《Frontiers in Molecular Neuroscience》：TDP-43 related amyotrophic lateral sclerosis-frontotemporal dementia and links to the DNA damage response: a systematic review and narrative synthesis
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这篇综述系统性回顾了TDP-43蛋白病在ALS-FTD谱系疾病中诱发基因组不稳定的机制。文章归纳了12项研究，指出TDP-43定位异常、突变或聚集会破坏其对DNA损伤应答（DDR）的支架功能，损害非同源末端连接（NHEJ）等多种DNA修复通路，导致DNA双链断裂（DSB）积累。这种基因组不稳定性与疾病病理和运动功能障碍相关。靶向受TDP-43影响的DDR机制（如Enoxacin增强NHEJ）或为ALS-FTD乃至更广泛的神经退行性疾病提供新的治疗机会。
肌萎缩侧索硬化（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）是两种在临床和分子特征上相互重叠的神经退行性疾病，合称为ALS-FTD谱系疾病。ALS表现为运动神经元逐渐退化导致肌无力，平均生存期仅3-5年；FTD则因额叶和颞叶萎缩导致行为和语言障碍。在神经病理学上，高达90%的ALS病例和50%的FTD病例中可观察到TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）在细胞质中形成异常聚集体，这凸显了TDP-43蛋白病是ALS-FTD谱系疾病的一个标志性特征。
TDP-43是一种主要由细胞核表达的DNA/RNA结合蛋白，在RNA剪接、mRNA稳定性维持和运输中扮演关键角色。其C端结构域被认为与蛋白质错误定位和聚集到细胞质有关，这会损害其功能，导致基因组不稳定并增加神经退行性过程的易感性。神经元由于高代谢活性、修复能力有限且寿命长，被认为更容易遭受DNA损伤。神经元主要经历三种形式的DNA损伤：氧化损伤、DNA双链断裂（DSB）以及转座元件的激活。在分裂后细胞中，同源重组修复不活跃，因此它们依赖易出错的非同源末端连接（NHEJ）和碱基切除修复来分别应对DSB和氧化损伤。有趣的是，TDP-43似乎还能调控错配修复通路中两个基因（MLH1和MSH6）的剪接和转录，这表明TDP-43在DNA损伤应答中可能扮演着更广泛的角色。
这篇系统性综述和叙述性综合旨在通过评估临床前研究的实验发现，探究TDP-43在ALS-FTD模型中与DNA损伤和修复机制的关系。综述遵循了与之前研究C9orf72和FUS基因类似的方法学，通过对PubMed、EMBASE和Web of Science数据库的检索，最终纳入了12篇专注于TDP-43蛋白病/功能障碍及其与DNA损伤、DNA损伤应答和DNA修复通路关联的同行评议研究。
研究涵盖的模型与主要发现
纳入的12项研究使用了五种实验系统来建立TDP-43模型，包括永生化细胞系、患者来源的诱导多能干细胞、类器官、啮齿动物模型以及ALS-FTD患者的死后皮质和脊髓组织。研究涵盖了8种与ALS-FTD相关的TDP-43点突变。评估DNA损伤程度主要采用了三种方法：针对DSB标记物γH2AX的免疫染色、彗星实验和长片段PCR。
主要结局：中枢神经系统DNA损伤的检测与积累
在所有12项研究中，DNA损伤的积累都是一个一致的发现。其中10项研究确定DSB是神经元中最普遍的DNA损伤形式。具体量化数据显示，TDP-43的功能障碍会显著增加DNA损伤。例如，在一项研究中，TDP-43敲低的SH-SY5Y细胞与对照相比，DNA损伤增加了20倍。在ALS患者脑组织中也观察到DNA损伤与TDP-43细胞质包涵体之间存在显著相关性。在表达错误定位TDP-43的转基因小鼠模型中，皮层和脊髓中TUNEL阳性的细胞核也显著增加。这些发现一致表明，在多种TDP-43相关的ALS-FTD模型中，DNA损伤的积累是疾病病理生理学的一个重要因素。
次要结局
DNA损伤应答
与DNA损伤积累的预期一致，在11项研究中都报告了DNA损伤应答的增强。常用的标记物包括在DSB位点聚集的γH2AX和53BP1，以及DDR的核心调控因子ATM。研究显示，在携带Q331K突变的细胞中，DDR因子（γH2AX、p-ATM、p-53BP1）的水平增加了4-6倍。在表达错误定位TDP-43的转基因小鼠中，γH2AX信号也显著增强。此外，某些TDP-43突变还与γH2AX病灶面积和体积的增加有关，这可能暗示损伤增加和修复效率低下。
DNA修复过程的损伤
由于分裂后神经元高度依赖NHEJ来修复DSB，因此NHEJ通路成为TDP-43蛋白病破坏的主要修复机制。多篇研究报告了NHEJ效率的显著损伤。例如，TDP-43敲低的细胞中NHEJ和同源重组效率降低了2-3倍。在携带Q331K突变的细胞中，由于XRCC4-DNA连接酶4复合物的核转位受损，导致DNA链断裂的密封活性降低。这些修复功能的损伤是基因组不稳定性增加和DNA损伤持续积累的可能原因。除NHEJ外，也有研究指出错配修复和范可尼贫血通路等功能也受到了TDP-43蛋白病的影响。
TDP-43蛋白病与DNA修复功能的关联
大多数研究探讨了TDP-43蛋白病与DNA损伤应答之间的直接联系。使用疾病相关点突变或通过敲低/过表达操纵TDP-43表达的研究都表明，TDP-43的状态与DNA损伤程度及修复过程效率相关。除了直接影响修复蛋白的招募（如支架功能丧失），TDP-43功能障碍还能通过间接的转录机制影响DNA修复。例如，TDP-43 N352S突变改变了SH-SY5Y细胞中DNA损伤相关基因的剪接；而TDP-43敲低则显著影响了HEK293细胞中关键错配修复基因的表达。重要的是，在表达核排斥型TDP-43-ΔNLS的ALS小鼠模型以及散发型ALS患者的皮层和脊髓组织样本中，也观察到了类似的错配修复基因表达改变和蛋白水平升高。
在动物模型研究中，DNA损伤的积累与运动功能障碍和神经退行性变相关。表达细胞质人源TDP-43的转基因小鼠以及表达错误定位TDP-43的小鼠都表现出进行性神经退行性变、运动缺陷，并伴随皮层中γH2AX病灶的增加。
讨论与启示
本综述的综合结果表明，破坏TDP-43稳态（无论是通过敲低、过表达还是引入疾病相关点突变）会导致DSB积累，这是一个共同特征。NHEJ通路的失调是普遍现象，但更广泛的DNA修复通路失调也会发生，这对基因组稳定性有潜在影响。这些效应在从体外到体内再到患者死后组织的广泛模型中具有相似性，增加了结论的可信度。
从临床角度看，患者来源的神经元和死后样本中DNA损伤的积累或修复受损是一致观察到的现象，动物模型中DNA损伤与运动功能障碍的相关性也支持了这一点。因此，TDP-43功能丧失或突变导致的蛋白病引发的DNA修复通路失调，以及随之而来的基因组不稳定性，可能是ALS-FTD疾病过程的核心。鉴于TDP-43蛋白病在绝大多数ALS和相当比例的FTD病例中出现，针对DNA损伤积累或修复通路的疗法可能具有广阔前景。例如，抗生素Enoxacin作为miRNA加工酶DICER的激动剂，在临床前模型中显示出能减少TDP-43和FUS蛋白病细胞中的DNA损伤，并加速NHEJ修复。该药物已在ALS小鼠模型中显示出减轻运动病理的潜力，并已进入针对ALS患者的早期临床试验阶段。
此外，由于TDP-43聚集体在阿尔茨海默病等其他神经退行性疾病中也常见，本文讨论的DNA损伤修复失调机制可能具有更广泛的疾病相关性。因此，针对DDR的通用疗法可能对更广泛的神经退行性疾病有效。
方法学考量与局限性
γH2AX免疫染色和彗星实验是评估DNA损伤水平最常用的方法，但各研究在结果报告方式上存在差异，这凸显了未来研究中采用标准化测量协议的必要性。所综述的TDP-43模型包括体外和体内方法。对体外研究的偏倚风险评估表明其偏倚风险较低，大多数研究在多个领域符合高质量方法学标准，因此结论相对可靠。然而，唯一一项脊椎动物体内研究在多个SYRCLE领域（如基线特征、随机化、分配隐藏和结局评估）显示出高偏倚风险，其结论的强度需谨慎看待。
本综述的局限性包括符合纳入标准的研究数量较少，可能限制发现的普适性。但若与针对C9orf72和FUS基因的ALS-FTD模型的两项相关系统综述结合看待，可提供更广泛的病理生理学机制视角。此外，研究主要集中在来自美国，且检索限于英文出版物，也可能构成局限。
结论
本系统性综述和叙述性综合探讨了DNA损伤与TDP-43功能障碍及蛋白病之间的关联。研究发现，在不同模型和研究中，TDP-43破坏与DNA损伤增加之间存在强关联。这种DNA损伤的升高可能源于TDP-43对DNA修复通路关键组分的支架功能受损，而非直接诱导DNA损伤。DDR因子的升高表明损伤持续被检测到，但修复效率因TDP-43蛋白病可能引起的核转运受损而大打折扣。由于研究设计和结局报告存在显著异质性，无法进行荟萃分析，未来需要采用标准化方法来评估和报告DNA损伤及DDR。最后，两个重要的局限性需要考虑：首先，本综述仅涵盖了近40种与ALS-FTD相关的TDP-43突变中的8种；其次，部分突变仅在单项研究中进行过调查。
