核轉(zhuǎn)錄因子TDP-43的病理作用及在疾病診療中的應(yīng)用研究進(jìn)展

岳嬌，李琴，楊兵，安豫，唐曉峰，陳穎梅，盧柯吉，王鵬，李公任，裴海峰*

1解放軍西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院心內(nèi)科，四川成都 610083；2西南交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院，四川成都 610031；3解放軍西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院干部病房，四川成都 610083；4解放軍第950醫(yī)院心腎內(nèi)科，新疆葉城 844900；5成都中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 611130

核轉(zhuǎn)錄因子TAR DNA結(jié)合蛋白43(TDP-43)是核不均一核糖核蛋白(hnRNP)家族中一種普遍表達(dá)且在進(jìn)化上高度保守的DNA/RNA結(jié)合蛋白[1-2]。最初于1995年發(fā)現(xiàn)它是人類免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type 1，HIV-1)的轉(zhuǎn)錄抑制因子[3]，隨后眾多研究者開(kāi)始致力于探索其在細(xì)胞病理生理過(guò)程中的作用。生理狀態(tài)下TDP-43主要定位于細(xì)胞核，少部分位于細(xì)胞質(zhì)(含量不超過(guò)30%)[4]，在mRNA的轉(zhuǎn)錄、剪接、翻譯、轉(zhuǎn)運(yùn)以及維持mRNA穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著重要作用；而在病理狀態(tài)下，TDP-43轉(zhuǎn)位至線粒體時(shí)則發(fā)揮相應(yīng)的病理作用，影響線粒體的形態(tài)與功能[5]。目前發(fā)現(xiàn)，TDP-43不僅在肌萎縮側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)、額顳葉癡呆(frontotemporal dementia，F(xiàn)TD)、阿爾茲海默癥(Alzheimer's disease，AD)等神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮作用，還在腫瘤、男性不育、骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)等疾病中發(fā)揮重要作用。因此，以TDP-43作為治療靶點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)，或許可預(yù)防或延緩相應(yīng)疾病的進(jìn)展。本文對(duì)TDP-43病理作用的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為T(mén)DP-43相關(guān)疾病的診斷和治療提供依據(jù)。

1 TDP-43分子

TDP-43是一種廣泛表達(dá)且在進(jìn)化上高度保守的DNA/RNA結(jié)合蛋白，由位于1號(hào)染色體上Chrlp36.2的TARDBP基因編碼。它由414個(gè)氨基酸組成，包含6個(gè)外顯子，分子量約為43 000[1]。TARDBP基因敲除小鼠于胚胎早期即死亡，提示TDP-43蛋白對(duì)胚胎早期發(fā)育具有重要作用[6]。TDP-43是異質(zhì)性hnRNP家族成員，該家族蛋白由一個(gè)N末端、兩個(gè)串聯(lián)RNA識(shí)別基序(RNA recognition motif，RRM)、一段核定位信號(hào)(nuclear location signal，NLS)序列、一段核輸出信號(hào)(nuclear export signal,NES)序列以及一個(gè)C末端所構(gòu)成[3]。N末端對(duì)維持TDP-43的正常構(gòu)象和生物活性至關(guān)重要[7]；RRM主要介導(dǎo)TDP-43與DNA或RNA的結(jié)合[8]；NLS和NES負(fù)責(zé)TDP-43在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的穿梭[9]；C末端結(jié)構(gòu)域富含甘氨酸區(qū)域及朊蛋白樣結(jié)構(gòu)域，對(duì)剪接調(diào)控和促進(jìn)微小RNA(miRNA)的加工，甚至TDP-43在疾病中的毒性作用至關(guān)重要[6,10]。

2 TDP-43在細(xì)胞中的作用

2.1在細(xì)胞核中的作用 TDP-43主要存在于細(xì)胞核內(nèi)，具有轉(zhuǎn)錄、剪接以及處理miRNA和長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)等多種功能。(1)轉(zhuǎn)錄：1995年，Ou等[3]發(fā)現(xiàn)TDP-43可與HIV-1長(zhǎng)末端重復(fù)序列的調(diào)節(jié)元件TAR結(jié)合，抑制該元件的體外轉(zhuǎn)錄，影響HIV-1的表達(dá)。體內(nèi)染色質(zhì)免疫沉淀(ChIP)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TDP-43可與小鼠acrv1啟動(dòng)子結(jié)合，從而抑制精母細(xì)胞中acrv1的轉(zhuǎn)錄[11]。(2)剪接：Lukavsky等[12]發(fā)現(xiàn)，TDP-43可作為反式作用因子與人類囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)第9外顯子的UG重復(fù)區(qū)結(jié)合，并引發(fā)外顯子9的跳躍。此外，它還可調(diào)節(jié)反式激活反應(yīng)-DNA結(jié)合蛋白(TAR DNA-binding protein，TARDBP)、肉瘤融合蛋白(fused in sarcoma，F(xiàn)US)、α-突觸核蛋白(α-synuclein，SNCA)、亨廷頓蛋白(huntingtin，HTT)和淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)等重要基因轉(zhuǎn)錄本的剪接模式[13]。細(xì)胞核TDP-43減少可觸發(fā)數(shù)百個(gè)剪接事件的失調(diào)[14]，如在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，ALS相關(guān)TDP-43的突變被證實(shí)可改變mRNA的剪接過(guò)程。(3)miRNA和lncRNA的處理：最近的研究證實(shí)了TDP-43與Drosha或Dicer蛋白的相互作用。TDP-43與Drosha蛋白相互作用可促進(jìn)pri-miRNA的產(chǎn)生[15]。TDP-43蛋白還可調(diào)控人類神經(jīng)元細(xì)胞系Dicer蛋白的mRNA和蛋白水平，從而廣泛影響miRNA的生物發(fā)生[16]。此外，在全基因組研究中發(fā)現(xiàn)，NEAT1和MALAT1等lncRNA可與TDP-43結(jié)合[17]。有趣的是，NEAT1和MALAT1在FTD TDP-43病理亞型(FTLD-TDP)中的表達(dá)水平也較高[18]。

2.2在細(xì)胞質(zhì)中的作用 雖然大多數(shù)TDP-43位于細(xì)胞核內(nèi)，但高達(dá)30%的TDP-43蛋白存在于細(xì)胞質(zhì)中，對(duì)mRNA穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)運(yùn)和翻譯等具有重要作用。(1)mRNA穩(wěn)定性：TDP-43與細(xì)胞質(zhì)組分中許多mRNAs的3'UTR結(jié)合后，在mRNA穩(wěn)定性和(或)轉(zhuǎn)運(yùn)中起作用。TDP-43可直接與NeflmRNA的3'UTR相互作用，穩(wěn)定Nelf基因轉(zhuǎn)錄，而Nefl基因編碼的亞基對(duì)神經(jīng)纖維中軸突的生長(zhǎng)和功能具有重要調(diào)節(jié)作用[19-21]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，TDP-43可與組蛋白去乙酰酶6(HDAC6)mRNA結(jié)合并調(diào)控其穩(wěn)定性，從而調(diào)節(jié)HDAC6蛋白的表達(dá)水平[22]。然而，TDP-43不僅可促進(jìn)mRNA的穩(wěn)定性，還會(huì)對(duì)mRNA的穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子a(Vegfa)和程序蛋白(Grn)mRNA似乎均通過(guò)TDP-43與其3'UTR的結(jié)合而變得不穩(wěn)定[23]。(2)mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)：神經(jīng)元是高度極化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細(xì)胞。突觸末端通常位于離細(xì)胞體較遠(yuǎn)的位置，因此，mRNA運(yùn)輸和局部翻譯對(duì)于維持神經(jīng)元的正常功能至關(guān)重要。mRNAs主要以核糖核蛋白(RNP)復(fù)合物或RNA顆粒的形式進(jìn)行運(yùn)輸。Chu等[24]及Cacciottolo等[25]發(fā)現(xiàn)，TDP-43信使核糖核蛋白(mRNP)顆粒存在于神經(jīng)元樹(shù)突和軸突中，并與此處存在的幾個(gè)已知的mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[雙鏈RNA結(jié)合蛋白Staufen1、脆性X智力低下蛋白(Fragile X mental retardation protein，F(xiàn)MRP)和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元生存基因(survival motor neuron，SMN)等]共定位，在神經(jīng)元刺激下共定位程度有所增加。還有研究發(fā)現(xiàn)，與ALS相關(guān)的TDP-43突變體會(huì)損害果蠅、小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元和ALS患者誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元內(nèi)的RNP顆粒運(yùn)輸[26]。(3)mRNA翻譯：最近一項(xiàng)對(duì)果蠅的研究發(fā)現(xiàn)，TDP-43可調(diào)節(jié)神經(jīng)肌肉連接處的FUTSCH(MAP1B的同源基因)mRNA的定位和翻譯[27]。TDP-43還可與翻譯機(jī)制中的其他蛋白質(zhì)如活化C激酶1受體(RACK1)、翻譯起始和延伸因子相互作用[28]。Russo等[29]發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞質(zhì)TDP-43水平升高可抑制成神經(jīng)細(xì)胞瘤中的蛋白合成，這種效應(yīng)可通過(guò)過(guò)表達(dá)RACK1來(lái)挽救。

2.3 在線粒體中的作用 目前研究多關(guān)注位于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的TDP-43，但其實(shí)TDP-43在線粒體中也發(fā)揮著重要作用。TDP-43突變或過(guò)度表達(dá)并在線粒體蓄積，可引起線粒體形態(tài)異常，線粒體運(yùn)輸障礙、功能失調(diào)，以及線粒體融合-分裂動(dòng)力學(xué)異常，從而損害細(xì)胞能量供應(yīng)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。(1)線粒體形態(tài)異常：在野生型和突變型TDP-43轉(zhuǎn)基因小鼠模型的細(xì)胞中出現(xiàn)形態(tài)異常的線粒體，主要表現(xiàn)為線粒體長(zhǎng)度增加，線粒體密度減少，以及短小、結(jié)構(gòu)異常甚至基質(zhì)腫脹的嵴，而下調(diào)TDP-43水平則可改善異常的線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)[30-31]。(2)線粒體運(yùn)輸障礙：除改變線粒體形態(tài)外，在TDP-43突變、過(guò)表達(dá)及缺失的細(xì)胞和動(dòng)物模型中也發(fā)現(xiàn)軸突及樹(shù)突的線粒體順行和逆行運(yùn)輸受損[32-34]，疾病相關(guān)突變可能會(huì)加劇這種損傷，提示TDP-43介導(dǎo)的線粒體運(yùn)輸可能涉及多個(gè)不同的途徑。值得注意的是，轉(zhuǎn)基因小鼠中線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)障礙發(fā)生在疾病癥狀甚至線粒體形態(tài)學(xué)異常出現(xiàn)之前[35]，提示線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)障礙可能是TDP-43轉(zhuǎn)基因小鼠的早期病理特征。由于細(xì)胞骨架對(duì)于線粒體的細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸和定位至關(guān)重要，可以推測(cè)TDP-43疾病相關(guān)突變導(dǎo)致的細(xì)胞骨架完整性喪失可能導(dǎo)致線粒體運(yùn)輸異常[36-37]，這或許可作為一個(gè)治療靶點(diǎn)。(3)線粒體功能失調(diào)：研究顯示，TDP-43可在ALS或FTD患者的線粒體中積聚，疾病相關(guān)突變反過(guò)來(lái)也可使線粒體內(nèi)TDP-43蛋白明顯增多[38]。在野生型和突變型TDP-43的細(xì)胞及動(dòng)物模型中可見(jiàn)線粒體膜電位降低、活性氧(ROS)生成增加，ATP生成受到抑制[32,34,39]。Wang等[39]發(fā)現(xiàn)，TDP-43蛋白在ALS患者神經(jīng)元的線粒體中累積，并可見(jiàn)呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ的活性受到嚴(yán)重抑制，呼吸鏈復(fù)合物Ⅳ的活性受到部分抑制，而呼吸鏈復(fù)合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ的活性未見(jiàn)明顯變化。在線粒體內(nèi)，TDP-43可抑制編碼呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ亞基ND3和ND6的線粒體轉(zhuǎn)錄信使RNA(mRNAs)的翻譯，并特異性導(dǎo)致復(fù)合物Ⅰ的解體[38]。(4)線粒體融合-分裂動(dòng)力學(xué)異常：線粒體可頻繁地進(jìn)行融合與分裂，這一特性在調(diào)控線粒體的形態(tài)和功能等方面具有十分重要的作用。Prasad等[13]發(fā)現(xiàn)，介導(dǎo)線粒體外膜融合的線粒體融合蛋白2(Mfn2)過(guò)表達(dá)可減輕TDP-43誘導(dǎo)的線粒體形態(tài)及功能障礙。在突變型TDP-43 ALS患者的外周成纖維細(xì)胞中，動(dòng)力蛋白相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1，Drp1)和線粒體分裂蛋白1(mitochondrial fission protein 1，F(xiàn)is1)可導(dǎo)致線粒體碎片化增加及線粒體功能障礙，而選擇性肽抑制劑P110可改善此種情況[40]。因此，這一機(jī)制在調(diào)控線粒體形態(tài)和功能方面至關(guān)重要。

3 TDP-43與疾病的關(guān)系

3.1 TDP-43在神經(jīng)退行性病變中的病理特征在許多神經(jīng)退行性疾病中可發(fā)現(xiàn)TDP-43包涵體。TDP-43包涵體是額顳葉變性(FTLD)和ALS最明顯的組織病理學(xué)特征[41]，也是AD等許多其他疾病中的次要組織病理學(xué)特征[42]。目前，習(xí)慣將以ALS、FTLD為代表的與病理性TDP-43沉積相關(guān)的神經(jīng)源性疾病稱為T(mén)DP-43蛋白病。

3.1.1 TDP-43在ALS中的病理特征 ALS是最常見(jiàn)的累及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的神經(jīng)退行性疾病，其特征為脊髓、腦干和運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元進(jìn)行性喪失而致肌肉無(wú)力，最終導(dǎo)致呼吸衰竭[4]。5%～10%的ALS通過(guò)顯性基因突變的方式遺傳，最常見(jiàn)的突變發(fā)生在TDP-43、超氧化物歧化酶(SOD)、肉瘤融合蛋白(FUS)和9號(hào)染色體開(kāi)放閱讀框72(C9orf72)中。其余90%的病例為散發(fā)性[4,43]，其中大多數(shù)可見(jiàn)TDP-43泛素陽(yáng)性包涵體。ALS的組織病理學(xué)特征主要表現(xiàn)為T(mén)DP-43從細(xì)胞核中被清除[44]，以及骨架狀、致密顆粒狀、路易體狀等細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物。TDP-43的異常蓄積在ALS患者整個(gè)大腦中均有一定程度的表現(xiàn)。然而，中樞神經(jīng)系統(tǒng)受影響最嚴(yán)重的區(qū)域是運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、脊髓、基底節(jié)和丘腦[45]。根據(jù)TDP-43蛋白病變從脊髓、皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞向其他皮質(zhì)區(qū)的擴(kuò)散程度不同可對(duì)ALS的疾病進(jìn)程進(jìn)行分期[46-47]。值得注意的是，部分FTLD病例與ALS病例在臨床癥狀、遺傳學(xué)和病理特征上有較大重疊，提示這兩類疾病可能存在相關(guān)性[48]。

3.1.2 TDP-43在FTLD中的病理特征 FTLD是一種以行為、人格及語(yǔ)言障礙為主要特征的疾病，包括3種臨床綜合征：行為變異額顳葉型癡呆(behavioral variant frontotemporal dementia，bvFTD)即狹義的FTD或FTD額葉型，語(yǔ)義性癡呆(semantic dementia，SD)，以及進(jìn)行性非流利性失語(yǔ)(progressive non-fluent aphasia，PNFA)[49]。Capitini等[50]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TLD患者腦、脊髓胞質(zhì)內(nèi)存在散在分布的泛素陽(yáng)性而Tau蛋白和突觸核蛋白陰性的顆粒樣物質(zhì)，其中，TDP-43是泛素陽(yáng)性包涵體的主要成分。隨后，有兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在FTLD患者的額顳葉皮質(zhì)區(qū)域神經(jīng)軸突和神經(jīng)元胞質(zhì)包涵體內(nèi)廣泛表達(dá)TDP-43，而枕葉區(qū)域和小腦區(qū)未受明顯影響[51-52]。在FTLD-TDP病例中發(fā)現(xiàn)的包涵體主要分為4個(gè)亞型，1型為在皮質(zhì)淺層較長(zhǎng)斷面的神經(jīng)元胞質(zhì)中有少量的神經(jīng)元胞質(zhì)包涵體，2型為在淺層和深層皮質(zhì)層中有較多的神經(jīng)元胞質(zhì)包涵體，3型為在皮質(zhì)表層有大量短小的神經(jīng)突起和細(xì)胞質(zhì)包涵體，4型與VCP基因突變相關(guān)，大多數(shù)TDP-43包涵體為核包涵體[53]。

3.1.3 TDP-43在AD中的病理特征 AD是常發(fā)生于老年人群的神經(jīng)退行性疾病，約50%的AD病例有病理性TDP-43形成。AD的病理特征為神經(jīng)內(nèi)沉積高度磷酸化的Tau蛋白及細(xì)胞外β-淀粉樣蛋白斑塊形成[54-55]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，病理性TDP-43不僅在AD患者的海馬、杏仁核等大腦邊緣系統(tǒng)中沉積，還會(huì)累及腦干、新皮質(zhì)和基底神經(jīng)節(jié)等[56]。Josephs等[57]分析了195例伴有TDP-43蛋白沉積的AD患者的臨床、神經(jīng)影像學(xué)和病理特征，將AD患者的TDP-43異常沉積按擴(kuò)散的嚴(yán)重程度分為5個(gè)階段：首先發(fā)生在杏仁核(Ⅰ期)，然后發(fā)展到海馬內(nèi)嗅皮質(zhì)和下腳(Ⅱ期)，進(jìn)一步擴(kuò)散至海馬齒狀回和枕顳部皮質(zhì)(Ⅲ期)，然后至顳下回(Ⅳ期)、額葉及基底節(jié)(Ⅴ期)。

3.2 TDP-43與其他疾病的關(guān)系 過(guò)去幾十年的研究主要針對(duì)TDP-43異常表達(dá)與神經(jīng)退行性疾病之間的關(guān)系，但TDP-43在其他疾病中的作用則很少報(bào)道。近年來(lái)一些研究發(fā)現(xiàn)，TDP-43在腫瘤、男性不育和OA中也發(fā)揮了重要作用。

3.2.1 TDP-43與腫瘤的關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)，TDP-43在黑色素瘤、肝癌和乳腺癌中高度過(guò)表達(dá)。腫瘤細(xì)胞的主要能量來(lái)源為葡萄糖，TDP-43可能通過(guò)調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(GLUT4)的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)黑色素瘤和乳腺癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[58-59]。在肝癌中，TDP-43高表達(dá)通過(guò)TDP-43/miR-520/PFKP軸調(diào)控糖酵解水平和ATP的產(chǎn)生[60]。在黑色素瘤中，TDP-43的表達(dá)增加與患者較低的生存率相關(guān)，而下調(diào)TDP-43表達(dá)可抑制黑色素瘤的細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移[58]。然而，目前也有研究發(fā)現(xiàn)，TDP-43高表達(dá)在神經(jīng)膠質(zhì)瘤與乳腺癌中預(yù)示著較好的預(yù)后，三結(jié)構(gòu)域家族蛋白16(TRIMl6)通過(guò)結(jié)合并穩(wěn)定TDP-43的表達(dá)，使其下游E2F轉(zhuǎn)錄因子1(E2F1)和磷酸化的視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)瘤蛋白(pRb)水平降低，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[61]。

3.2.2 TDP-43與男性不育癥的關(guān)系 Reddi等[62]發(fā)現(xiàn)，TDP-43在男性睪丸組織中也有表達(dá)，而另一項(xiàng)在轉(zhuǎn)基因小鼠中的研究發(fā)現(xiàn)，SP-10近端啟動(dòng)子作為絕緣體能阻止在體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄，因此，TDP-43與SP-10近端啟動(dòng)子結(jié)合可參與精子的形成過(guò)程[63]。近期研究發(fā)現(xiàn)，在不育男性中出現(xiàn)的精母細(xì)胞減數(shù)分裂阻滯可能是TDP-43功能喪失的結(jié)果[64]。綜上，TDP-43與男性的生育功能有關(guān)，進(jìn)而可能與男性不育相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，異常表達(dá)的TDP-43可作為精子發(fā)生缺陷的標(biāo)志物，進(jìn)而作為男性不育的候選標(biāo)志物[65]。

3.2.3 TDP-43與OA的關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)，OA患者患帕金森病的風(fēng)險(xiǎn)略有增加[66]，且OA還可加速并加重小鼠AD的病理進(jìn)程[67]。此外，一些被TDP-43調(diào)控的miRNA，如miR-558[68]和miR-132[69]，也與OA的發(fā)生相關(guān)，提示TDP-43可能在OA中發(fā)揮重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，TDP-43在OA退變軟骨中的表達(dá)水平明顯降低，提示TDP-43具有軟骨降解作用[70]。體外實(shí)驗(yàn)表明，TDP-43可通過(guò)GTP酶激活蛋白SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合蛋白1(Ras-GTPase-activating protein SH3 domain binding protein 1，G3BP1)調(diào)節(jié)應(yīng)激顆粒(stress granules，SGs)的裝配，從而在氧化應(yīng)激情況下維持軟骨細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，而關(guān)節(jié)內(nèi)注射重組TDP-43可減輕軟骨降解和軟骨下骨重塑，提示TDP-43可作為OA的潛在治療靶點(diǎn)[71]。

4 以TDP-43為靶點(diǎn)的診療應(yīng)用前景

隨著對(duì)TDP-43病理作用研究的不斷深入，未來(lái)可有針對(duì)性地制定對(duì)癥治療策略，以預(yù)防或消除TDP-43異常聚集、錯(cuò)誤折疊引發(fā)的疾病。其中幾種內(nèi)在的細(xì)胞降解機(jī)制具有關(guān)鍵作用，即自噬通路、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system，UPS)、內(nèi)體-溶酶體途徑(endosomallysosomal pathway，ELP)。

自噬是清除錯(cuò)誤折疊蛋白的主要通路[72]。有研究顯示，TDP-43可通過(guò)增加自噬相關(guān)基因(atg7)、雷帕霉素靶蛋白相關(guān)調(diào)節(jié)蛋白(raptor)和動(dòng)力蛋白激活蛋白(dynastic)的穩(wěn)定性來(lái)調(diào)節(jié)自噬，下調(diào)TDP-43后，這些自噬mRNA的水平明顯降低[73-74]。Wang等[75]發(fā)現(xiàn)，突變型TDP-43可使自噬標(biāo)記物微管相關(guān)蛋白輕鏈3(light chain 3，LC3)表達(dá)水平升高，在疾病早期以自我防御的形式增強(qiáng)自噬對(duì)TDP-43的清除。已知自噬激活劑海藻糖可使突變型TDP-43及其C末端片段TDP-25、TDP-35經(jīng)由自噬途徑降解[76-77]，而在自噬阻斷劑3-MA的干預(yù)下，突變型TDP-43及TDP-25、TDP-35的表達(dá)水平均增高，進(jìn)而從反面證實(shí)了突變型TDP-43及其C末端截短片段可經(jīng)自噬通路降解。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，雷帕霉素可抑制mTOR/mTORC1信號(hào)通路，從而激活自噬，促進(jìn)TDP-43等異常蛋白的清除[78]，這為新型治療藥物的設(shè)計(jì)和測(cè)試提供了一個(gè)有吸引力的靶點(diǎn)。

與自噬不同，UPS主要參與以可溶性、錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)為主的底物降解。Cascella等[79]用預(yù)先形成的TDP-43聚集體轉(zhuǎn)染小鼠NSC-34和Neuro2A細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，TDP-43寡聚體和不溶性小聚集體通過(guò)自噬降解，而可溶性的TDP-43單體主要被UPS降解，如果使用蛋白酶體抑制劑MG132等藥物損害UPS，則在胞核和胞質(zhì)中更容易形成泛素化TDP-43聚集體，提示蛋白酶體通路可在TDP-43的降解過(guò)程中發(fā)揮作用，這一作用在野生型TDP-43上尤為明顯，這與Budini等[73]對(duì)野生型TDP-43的降解機(jī)制研究結(jié)論類似。

既往研究主要集中于自噬和UPS等途徑對(duì)TDP-43的清除作用，而近年的研究發(fā)現(xiàn)，ELP也參與了TDP-43的清除。Leibiger等[80]發(fā)現(xiàn)，刪除ELP相關(guān)基因可明顯增強(qiáng)TDP-43誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性。有兩項(xiàng)研究證實(shí)TDP-43經(jīng)多泡體包裹后釋放到溶酶體中，由于空間的原因，多泡體可包裹更小的TDP-43聚集體，與自噬相比，ELP在TDP-43降解中的作用更為明顯[80-81]。因此，當(dāng)前主要考慮ELP可能在TDP-43降解中發(fā)揮更重要的作用。

此外，還可設(shè)計(jì)一些抑制劑或多肽來(lái)預(yù)防TDP-43的錯(cuò)誤定位。解聚酶增強(qiáng)型Hsp104是一種消除TDP-43聚集體的基因抑制劑，且可介導(dǎo)TDP-43的再折疊[82]。對(duì)于TDP-43錯(cuò)誤定位到線粒體所引發(fā)的線粒體功能障礙，有研究發(fā)現(xiàn)，TDP-43線粒體定位抑制肽PM1、PM3可降低線粒體內(nèi)的TDP-43蓄積，恢復(fù)線粒體功能[38]，預(yù)防神經(jīng)元丟失，并改善運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和認(rèn)知缺陷[83]。以TDP-43線粒體定位為靶點(diǎn)可能是治療神經(jīng)退行性病變的一種有潛力的方法。綜上，預(yù)防TDP-43的折疊和(或)增強(qiáng)其清除率是有效治療TDP-43所引發(fā)疾病的最重要目標(biāo)。

5 總結(jié)與展望

TDP-43是一種普遍表達(dá)且在進(jìn)化上高度保守的DNA/RNA結(jié)合蛋白，眾多研究發(fā)現(xiàn)其存在異常的細(xì)胞器定位。在生理狀態(tài)下，TDP-43蛋白主要定位于細(xì)胞核，而在應(yīng)激或病理狀態(tài)下，TDP-43蛋白被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)甚至線粒體內(nèi)，從而發(fā)揮相應(yīng)的病理作用導(dǎo)致疾病。過(guò)去幾十年對(duì)TDP-43研究的發(fā)現(xiàn)，TDP-43不僅在ALS、FTLD等神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮作用，在腫瘤、OA及男性不育等疾病中也具有重要作用。目前，TDP-43蛋白功能與其亞細(xì)胞定位之間的關(guān)系尚未完全明確，深入探討TDP-43亞細(xì)胞定位及其轉(zhuǎn)位機(jī)制可進(jìn)一步揭示TDP-43的生物學(xué)功能，從而為相關(guān)疾病的治療注入新理念，本文為研究TDP-43的靶向藥物和清除異常TDP-43的途徑提供了新的視角。