Optineurin基因敲除通过形成TDP-43聚集体调控蛋白水平抑制ALS运动功能障碍的机制研究

本研究针对肌萎缩侧索硬化症(ALS)中OPTN基因缺陷如何通过调控TDP-43蛋白稳态影响疾病进程这一关键问题，通过构建TDP-43转基因与Optn-KO双突变小鼠模型，首次揭示Optineurin缺失通过形成TDP-43胞质聚集体抑制蛋白毒性，维持脊髓TDP-43水平稳定，为ALS发病机制提供了新见解。

　　

在神经退行性疾病研究领域，肌萎缩侧索硬化症(ALS)因其复杂的发病机制一直是科学界的重大挑战。这种致命性疾病以运动神经元进行性丧失为特征，导致患者逐渐丧失运动能力。值得注意的是，超过95%的ALS病例存在TAR DNA结合蛋白43(TDP-43)的异常聚集，这种蛋白的病理改变被认为是疾病的核心标志。与此同时，Optineurin(OPTN)基因突变被确认为ALS12型的致病原因，但该基因如何参与疾病进程仍是一个未解之谜。

正是基于这些关键科学问题，来自广岛大学等机构的研究团队Yuta Maetani、Takashi Kurashige等开展了一项创新性研究。他们巧妙地将TDP-43转基因小鼠与Optn基因敲除(Optn-KO)小鼠杂交，创建了双突变动物模型，系统研究了OPTN缺失对TDP-43蛋白稳态和疾病表型的影响。这项发表在《Neuroscience Research》的重要工作揭示：Optineurin缺失通过形成TDP-43胞质聚集体调控蛋白水平，从而抑制运动功能障碍的发生。

研究团队主要采用了四种关键技术方法：1) 构建TDP-43转基因/TDP-43-tg与Optn-KO双突变小鼠模型；2) 通过悬挂实验、转棒测试等行为学方法评估运动功能；3) 利用Western blotting定量分析脊髓中TDP-43蛋白水平及自噬标志物LC3-II/I、p62表达；4) 采用免疫荧光染色检测TDP-43聚集和微胶质细胞活化。

研究结果部分呈现了系列重要发现：

"3.1. Increased TDP-43 caused shorter lifespan and motor dysfunction"
证实TDP-43过表达导致运动功能障碍和寿命缩短，而Optn-KO小鼠表型与野生型相似，提示TDP-43蛋白水平与运动缺陷直接相关。

"3.2. Both TDP-43 overexpression and Optn gene KO resulted in loss of motor innervation"
发现TDP-43过表达和Optn缺失均导致脊髓运动神经元减少，但双突变小鼠的神经元损失未进一步加剧。

"3.3. Double mutant TDP-43-Tg/Optn-KO mice exhibit reduced TDP-43 protein in the spinal cord only in old age"
最关键的发现是18月龄双突变小鼠脊髓中TDP-43蛋白水平显著低于单转基因小鼠，表明Optn缺失具有年龄依赖性的TDP-43调控作用。

"3.4. The TBK1-optinerurin autophagic pathway is inhibited with aging in double mutant mice"
自噬流分析显示双突变小鼠老年期出现TBK1-optineurin自噬通路抑制，伴随LC3-II和p62积累，证实自噬功能障碍。

"3.5. Optineurin gene knock-out causes TDP-43-positive cytoplasmic aggregates"
免疫荧光证实Optn缺失特异性诱导TDP-43胞质聚集形成，且这种聚集与人类TDP-43过表达无关。

"3.6. TDP-43-Tg mice display mild microgliosis in the ventral spinal cords"
发现TDP-43过表达诱导脊髓微胶质细胞活化，而Optn缺失可抑制这种神经炎症反应。

在讨论与结论部分，研究团队强调了几个突破性观点：首先，Optineurin缺失通过形成TDP-43聚集体"扣押"过量蛋白，维持脊髓TDP-43水平稳定，这种独特的调控机制解释了为何Optn-KO小鼠虽存在病理改变却不表现运动障碍。其次，年龄依赖性的自噬通路(TBK1-optineurin)抑制与TDP-43蛋白水平降低存在时间相关性，提示聚集形成可能是机体应对自噬功能障碍的代偿机制。最重要的是，该研究首次阐明OPTN通过双重机制影响ALS进程：既调控TDP-43蛋白稳态，又参与微胶质细胞活化调控。

这项研究为理解ALS发病机制提供了新视角，特别是揭示了OPTN缺陷如何通过"聚集-清除"平衡调控TDP-43毒性。发现不仅解释了临床观察到的基因型-表型差异，还为开发针对不同ALS亚型的精准治疗策略提供了理论依据。未来研究可进一步探索OPTN-TBK1通路调节剂在延缓疾病进展中的应用潜力。