Discovery为大多数ALS患者提供了改进诊断和开发新疗法的大门——

由哈佛大学干细胞科学家领导的研究指出，肌萎缩侧索硬化症（ALS）潜在的生物标记物和药物靶标。ALS是一种非常难以诊断和治疗的神经性疾病。论文发表于《Nature Neuroscience》上，本研究利用人类运动神经元的干细胞模型揭示了基因STMN2作爲潜在的治疗靶点，证明了这种人类干细胞模型方法在药物发现中的价值。

肌萎缩侧索硬化的诊断和治疗——

肌萎缩侧索硬化症患者运动神经元丢失，进行性瘫痪。经过漫长的诊断之旅，他们可能存活只达5年。美国食品和药物管理局（FDA）已经批准了两种ALS药物，但它们的作用只是减缓病情。

除了治愈——甚至对更多的ALS患者有效的治疗——还迫切需要对ALS患者进行强有力的测试。要做到这一点，科学家需要找到一种可靠的疾病生物标志物。

TDP-43:肌萎缩侧索硬化的标志——

大约10年前，科学家们在ALS患者的死亡后神经元中发现了一种名爲TDP-43的蛋白质聚集体。这个蛋白应该在这些神经元的细胞核里，但是相反，它被冲洗掉了，在细胞质中形成。

显然，在神经元垃圾处理系统（称爲蛋白酶体）中的一些基因与TDP-43相互作用，导致了ALS的发生。但是哪些基因参与其中，以及它们在做什么，还不清楚。

编码TDP-43的基因可能被突变以触发ALS。它传给后代，然后他们发展爲肌萎缩性侧索硬化症，在某些情况下造成额颞叶痴呆（FTD）原因。自从TDP-43聚集体在ALS患者中被发现以来，它们已经被认爲是这种疾病的标志。

研究人员的工作

TDP-43是衆多与RNA结合的蛋白质中的一种，RNA负责传递遗传信息，并将其转化爲特定蛋白质的简明配方，例如生长神经元的一部分。

研究人员第一次使用人类神经元，开始识别受TDP-43蛋白调控的所有可能类型的RNA，以及当TDP-43位置受到干扰时这些RNA会发生什么。到目前为止，这样的研究仅  在体外用细胞系和小鼠进行。

因此，  哈佛大学的  研究人员使用人类多能干细胞，通过称为分化的过程转化为人类运动神经元（hMNs）。

研究人员首次着手在人类神经元环境中识别所有可能受TDP-43蛋白调控的RNA类型。直到现在，像这样的研究只在老鼠和癌细胞身上进行过。

然后，他们观察了当他们操纵TDP-43时每个基因发生了什么。

他们的发现——

研究人员降低了人干细胞源性运动神经元中的TDP-43蛋白水平。然后，通过RNA测序，他们分析了基因在这些细胞中的表达是如何变化的。在TDP-43被操控后改变的大约一千个基因中，有一个是引人注目的：

stathmin2（STMN2），一个在神经生长和修复中很重要的基因。

研究人员证实，单独STMN2的丢失能够诱导TDP-43耗尽时观察到的相同变化 - 抑制细胞用于相互通信的神经元（称为神经突和轴突）的尖端生长。

研究人员发现，STMN2 是正常hMN生长和修复的关键。在散发的ALS病例中，STMN2蛋白在脊髓中也显着减少，这证实了他们的发现。

这是一个在神经生长和修复中起重要作用的基因。STMN2与TDP-43同步变化。

哈佛大学干细胞与再生生物学系博士后约瑟夫·克里姆说：“一旦我们发现了TDP-43与另一个重要基因STMN2的缺失之间的联系，我们就能看到运动神经元在ALS中如何开始衰竭。”。克里姆是哈佛大学干细胞和再生生物学系的博士后研究员。

“在发现我们的人类干细胞模型已经准确地预测了患者身上发生了什么后，乔继续在这个系统中测试固定他汀类药物是否能挽救由于干扰TDP-43而导致的我们盘内运动神经元的退化。在一系列美丽的实验中，我相信这给患者带来了很大的希望，他继续向我们展示了这一点：拯救了Stathmin2就能挽救运动神经元生长的表达。”哈佛大学干细胞与再生生物学教授凯文·埃根说。

研究人员发现，没有TDP-43，STMN2完美阅读的蛋白质制造指令变成了无稽之谈。

“我们发现，当TDP-43在细胞核中的水平降低时，一个隐蔽的外显子被拼接到STMN2中信使核糖核酸。这基本上是删除了制造功能性蛋白质的指令，”克里姆解释说。“对于STMN2来说，它不可能产生一个重要的部件来修复或生长运动神经元轴突。”

下一步是看看他们的发现是否能反映了病人生物学的现实。他们从使用 als 患者尸检样本的 rna 测序研究中获得了资料。与对照相比, 这些罕见的资料集与研究小组在人类干细胞模型中的原始发现相呼应。als 患者脊髓的资料对应到了神秘的外显子, 但来自对照组的资料并没有映射。

q-nage 生物科学的路易士·威廉姆斯在 hscrb 上的博士论文是这项研究的第一步, 他补充说, "因为我们有人类来源的多能干细胞, 我们可以在与 als 相关的盘子里制造细胞, 并研究这一非常具体的问题。正确的背景: 与人类基因组和所有的遗传因素, 调节运动神经元。

为什么这很重要——

“这些实验指向一个明确的路径，以测试修复患者中的Stathmin2是否可以减缓或停止他们的疾病，”埃根教授说。“我们的发现爲开发ALS的潜在治疗方法提供了一个清晰的方法——它可以对除极少数人进行干预，不管他们的疾病的基因原因如何。”

“随着我们的人类干细胞模型已经准确预测了病人正在发生的事情的发现，（Klim）接着在这个系统中进行测试，确定Stathmin2 是否可以挽救由于扰乱TDP-43引起的运动神经元变性，”哈佛大学干细胞与再生生物学教授Kevin Eggan说。

“在一系列美丽的实验中，我相信这些实验为患者提供了很大的希望，他接着表明了这种情况就是如此：拯救Stathmin2的 表达拯救了运动神经元的增长，”他补充道。

总体而言，“我们所做的发现提示了一种明确的方法，可以开发一种潜在的ALS治疗方法 - 除了极少数患者外，其他所有人都可以进行干预，”Eggan总结道。