ALS 细胞模型与患者组织有多接近：4 种细胞的表达比较

用患者组织检验模型的病理相关性

美国麻省总医院（Massachusetts General Hospital）等团队，比较了人源诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）分化的不同细胞，检验它们能否重现肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）患者运动神经元的表达变化。研究于 2022 年先发布预印本，2023 年正式发表于 Cell Reports。

团队关注两个问题：相同的 ALS 相关变异，在不同细胞中是否产生相似变化；携带家族性变异的细胞模型，又能在多大程度上反映散发性患者组织的病理。人体参照来自已有尸检数据，比较覆盖基因表达和 RNA 剪接。

同基因配对比较 4 种细胞，皮层样细胞仅涉及 TARDBP

研究采用 SOD1 G85R、TARDBP G298S 和 PFN1 G118V 的 3 组同基因背景变异/对照配对，分别获得下运动神经元、感觉神经元和星形胶质细胞。皮层样神经元只纳入 TARDBP 变异/对照配对，未覆盖另外两种变异。

在分化早期，细胞身份通过标志染色及表达谱检查。下运动神经元的标志阳性比例为 96.8%，对应染色每组采用 8 孔；RNA 表达热图则按每条件 3 个文库展示。

把下运动神经元的 ALS 变异组与对照组合并比较后，得到 3804 个上调、3700 个下调基因。感觉神经元相应为 354 个和 591 个；TARDBP 皮层样细胞的变化也少于对应运动神经元，同一变异的作用明显依赖细胞类型。

运动神经元重现约三分之一的尸检表达变化

团队重新分析了 13 例散发性 ALS 与 8 例对照脊髓的激光分离运动神经元数据，再与家族性 ALS 细胞模型比较。患者组织中的 1303 个上调基因，有 480 个在细胞模型中同样上调；316 个下调基因中，有 103 个同样下调。

基因变化幅度也有相关性：纳入全部尸检差异基因时，相关系数 R = 0.26；只看组织与模型共同变化的基因时，R = 0.41。前一项观察较宽的患者组织信号，后一项限定在已经重合的基因集合。

共同变化涉及免疫反应、细胞死亡和神经突起等过程。原组织分析曾因担心小胶质细胞混入而排除一部分基因，但其中 52% 也在不含小胶质细胞的运动神经元培养中发生变化。作者据此提出，部分炎症相关表达可能来自神经元自身。

TDP-43 相关转录变化随细胞类型和变异而不同

STMN2、UNC13A 和 KCNQ2 等受 TDP-43 剪接调控的基因，在运动神经元中下降，却没有在其他所比较细胞中出现相同变化。针对患者组织中已知受影响的 61 个基因，TARDBP 与 PFN1 配对分别有 44 个和 35 个下调；SOD1 G85R 配对只有 2 个。

对另有来源的公开测序资料再分析，C9orf72 模型显示这类转录变化，而 SOD1 A4V 模型没有同等表现。这些资料用于检查不同遗传亚型的规律，来源独立于团队自建的 3 组配对。

这些 RNA 变化出现时，免疫荧光检测的 TDP-43 总量没有明显变化，细胞内定位变化也很小。蛋白分级检测发现可溶性 TDP-43 略降，却没有检出不溶性 TDP-43；后者的低含量可能低于检测阈值。RNA 调控功能与蛋白总量、分布因而需要分别观察。

异常 RNA 清除会影响隐蔽外显子的检测

早期细胞模型中，RNA 测序没有直接检出明显的隐蔽外显子信号。这类异常片段可能随错误剪接进入转录本。将隐蔽外显子信号相对完整转录本归一化后，TARDBP 模型中可见很小的 STMN2 增加；PFN1 的 STMN2 和两种变异模型中的 UNC13A 均未检出相同变化。

团队用环己酰亚胺（cycloheximide，CHX）阻断依赖翻译的 RNA 清除后，TARDBP 变异运动神经元中的 STMN2 和 UNC13A 隐蔽外显子转录本增加；野生型及 PFN1 模型未见相同增加。该干预用于检验 RNA 清除对检测信号的影响。

无义介导的 RNA 降解（nonsense-mediated decay，NMD）靶转录本，在尸检运动神经元中升高较多，在细胞模型中变化较小。作者据此提出，细胞模型可能仍能较快清除异常 RNA，而患者组织中的清除可能受损。

细胞类型与成熟阶段决定模型保留哪些信号

这项比较表明，细胞来源相同并不能保证疾病相关表达相同。下运动神经元保留了部分患者组织信号，而其他细胞类型、不同变异和不同检测终点各有差别，可用于判断后续研究应选择哪些模型及病理指标。

作者也指出，10 天左右的运动神经元仍较早期。尸检组织中未被模型重现的变化，可能涉及衰老、邻近细胞作用或其他病程因素。进一步成熟和更敏感的 RNA 检测，能否补足这些差异，仍是后续研究要回答的问题。