一种新型的TDP-43基因猪模型能够模拟多种与ALS（肌萎缩侧索硬化症）相似的关键特征

《MedComm》：A Novel Genetic TDP-43 Pig Model Mimics Multiple Key ALS-Like Features

　　Amyotrophic lateral sclerosis (ALS)猪模型通过耳静脉注射TDP-43M337V病毒建立，成功模拟了ALS患者运动障碍、肌肉萎缩及纤维化等核心病理特征，并检测到TMEM106B、SOD1和APOE4表达异常，为研究神经退行性疾病机制和治疗提供新平台。

　　这项研究提出了一种新的、高效的动物模型，用于模拟人类渐冻症（ALS）的病理特征。ALS是一种严重的神经退行性疾病，其主要特征是上运动神经元和下运动神经元的进行性退化，导致肌肉无力、萎缩和最终的瘫痪。尽管已有多种动物模型被用于研究ALS的发病机制和治疗策略，但目前仍缺乏能够全面复制人类ALS病理特征的模型。因此，研究者们开发了一种基于转基因病毒注射的猪模型，以期更准确地模拟人类ALS的病理过程。

猪与人类在解剖结构、生理功能、免疫系统和基因组成方面具有高度相似性，这使得它们成为研究人类疾病的重要工具。特别是，猪的神经系统结构更接近人类，这使得其在模拟神经退行性疾病方面具有显著优势。与传统的啮齿类动物模型相比，猪模型可以更好地再现ALS的典型病理特征，如运动神经元的退化、胶质细胞的增殖、肌肉萎缩和纤维化等。此外，这种模型还表现出与ALS相关的其他分子变化，例如TMEM106B、SOD1和APOE4的异常表达，这些变化在ALS患者中普遍存在。

在研究过程中，研究者们通过耳静脉注射携带TDP-43突变体（M337V）的腺相关病毒（AAV）来建立这种模型。TDP-43是ALS的关键病理标志物之一，其突变与多种神经退行性疾病的发病机制相关。通过这种方法，研究团队能够在短时间内建立稳定的模型，并观察到与ALS相似的病理变化。例如，注射后的猪表现出明显的运动障碍，包括肢体协调能力下降、行走时的不自主跌倒，以及步幅缩短等行为异常。这些行为特征与ALS患者的临床表现高度一致，进一步验证了该模型的可靠性。

此外，研究还发现，TDP-43突变体在猪的中枢神经系统（CNS）中广泛表达，包括大脑皮层、脊髓、小脑和脑干，但未在周围组织如心脏、肝脏、肺、肾脏和肌肉中检测到。这表明该模型主要模拟了ALS的中枢神经系统病变，而非全身性的病理变化。在病理分析方面，研究团队通过多种技术手段，如免疫组化、免疫荧光和透射电镜（TEM），发现TDP-43在脊髓和大脑皮层中形成了异常的聚集，特别是在细胞质中。这种聚集是ALS病理过程中的一个关键特征，可能通过干扰细胞内的蛋白质清除机制（如自噬和溶酶体功能）而导致神经元损伤和死亡。

进一步的研究发现，TDP-43突变体的表达还与溶酶体和自噬通路的异常相关。具体而言，TDP PIG模型中观察到TMEM106B蛋白水平显著升高，而TMEM106B在溶酶体功能调节中起着重要作用。同时，研究还发现p62蛋白的积累和LC3BII/I蛋白的减少，这表明自噬过程受到抑制，导致细胞内废物的积累，进而加剧神经退行性病变。这些发现不仅揭示了TDP-43突变体在ALS中的作用机制，也为理解其与溶酶体和自噬系统的相互作用提供了新的视角。

除了TDP-43相关的病理变化，该模型还表现出与ALS相关的其他重要病理特征。例如，SOD1蛋白水平在TDP PIG中显著升高，而SOD1是ALS的重要致病基因之一。同时，APOE4蛋白的表达也明显增加，这与ALS的发病机制密切相关。APOE4被认为可能通过影响TDP-43的异常聚集和神经元功能来促进ALS的发展。研究者们发现，TDP PIG模型中SOD1和APOE4的表达变化与ALS患者的临床数据高度一致，进一步证明了该模型在模拟ALS病理特征方面的有效性。

此外，研究团队通过RNA测序技术对TDP PIG和GFP PIG的脊髓组织进行了比较分析，发现TDP PIG表现出1404个差异表达基因，其中731个基因表达下调，673个基因表达上调。这些基因的表达变化与ALS相关的多种通路（如氧化磷酸化、ATP活性、线粒体结构和功能、免疫反应以及泛素化相关通路）有关，表明该模型在转录层面也与ALS患者存在显著相似性。这种转录组的变化不仅为理解ALS的分子机制提供了新的线索，也为筛选潜在的治疗靶点奠定了基础。

为了验证该模型的临床相关性，研究团队还对TDP PIG的肌肉组织进行了病理分析。通过HE染色和Masson染色，他们发现TDP PIG的肌肉组织出现了严重的萎缩和纤维化现象，这与ALS患者中观察到的肌肉病变高度一致。此外，肌肉组织中还检测到TDP-43的异常聚集，以及p-TDP-43（Ser409/410）和p62的表达升高，这些都与ALS的肌肉病理特征相符。这些结果表明，TDP PIG不仅在中枢神经系统中表现出ALS的典型病理变化，还在周围组织中重现了类似的病变过程，进一步增强了其作为ALS模型的适用性。

从研究方法的角度来看，这种猪模型的建立方式具有显著的优势。传统的转基因动物模型往往需要较长的培养周期，并且由于基因随机整合，可能会导致基因表达的不一致性。相比之下，通过耳静脉注射病毒的方法可以在短时间内建立稳定的模型，并且避免了基因随机整合带来的不确定性。此外，这种方法允许研究者对大量的动物进行实验，从而能够进行大规模的疾病机制研究和药物筛选。

在实验过程中，研究团队采用了多种技术手段，包括行为学评估、免疫组化、免疫荧光、透射电镜、HE染色、Masson染色以及RNA测序等。这些方法不仅帮助他们验证了模型的病理特征，还为深入理解ALS的发病机制提供了全面的数据支持。例如，行为学测试显示，TDP PIG在运动能力方面明显下降，而免疫组化和免疫荧光分析则揭示了TDP-43在神经元中的异常定位及其与胶质细胞激活的关系。这些发现为研究ALS的神经退行性过程提供了重要的实验依据。

在病理学分析中，研究团队还观察到TDP PIG中运动神经元的退化和胶质细胞的增殖。这些变化在ALS患者中是常见的，表明该模型能够有效模拟疾病的神经病理过程。具体而言，通过透射电镜，他们发现TDP PIG的运动神经元出现了核空泡化和电子致密颗粒的积累，这与ALS患者的神经元退化现象相似。此外，免疫荧光结果显示，TDP PIG的脊髓中CHAT阳性运动神经元的数量显著减少，而CHAT是运动神经元的一个重要标志蛋白，其减少可能与运动功能的丧失直接相关。

该研究的另一个重要发现是，TDP PIG中SOD1和APOE4的表达水平显著升高。SOD1是ALS研究中的关键蛋白之一，其突变已被证实与疾病的发生和发展密切相关。而APOE4作为另一个重要的遗传风险因子，可能通过影响TDP-43的异常聚集和神经元功能来促进ALS的进展。这些结果不仅扩展了我们对ALS发病机制的理解，还为开发针对这些靶点的治疗策略提供了新的思路。

综上所述，这项研究成功建立了一种新的ALS猪模型，该模型能够全面模拟ALS的多种病理特征，包括运动神经元的退化、胶质细胞的增殖、肌肉萎缩和纤维化，以及SOD1和APOE4的异常表达。此外，该模型在转录组层面也表现出与ALS患者相似的基因表达变化，这表明其不仅在病理学上与ALS高度相似，而且在分子机制上也具有代表性。由于猪与人类在生理和解剖结构上的高度相似性，这种模型在模拟ALS的临床表现和研究疾病机制方面具有重要价值。相比传统的啮齿类动物模型，该模型更接近人类的病理特征，有助于开发更有效的治疗策略。同时，这种快速、可重复的模型建立方法也为未来的ALS研究提供了新的工具，有望加速相关研究的进展。