發現，poly-GR表達顯著破壞神經肌肉接頭結構。與對照小鼠相比，poly-GR小鼠脛前肌中的乙酰膽堿受體（AChR）簇出現碎片化，AChR信號強度和面積下降；同時，標記運動軸突和突觸小泡的神經絲及synapsin-1信號也顯著減少，提示骨骼肌內poly-GR不僅損傷突觸后結構，也可伴隨突觸前運動神經末梢異常。研究團隊還在前肢肌肉中觀察到類似NMJ缺陷，說明這一現象并非局限于單一肌肉類型。

除了NMJ異常，poly-GR表達還導致明顯肌肉萎縮。poly-GR小鼠肌纖維橫截面積顯著降低，肌纖維大小分布向小直徑偏移，并出現中央核比例升高等肌肉病理改變。研究團隊進一步排除了AAV9外泄轉導中樞神經系統的可能性：肌肉注射后，腦和脊髓中幾乎檢測不到AAV介導的GFP信號，脊髓運動神經元也未見明顯轉導。因此，這些結果支持骨骼肌內poly-GR可細胞自主地誘發肌肉和NMJ病理，而并非由中樞神經系統直接轉導所致。

為了闡明poly-GR如何破壞NMJ，研究團隊關注了維持神經肌肉接頭形成和穩定的關鍵受體MuSK（muscle-specific tyrosine kinase）。 結果顯示，poly-GR表達顯著降低骨骼肌中MuSK蛋白水平。在細胞實驗中，poly-GR可與MuSK相互作用，并通過泛素-蛋白酶體途徑促進MuSK降解，從而降低MuSK蛋白穩定性。這為poly-GR誘導突觸后AChR簇破壞和神經肌肉傳遞異常提供了機制解釋。

研究團隊進一步測試了MuSK激動抗體X-17的治療效果。X-17給藥后可富集于NMJ區域，并顯著改善poly-GR小鼠的抓力表現；在組織學層面，X-17明顯緩解AChR簇碎片化，恢復突觸后信號強度和面積，同時改善突觸前區域缺陷。電生理實驗也顯示，X-17可恢復poly-GR小鼠受損的神經肌肉傳遞功能。值得注意的是，X-17并未顯著改善肌肉萎縮，提示poly-GR導致NMJ損傷和肌肉萎縮可能分別依賴不同機制。

隨后，研究團隊通過免疫共沉淀-質譜分析尋找poly-GR在骨骼肌中的互作蛋白。結果顯示，poly-GR相關蛋白顯著富集于核糖體和蛋白翻譯相關通路。結合嘌呤霉素摻入實驗，研究人員發現poly-GR顯著抑制細胞和骨骼肌中的新生蛋白合成。進一步機制研究顯示，poly-GR激活整合應激反應（integrated stress response，ISR），提高eIF2α磷酸化水平，從而抑制整體蛋白翻譯。該結果提示，蛋白合成受阻可能是poly-GR誘導肌肉萎縮的重要原因。

為驗證這一通路的治療潛力，研究團隊使用ISR抑制劑ISRIB進行干預。ISRIB可恢復poly-GR細胞中的蛋白翻譯水平；在小鼠體內，ISRIB治療顯著改善poly-GR小鼠抓力和轉棒表現，增加肌肉蛋白合成，擴大肌纖維橫截面積，并緩解肌肉萎縮。令人關注的是，ISRIB不僅改善肌肉病理，還恢復了MuSK蛋白水平，緩解AChR簇碎片化及突觸前、突觸后結構異常，并改善神經肌肉傳遞功能。這說明ISRIB可能通過恢復蛋白翻譯和MuSK穩態，同時作用于肌肉萎縮和NMJ損傷兩個關鍵病理環節。

綜上，該研究證明了C9orf72相關poly-GR在骨骼肌中的致病作用，揭示了骨骼肌在ALS進程中并非單純的下游受損組織，而是可主動參與疾病發生發展的重要病理場所。研究提出了一個新的機制模型：poly-GR一方面通過促進MuSK降解破壞神經肌肉接頭穩定性，另一方面通過激活ISR抑制蛋白翻譯，引發肌肉萎縮；靶向MuSK信號或ISR通路可在不同層面改善poly-GR誘導的神經肌肉病理。 這一發現拓展了人們對C9orf72-ALS發病機制的理解，也提示未來ALS治療策略或需同時關注運動神經元和骨骼肌兩個部分。

上海科技大學譚馨懿博士研究生、廣州醫科大學孫雙雙博士，復旦大學附屬華東醫院閆雨晴碩士為論文共同第一作者。上海科技大學李磊、廣州醫科大學陳文兵、復旦大學附屬華東醫院鄭擁軍為共同通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2026.07.002

制版人：十一

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