Nat Rev Neurol最新综述：神经退行性变中神经损伤的大门——核孔复合体
神经退行性疾病的遗传基础越来越明确，但疾病发生和传播的细胞病理生理学仍然知之甚少。核胞浆转运改变正在成为多种神经退行性疾病的重要病理机制，包括肌萎缩侧索硬化症、阿尔茨海默病、额颞叶痴呆和亨廷顿病。核孔复合体（NPC）及其单个核孔蛋白组分与核转运受体之间的相互作用调节核质转运，以及基因组组织和基因表达。
在散发性和家族性神经退行性疾病中发现了特异性的核孔蛋白异常，这些改变被认为是导致核浆转运异常的原因。与不同的神经退行性疾病相关的特定的核蛋白和核浆转运蛋白的差异，提示NPC损伤导致神经退行性疾病的细胞特异性。
最近，美国约翰霍普金斯大学医学院脑科学研究所Jeffrey D. Rothstein教授在国际著名期刊Nature Reviews Neurology发表题为“Nuclear pore complexes — a doorway to neural injury in neurodegeneration”的综述文章，文章系统讨论了NPC和核浆转运中断如何促进神经生成性疾病的病理生理学的最新知识，还强调了NPC和核浆转运障碍作为神经退行性疾病治疗靶点的潜力。
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NPC的结构和功能
核孔复合体（Nuclear pore complex，NPC）是由多种核孔蛋白组成的核孔复合体，介导核细胞质转运、基因组组织和基因表达。
NPC由不同的组分组成：胞质环和细丝、中央通道、外环、内圈、跨膜环和核篮子。每个组分由不同核孔蛋白结合而成。大约三分之一的核孔蛋白含有FG重复结构域，形成选择性的通透性屏障，调节大分子的运输。
在核篮子中，TPR和NUP153介导核mRNA输出。除了促进核质转运外，NPC和特定的核孔蛋白还调节染色质组织和基因表达。包括NUP98、NUP50和NUP153在内的核孔蛋白可以与染色质相互作用。
此外，这些核孔蛋白在基因表达中有直接和间接的作用。它们通过RNA聚合酶II依赖的方式与DNA相互作用直接调控基因转录，它们通过协助RNA运输间接影响基因表达，最终导致细胞质中的RNA加工事件。
NPC与肌萎缩性侧索硬化症
肌萎缩性侧索硬化症（ALS）的发病机理：ALS的特点是上下运动神经元进行性变性，局部中间神经元变性，少突胶质细胞和星形胶质细胞局部功能障碍，随后微胶质细胞激活。在多达10%的患者中，ALS是遗传性的，超过20个基因可以导致家族性ALS。最常见的致病基因突变是C9orf72内含子1内的六核苷酸重复扩增，占家族性ALS患者的40%。
核质运输改变：2015年发表的两项研究首次确定核浆转运缺陷是C9orf72 ASL的主要病理机制。其中一项研究利用诱导多能干细胞（iPSC）来源的神经元（iPSNs）和C9orf72 ALS果蝇模型显示，C9orf72 HRE产生的病理重复RNA通过隔离RANGAP1破坏核浆运输，从而破坏RAN GTPase梯度。
利用荧光核浆转运报告因子和光漂白后荧光恢复（FRAP）表明，随着C9orf72突变，iPSNs的核蛋白输入受损。在另一项研究中，C9orf72 HRE在果蝇唾液腺或HeLa细胞中过表达，导致poly-A mRNA在细胞核中保留。此外，一项基因筛选间接揭示了C9orf72介导的果蝇视网膜变性的核转运通路的组成部分。
AD和FTD的核浆转运
阿尔茨海默病（AD）和额叶痴呆（FTD）是两种最常见的痴呆症，其特征是认知能力下降和记忆丧失，这是由海马体和额叶痴呆的神经元的进行性退化造成的。编码淀粉样前体蛋白（APP）和早衰蛋白（PSEN）的基因突变与AD相关，C9orf72和编码tau和原蛋白的基因突变与FTD相关。
对人类死后脑组织、iPSNs和果蝇的多项研究表明核层与多种核膜蛋白相互作用，包括层相关多肽（Lap2）和层蛋白B受体，对维持染色质的组织和定位至关重要，从而促进信使核糖核蛋白（mRNP）复合物的转录和输出通NPCs。
最近的研究结果表明，tau突变导致其在核周间隙的错误定位，NUP98促进其聚集，导致微管动力学受损，使核板变形，并在内陷中启动染色质组织和mRNA输出的局部破坏。然而，还需要更多的工作来完全确定AD和FTD的病理事件的顺序。
NPC的年龄相关变化
核板的完整性也会随着年龄的增长和年龄相关性疾病的发生而恶化，并可能影响NPC的功能，如核细胞质转运。年龄相关的核膜内陷可通过NPCs的积累导致核膜质转运功能失调，但削弱的层网也经常导致核膜破裂，从而减少核膜的分隔作用。
此外，通过LINC复合物与细胞骨架的接触部分维持了核膜的完整性，而LINC复合物的丢失会促进核膜弱化并导致核膜破裂。
总之，这些观察增加了LINC复合体和核膜破坏导致核浆转运中年龄相关神经退行性下降的可能性。事这些研究表明，与年龄相关的整体核完整性下降有助于神经退行性疾病的发病机制。
治疗方法
当NPC或核浆转运蛋白的遗传改变导致核浆转运缺陷时，通过减少突变基因的表达来消除遗传异常将是最具体的治疗方法。CRISPR技术能够特异性靶向基因突变，即利用基于CRISPR的策略消除核蛋白或其他蛋白质中导致NPC功能障碍的特定突变。
CRISPR技术已被用于消除iPSCs中病态的C9orf72重复扩增，这导致了几种C9orf72相关表型的逆转，突显了这项新技术的潜力。然而，目前最常见的基因突变靶向治疗方法是使用反义寡核苷酸（ASOs），通过RNase H降解RNA转录来消除突变蛋白的产生。
对带有C9orf72突变的iPSNs和小鼠模型的初步临床前研究结果表明，靶向C9orf72 HRE可以减轻疾病的分子特征，包括重复RNA病灶的形成和DPR蛋白的产生。
后续对C9orf72突变iPSNs的研究表明，选择性靶向C9orf72重复RNA的ASOs可以减轻鼻咽癌损伤和RAN GTPase的错定位，突出了鼻咽癌损伤和核浆转运功能障碍在疾病发病中的作用。
最近完成了一项国际一期临床试验，即鞘内注射特异性靶向C9orf72突变的G4C2感重复链（BIIB078）的ASO。调节反义C4G2重复链或C9ORF72蛋白的疗法尚未被探索。
参考文献
Coyne, A.N., Rothstein, J.D. Nuclear pore complexes — a doorway to neural injury in neurodegeneration. Nat Rev Neurol (2022). https://doi.org/10.1038/s41582-022-00653-6
编译作者：Dr. Hu（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
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