Sigma-1R–Pom121轴通过维持核转运与核膜完整性缓解poly-PR诱导的C9orf72 ALS神经毒性

本研究针对C9orf72基因突变导致的肌萎缩侧索硬化症（ALS）中poly-PR毒性引发的核转运障碍问题，揭示了Sigma-1R通过稳定核孔蛋白Pom121，恢复神经保护因子ATF3的核定位并维持核膜完整性，从而缓解神经元死亡的分子机制。研究人员利用AAV介导的小鼠模型和NSC-34运动神经元样细胞，首次阐明Sigma-1R/Pom121/ATF3轴在poly-PR毒性中的保护作用，为C9orf72-ALS治疗提供了新靶点。

　　

C9orf72基因的六核苷酸G₄
C₂
重复扩增是家族性肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）最常见的遗传诱因，其毒性机制与异常翻译产生的二肽重复蛋白（DPRs）密切相关。其中，富含精氨酸的poly-PR（脯氨酸-精氨酸重复蛋白）毒性最强，能破坏核孔复合体功能并引发神经元死亡，但具体分子通路尚不明确。核孔蛋白Pom121是维持核膜结构和核质转运的关键组分，而分子伴侣Sigma-1受体（Sigma-1R）已被报道具有神经保护作用，二者是否参与poly-PR的毒性调控成为亟待解决的科学问题。

为回答这一问题，中国医药大学的研究团队在《Neurobiology of Disease》发表研究，通过AAV9-hSyn启动子介导的poly-PR₄₂
小鼠模型和NSC-34运动神经元样细胞实验体系，结合免疫荧光、蛋白质稳定性分析、免疫共沉淀和亚细胞分级等技术，系统解析了Sigma-1R/Pom121/ATF3轴在poly-PR毒性中的保护机制。

主要技术方法
研究采用AAV9颅内注射构建神经元特异性poly-PR₄₂
小鼠模型，通过生存分析、脑组织免疫荧光和脊髓神经元计数评估神经退行性病变；在NSC-34细胞中通过环己酰亚胺（CHX）追踪实验分析Pom121蛋白稳定性，利用核质分离和共聚焦显微镜观察ATF3核转运；采用CCK-8法检测H₂
O₂
应激下的细胞存活率。

研究结果

4.1. Poly-PR特异性表达导致小鼠神经退行性变
AAV介导的poly-PR₄₂
表达显著降低小鼠存活率（Log-rank P=0.0002），脑体积缩小28%，皮层NeuN⁺
神经元减少35%，并伴随Pom121蛋白水平下降。脊髓运动神经元中同样观察到Pom121表达降低，提示poly-PR通过破坏Pom121稳态诱发神经元死亡。

4.2. Poly-PR通过降低蛋白稳定性下调Pom121
在NSC-34细胞中，poly-PR₄₂
（而非poly-GR₅₀
）特异性使Pom121蛋白减少62%（P<0.01），但mRNA水平无变化。CHX追踪实验显示poly-PR加速Pom121降解（3小时残留量仅38%），蛋白酶体抑制剂MG132可部分挽救该现象，表明poly-PR通过促进Pom121蛋白降解而非转录抑制发挥作用。

4.3. Poly-PR改变ATF3核质分布
虽然总ATF3蛋白量不变，但poly-PR使ATF3核质比（N:C ratio）降低2.1倍（P<0.01）。免疫荧光显示ATF3在胞浆异常积聚，而Pom121过表达可恢复其核定位，并选择性上调下游促生存基因Hspa1b（Hsp70）表达。

4.4. Poly-PR与Pom121互作并破坏核膜完整性
共聚焦Z轴扫描显示poly-PR与Pom121在核膜处共定位，免疫共沉淀证实二者直接互作。poly-PR还导致核纤层蛋白Lamin B异常扩散（发生率增加3.2倍，P<0.01），提示核膜结构损伤。

4.5. Sigma-1R稳定Pom121-ATF3通路
Sigma-1R过表达使poly-PR处理的细胞中Pom121蛋白半衰期延长1.8倍（P<0.05），并通过Pom121依赖的方式恢复ATF3核转运。更重要的是，Sigma-1R或Pom121过表达使Lamin B扩散减少65-72%（P<0.01），显著改善核膜完整性。

4.6. 靶向干预缓解氧化应激损伤
在H₂
O₂
应激下，poly-PR使NSC-34细胞存活率降低41%（P<0.01），而Sigma-1R激动剂（氟伏沙明/PRE-084）、Pom121或ATF3过表达均可逆转该毒性，证实该通路的治疗潜力。

结论与意义
该研究首次阐明poly-PR通过降解Pom121破坏核质转运和核膜完整性的级联机制：① poly-PR直接结合并加速Pom121蛋白降解；② Pom121缺失导致ATF3核输入障碍，抑制神经保护基因转录；③ Sigma-1R作为分子支架稳定Pom121，形成Sigma-1R/Pom121/ATF3轴抵抗poly-PR毒性。研究创新性地提出核孔蛋白稳态失衡是C9orf72-ALS的新发病机制，为开发Sigma-1R靶向药物（如已上市的抗抑郁药氟伏沙明）提供了理论依据。鉴于Sigma-1R还能缓解(G₄
C₂
)_n
RNA引起的TFEB核转运障碍，该通路可能成为多种C9orf72-ALS毒性的共同干预靶点。