与ALS-FTD相关的CCNFS621G基因会导致海马区星形胶质细胞分支增多、线粒体功能障碍，并降低运动神经元的兴奋性

《Journal of Neuroinflammation》：ALS-FTD-linked CCNFS621G drives increased hippocampal astrocyte ramification and mitochondrial dysfunction and impairs motor neuron excitability

　　

摘要

肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）是具有重叠病理特征的神经退行性疾病。编码E3泛素连接酶Cyclin F的基因CCNF的突变可能导致ALS、FTD或两者兼发，这种情况甚至在同一家庭中也可能出现。以往大多数关于CCNF^S621G的研究都依赖于过表达系统，这可能会因干扰内源性Cyclin F的功能而影响研究结果。在这里，我们利用CRISPR/Cas9技术首次生成了内源性Ccnf^S621G的敲入小鼠模型。杂合子和纯合子Ccnf^S621G小鼠在18个月后并未表现出运动功能下降或神经元丢失，然而免疫组化分析显示海马区的星形胶质细胞分支增加，这种变化存在性别、年龄和亚区域的差异。这些数据表明，在没有明显神经退行的情况下，内源性Ccnf^S621G可能已经引发了早期星形胶质细胞的改变。在散发性ALS和FTD-ALS患者的死后组织中观察到了类似的星形胶质细胞形态变化，同时，在经炎症刺激后的CCNF^S621G诱导多能干细胞（iPSC）衍生的星形胶质细胞中也观察到了类似现象。对Ccnf小鼠进行的蛋白质组学分析发现了与翻译、线粒体功能、细胞骨架重塑、突触传递和神经炎症相关的早期通路失调。相应地，CCNF^S621G iPSC衍生的星形胶质细胞在基础状态和炎症刺激下均表现出线粒体膜电位受损和网络形态改变。由于神经元兴奋性改变是ALS的典型特征，我们进一步研究了星形胶质细胞对神经元兴奋性的影响。CCNF^S621G iPSC衍生的运动神经元单独培养时表现出过度兴奋性，其动作电位的发射频率高于同基因型对照组。值得注意的是，与CCNF^S621G星形胶质细胞共培养后，重复性放电现象被抑制，无法产生动作电位的神经元比例增加，并且CCNF^S621G及同基因型对照神经元中的电压门控钠电流也有所降低。综上所述，这些发现表明星形胶质细胞的改变是CCNF^S621G相关疾病的早期特征，且这种改变发生在神经元丢失之前。此外，星形胶质细胞线粒体功能障碍与CCNF^S621G星形胶质细胞抑制神经元重复性放电的能力共同提示了一种由星形胶质细胞驱动的非细胞自主机制，这可能解释了CCNF在ALS/FTD发病机制中的寡基因作用。