综述：神经退行性疾病与iPSC模型中的自噬机制

《Neuroscience Research》：Neurodegenerative Disease and Autophagy in iPSC models

阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症等神经退行性疾病的自噬功能失调是核心病理机制，通过iPSC衍生模型可系统研究自噬相关蛋白（如LC3、p62）的动态变化及选择性自噬（线粒体自噬、溶酶体自噬、聚集自噬）的病理意义，并开发靶向mTOR、AMPK、TFEB等通路的小分子诱导剂及PROTACs等新型疗法。

　　
神经退行性疾病（NDDs）的病理机制与自噬调控的关联性研究进展

神经退行性疾病作为全球健康重大挑战，其核心病理特征在于特定神经元亚群的渐进性丢失。这类疾病具有复杂的异质性，涉及蛋白质错误折叠聚集、线粒体功能障碍、氧化应激等多种机制。近年来，自噬作为细胞质量调控的核心通路，在神经退行性病变中的作用日益受到关注。本文系统综述了基于诱导多能干细胞（iPSC）模型的自噬功能研究进展，涵盖阿尔茨海默病、als/前额叶痴呆、帕金森病等主要疾病的病理机制及干预策略。

自噬机制的基础认知
自噬是进化保守的细胞质量调控系统，通过选择性清除受损细胞器与蛋白聚集体维持内环境稳定。宏观自噬作为主要形式，其核心通路包含五个关键阶段：ULK1复合物激活（受mTORC1/AMPK双重调控）、PI3KC3介导的隔离膜形成、ATG8蛋白脂化及受体介导的底物捕获、自噬体成熟与运输、最后与溶酶体融合降解。

在神经元特殊微环境中，自噬系统面临双重挑战：一方面需要处理高代谢需求产生的异常蛋白与受损线粒体；另一方面要应对神经元树突结构带来的运输障碍。最新研究发现，自噬体需通过长达数米的轴突逆向运输才能到达胞体溶酶体，这一过程受LRRK2激酶和PPM1H去磷酸化酶的精确调控。异常的运输功能会导致自噬体在轴突末梢堆积，形成病理特征性改变。

疾病模型中的自噬异常特征
1. 阿尔茨海默病（AD）模型
- 病理特征：β淀粉样蛋白（Aβ42）异常沉积与tau蛋白磷酸化聚集
- 自噬缺陷表现：LC3-II/LC3-I比值升高（自噬体形成增多）、p62/SQSTM1水平异常（自噬流受阻）、溶酶体功能障碍（LAMP1表达下降）
- 关键发现：PS1突变导致mTORC1过度激活，抑制TFEB核转位；APP突变引发溶酶体膜电位异常，影响自噬体-溶酶体融合效率
- 治疗干预：β-分泌酶抑制剂（如DAPT）可恢复自噬流；rapamycin联合 trehalose能降低Aβ42和tau磷酸化水平

2. ALS/FTD谱系疾病模型
- C9orf72突变特征：G四联体（HRE）导致DPRs异常聚集
- 自噬异常表现：p62显著积累（自噬受体功能失活）、LAMP1表达下降（溶酶体成熟障碍）、mitophagy缺陷（线粒体膜电位崩解）
- 治疗突破：GSK2606414（PERK抑制剂）可逆转DPRs清除障碍； bosutinib（src/c-abl抑制剂）改善突变SOD1蛋白的折叠错误
- 新型发现：TDP-43 M337V突变导致核质定位异常，自噬体携带错误折叠蛋白进入溶酶体

3. 帕金森病（PD）模型
- α-突触蛋白（αSyn）异常沉积与线粒体功能障碍
- 自噬特征：LC3-II积累与溶酶体空泡化并存、Parkin-PINK1通路失调
- 治疗策略：LRRK2抑制剂（MLi-2）改善自噬体运输效率；PPM1H过表达恢复溶酶体膜电位
- 关键机制：STING-CASM轴异常激活导致非经典自噬途径过度开启

4. 其他疾病模型
- 系统性萎缩（MSA）：VCP突变导致溶酶体功能衰退，LC3-II阳性颗粒数量增加3-5倍
-亨廷顿病（HD）：HTT突变诱导GABA能神经元自噬体异常聚集，通过EVP4593（钙信号调节剂）可恢复轴突运输
- 自噬异常共性：自噬受体（p62、TAX1BP1）表达上调、溶酶体酶活性下降（猫hepsin B活性降低40-60%）、自噬体成熟标志物（WIPI2）减少

iPSC模型在自噬研究中的应用突破
1. 病原体特异性建模
- 通过患者特异性iPSCs（携带APP/PS1/PSEN1等突变），成功复现疾病特异性自噬缺陷
- 关键技术：分化成神经元过程中需维持超过90%的嵌合体纯度（通过荧光激活细胞分选）
- 创新应用：神经器官oid模型（包含神经元、星形胶质细胞、微胶质等）实现多细胞系统自噬研究

2. 动态监测技术
- 双荧光标记探针（mCherry-GFP-LC3）可实时追踪自噬体形成与溶酶体融合
- 原位成像技术（Cryo-CLEM）分辨率达3nm，揭示TDP-43聚集体在自噬体内的降解过程
- 高通量筛选系统：已建立包含200+自噬相关调控因子的化合物数据库（如CQ、3MA等）

3. 治疗验证体系
- 建立自噬流检测标准：在 rapamycin（mTORC1抑制剂）或 trehalose（AMPK激活剂）存在下，LC3-II与溶酶体标记（LAMP1）共定位效率下降>30%判定为自噬流受阻
- 组织特异性调控：发现PD模型中黑质多巴胺能神经元自噬缺陷较皮层神经元更显著（LC3-II阳性神经元减少65%）
- 跨物种验证：通过斑马鱼模型发现自噬缺陷与神经退行性病变存在相似分子机制

自噬靶向治疗策略进展
1. 经典自噬调节剂
- mTORC1抑制剂：rapamycin（已进入临床Ⅱ期试验）、sirolimus（生物利用度低）
- AMPK激活剂：metformin（已用于糖尿病治疗）、AICAR（实验阶段）
- 溶酶体功能增强剂：chelerythritol（已开展阿尔茨海默病Ⅲ期临床试验）

2. 选择性自噬诱导技术
- Mitophagy靶向：开发PINK1-Parkin激活剂（如AR8990），改善线粒体自噬
- Aggrephagy靶向：利用CCT2-ATG8复合物特异性清除神经退行性蛋白聚集
- Lysophagy靶向：基于galectin-3的靶向药物（如GA-3）改善溶酶体膜损伤

3. 新型降解技术
- PROTACs应用：设计靶向αSyn的PROTAC（如ATG5-PROTAC）在PD模型中显示67%的αSyn清除率
- LYTACs开发：通过溶酶体靶向肽修饰泛素连接酶（如VHL-FL))
- 自噬导向降解（AGOL）：利用溶酶体定位信号肽（如LAMP2标签）实现错误折叠蛋白定向清除

临床转化面临的挑战
1. 自噬的双刃剑效应：过度激活可能引发溶酶体膜破裂（如chelerythritol在＞1μM浓度时导致溶酶体通透性增加）
2. 时空特异性调控：发现神经节细胞自噬激活窗口为疾病进展期（术后3-6月），过早干预可能抑制神经再生
3. 血脑屏障穿透问题：现有自噬调节剂（如rapamycin）的脑组织渗透率不足5%，需开发新型递送系统

未来发展方向
1. 精准调控技术：开发自噬受体特异性抑制剂（如TAX1BP1单抗）
2. 环境因子整合：构建动态微环境（3D生物反应器）模拟疾病进展
3. 多组学联合分析：整合转录组（RNA-seq）、蛋白质组（质谱）和空间转录组数据
4. 人工智能辅助设计：基于深度学习的分子模拟已成功预测新型自噬激活剂（如AI-234）

该领域最新研究显示，自噬系统与神经炎症存在双向调控机制。微胶质细胞自噬缺陷不仅导致Aβ清除障碍，还会通过IL-1β/TNF-α等促炎因子释放加剧神经元损伤。这种细胞间通讯异常在AD患者iPSC模型中观察到：培养3天的微胶质样细胞会分泌足够数量的IL-1β（浓度达2.5ng/mL）导致同源神经元存活率下降40%。

研究团队在2025年发表的突破性成果显示，通过CRISPR/Cas9技术定点敲除STING基因，在C9orf72突变模型中成功逆转自噬体功能障碍，同时将IL-18分泌量降低至正常水平的32%。该技术为建立"自噬-炎症"双靶向治疗提供了新思路。

当前研究已形成完整的技术体系：从患者特异性iPSC扩增（采用PAX6和SOX1共激活方案）到多能干细胞分化（构建标准化神经前体细胞系），再到自噬功能评估（开发LC3-II与p62比值动态监测系统），最后实现精准干预。这些技术突破使自噬靶向治疗进入临床转化新阶段，预计未来5年将有3-5个自噬调节剂进入临床试验阶段。

该综述系统整合了2013-2025年间发表的237篇研究论文，其中近40%为2022-2025年发表的突破性成果。特别值得关注的是，基于iPSC神经器官oid模型开发的药物筛选平台，已实现日均2000个样本的自动化检测，显著提升药物发现效率。随着单细胞自噬分析技术的发展，未来有望实现个体化自噬功能评估与精准治疗。