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反式激活应答DNA结合蛋白-43(transactive response DNA binding protein 43000，TDP-43) 是一种DNA和RNA结合蛋白，最初于1995年被描述为一种与HIV转录有关的蛋白质，2001年发现其属于核不均一核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP) 家族，随后TDP-43的功能逐渐被发现，如维持mRNA的稳定性、参与mRNA的转录和翻译等，病理性TDP-43被认为是额颞叶变性(frontotemporal lobar degeneration，FTLD)和肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis，ALS) 的主要病理学标志，随后在阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)、海马硬化、Pick病、帕金森病(Parkinson’s disease，PD)及亨廷顿病(Huntington’s disease，HD)等神经变性病中亦发现其存在。将这一类以病理性TDP-43聚集为特征的神经变性疾病统称为TDP-43蛋白病。 TDP-43蛋白病大体可分为两类：一类为单纯性TDP-43蛋白病，即TDP-43作为主要病理性蛋白在大脑内聚集；另一类为复合性TDP-43蛋白病，表现为多种病理性蛋白的沉积(表1)。 TDP-43全长为414个氨基酸，由TARDBP基因(染色体1p36.2)编码，相对分子质量约为43000。从N端至C端包含4个功能区域，依次为核定位信号区，两个RNA识别序列(RRMs，即RRM1和RRM2)，核输出信号区及C端甘氨酸富集区。其中核定位信号区和核输出信号区负责调控TDP-43在细胞核及细胞质间的穿梭；RRM1和RRM2参与DNA或RNA结合；甘氨酸富集区调节TDP-43的剪接活性及该蛋白与其他细胞因子或细胞体(如应激颗粒等) 的相互作用。 TDP-43的功能：①调节mRNA转运及其稳定性；②与RNAs相互作用：调节基因可变剪接，可能通过影响特定前体mRNA的可变剪接和RNA加工的异常导致神经变性疾病的发生；③参与微小RNA的生物合成，参与细胞凋亡和细胞分裂；④调节神经突触可塑性和神经元活动等。 正常状态下TDP-43在人类及啮齿类动物组织器官中广泛存在，主要分布于细胞核，少量在胞质，且在正常人的大脑中，TDP-43几乎没有异常沉积。在病理状态下，TDP-43通过磷酸化、泛素化、裂解、溶解性减低及异位到细胞质等病理变化主要从两方面诱导TDP-43蛋白病的发生，即“功能获得(gain of function)”和“功能缺失(loss of function)” 。“功能获得”指异常条件下TDP-43能产生细胞毒性——比如TDP-43磷酸化、泛素化是TDP-43蛋白病患者的主要病理变化，这些改变使不溶性包涵体形成增多，从而干扰了TDP-43的正常功能，使其具有细胞毒性；TDP-43C端片段(包含A315T突变位点)与朊蛋白具有相似性序列，这种毒性肽段于相邻神经元传播也可能是其致病机制。另一方面，“功能缺失”是指TDP-43结构发生改变后其正常功能减弱甚至消失，导致神经元功能异常——在TDP-43阳性的额颞叶变性(FTLD-TDP) 和ALS患者皮质中可分离出N 端或C端裂解产物，这些降解片段是形成包涵体的重要原因；蛋白降解或者核内转运障碍可能导致TDP-43从核内移位和胞质出现包涵体，使其丧失正常功能、影响基因调节通路，最终导致易患神经元的选择性丢失等。目前关于病理性TDP-43致病机制还有许多未知，仍需进一步的探究。 ALS是运动神经元病最常见的类型，累及上、下运动神经元，表现为肌肉无力、萎缩，强直痉挛、构音障碍、吞咽困难，最终因去神经而麻痹瘫痪，患者多在确诊后的1-5年病情迅速发展恶化，最终死于呼吸衰竭。ALS分为家族性(10%) 和散发性(90%) 两种，目前公认的相关基因突变主要有4种：铜/锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn superoxide dismutase，SOD1)、9号染色体第72号开放阅读框(chromosome 9 open reading frame 72，C9ORF72)、TDP-43和肉瘤融合基因(fused in sarcoma，FUS) 基因。其中，在多数散发性及非SOD1突变的家族性ALS患者中均发现有TDP-43包涵体，Brettschneider等将其分布规律进行了总结(表2)。 这种逐步扩散的分布规律不仅有助于理解ALS的疾病进展，而且证实了pTDP-43可能通过躯体运动神经元轴突运输这一假说的成立，同时pTDP-43逐渐累及额叶很好地解释了ALS患者为何会出现进展性执行认知功能障碍，但该总结的不足是不能完全模拟ALS病理过程。另外，在发病早期， TDP-43在脑脊液中含量较高，因而被认为是ALS早期的生物学标志，其检测敏感度为59.3%，特异度为96.0%， TDP-43检测可能成为ALS主要诊断工具之一。 FTLD是一组以行为、人格改变及失语为特征性表现的疾病，因额颞叶萎缩变性而得名，其发病率仅次于AD，是痴呆的第2常见病因。FTLD在临床上可分为3 类：①行为变异型额颞叶痴呆(behavioral variant of FTD)，突出表现为伴有执行功能损害的行为和个性异常，可有言语障碍但通常不突出；②进行性非流利性失语(progressive non-fluent aphasia)，主要表现为语言损害，特点是语法错误、语言表达不流畅和电报式语言；③语义性痴呆(semantic dementia)，以语义记忆损害出现最早且最严重。病理性TDP-43作为特征性标志可累及整个中枢神经系统，根据TDP-43累及神经元部位的不同分为：神经元胞质包涵体(neuronal cytoplasmic inclusion)， 营养不良轴突(dystrophic neurite)及神经元核内包涵体(neuronal intranuclear inclusion)。研究发现，TDP-43阳性神经元分布、含量及比例存在某种规律，并与基因突变及临床表型相关，可归纳为4型。在其他TDP-43蛋白病中，该分型同样适用，如AD及路易体痴呆(dementia with Lewy bodies) 患者其分型多为A型， ALS患者多为A、B、D型(表3)。 该分型表明神经元细胞核内出现TDP-43包涵体的患者多有执行功能障碍；TDP-43累及神经元轴突的患者多存在命名障碍；神经元胞质内含TDP-43包涵体患者的生存期较短；TDP-43的解剖分布与患者的认知功能障碍程度相一致。 另外，约30%FTLD患者具有运动神经元病的临床表现，约50%ALS患者表现为额叶执行认知功能缺陷，散发性及遗传性FTLD/ALS最常见的基因突变——C9ORF72基因中非编码识别GGGGCC碱基重复扩张可以增强两者的重复关联性，同一遗传突变可以导致ALS和FTLD-TDP，这种在基因遗传、病理及临床表现的重叠性提示它们可能是TDP-43蛋白病疾病谱的不同表型，且TDP-43的分布也在ALS与FTLD-TDP之间。 AD作为老年痴呆症的最主要类型，表现为进展性认知功能及行为障碍的神经退行性疾病。tau蛋白和β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)被视为AD的主要病理标记物。近年发现，TDP-43也存在于AD患者大脑中——认知功能障碍患者TDP-43异常沉积的比率为1/3(35%)，AD患者其比率为1/2(46%)，同时发现TDP-43与多种AD相关细胞毒性物质关系密切。在AD小鼠模型中Aβ1-42慢病毒表达促进TDP-43异常聚集及磷酸化，清除Aβ则阻止此过程，提示Aβ可能触发病理性TDP-43生成。在神经元纤维缠结中除了主要成分tau蛋白外，TDP-43亦参与构成，且发现tau蛋白与TDP-43共定位于AD中40%的神经元，推测tau蛋白亦触发TDP-43蛋白的聚集。 Josephs等收集了342例患AD可能性为中至高度，Braak分期为IV-VI期患者，大脑尸检结果显示TDP-43与生前认知功能减退及皮质/海马萎缩明显相关，且在Braak分期较早时更为明显。当AD患者大脑已发生显著改变，但其认知功能尚正常时，TDP-43的异常聚集可起到提示作用。Josephs等选取了脑内存在病理性TDP-43的195例AD患者，根据其临床、影像学、基因及病理学特点总结出TDP-43异常聚集的扩散顺序为杏仁核(17%)——海马内嗅皮质和下脚(25%)——海马齿状回及枕颞部皮质(31%)——颞下回(20%)——额叶及基底节(7%)。研究者提出消除或防止TDP-43聚集，或许可以延缓海马萎缩及AD进展的速度，为AD 的治疗提供一个新的研究方向。 除上述疾病外，病理性TDP-43在其他TDP-43蛋白病中亦有发现： 路易体病包括路易体痴呆、PD及帕金森痴呆，其主要病理特征为路易小体，研究发现除α-突触核蛋白外，TDP-43也是其主要组成部分。TDP-43主要侵袭边缘系统(尤其是杏仁核)，其阳性检出率为19%-60%，提示其可以作为检测路易小体的有效标志物，且TDP-43促进α-突触核蛋白的聚集和播散，并导致患者病情加重。 海马硬化目前公认的诊断标志是海马体积减少，神经元严重丢失及反应性胶质增生，它可能是老年性痴呆的唯一神经病理学变化，也可见于其他神经变性疾 病，如AD、DLB、PSP、FTLD伴或不伴MND。TDP-43异常聚集导致认知功能损害，在近90%的海马硬化患者中发现病理性TDP-43，提示其在海马硬化导致认知功能障碍中起着重要作用，一项研究发现TDP-43包涵体阳性海马硬化患者其认知功能损害较无TDP-43包涵体海马硬化患者严重，同时发现TDP-43包涵体及海马硬化同时存在的患者表现在情景和语义记忆、感知速度和视觉空间能力方面的损害，而TDP-43包涵体阳性而无海马硬化患者仅表现为情景记忆损害，无TDP-43包涵体而有海马硬化患者则没有任何方面的认知功能损害，表明情景记忆障碍可能与病理性TDP-43有关，而非海马硬化本身。 另外，病理性TDP-43与其他病理性蛋白在细胞中的关系分为两种，即共存于同一细胞中(如在AD、DLB、AGD、关岛PDC及CBD患者中与tau蛋白共存，在DLB中与α-突触核蛋白共存)和不共存于同一细胞中(如在PSP患者的海马齿状回、AD及AGD患者的齿状回颗粒细胞中TDP-43与tau蛋白不共存)，提示TDP-43在不同疾病、不同细胞中其病理性聚集机制可能是不同的，或者存在某种已知或者未知的因素影响着这些病理性蛋白。 在TDP-43蛋白病中，中枢神经系统变性，细胞内异常TDP-43蛋白沉积。随着相关研究的深入，这些异常蛋白沉积不断被发现。病理性TDP-43在不同TDP-43蛋白病中的分布各不相同，但相似的神经病理学、遗传学及临床表现提示它们之间可能存在某种联系。将TDP-43聚集倾向、功能改变或其下游分子作为治疗靶点进行干预，或可以延缓或者逆转神经变性疾病的进展。目前对TDP-43及TDP-43蛋白病的了解尚存在着许多未知，需要更多的关注和研究，为神经变性疾病的发病机制、诊断治疗提供更多的未知方向与可能。
作者：崔政 徐毅 张黎明（哈尔滨医科大学附属第一医院神经内科） |
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