肌萎缩侧索硬化症病理机制及治疗研究进展*

郭婕 亢恺雯 李华 白呦呦 路小伟 李智智 王强,3,4**

(1.陕西中医药大学第二临床医学院，陕西 咸阳 712046；2.陕西中医药大学针灸推拿学院，陕西 咸阳 712046；3.陕西省针药结合重点实验室，陕西 咸阳 712046；4.咸阳市神经生物学(针灸)重点实验室，陕西 咸阳 712046)

肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)是一种异质性神经退行性疾病，其特征是上下运动神经元的退化，导致运动和非运动症状，常因呼吸衰竭死亡[1]。ALS每年发病率约1～2.6例/10万人，患病率约6例/10万人[2]。90%ALS患者为散发性，少部分为家族性，平均发病年龄为58～60岁，平均生存期为3～4年[3]。ALS核心病理表现为运动神经元的进行性死亡，其病理机制错综复杂，且目前ALS治疗手段有限。本文将围绕ALS的病理机制阐述目前ALS的治疗研究现状。

1 肌萎缩侧索硬化症病理机制

1.1皮层过度兴奋与谷氨酸兴奋性毒性 运动皮层神经元过度兴奋是ALS早期病理生理特征，其导致ALS公认临床现象，即分离性肌肉萎缩[4]。其中最典型的就是裂手征[5]，皮质功能障碍还可导致裂腿征和裂肘征[6-7]。ALS皮层过度兴奋的发生先于下运动神经元功能障碍，因此ALS发病可能起源于皮层[8]。皮质运动神经元高兴奋性通过谷氨酸兴奋性毒性介导运动神经元变性。谷氨酸是脑内丰富的兴奋性神经递质，其兴奋性影响大脑的结构和功能。谷氨酸兴奋性毒性导致离子型谷氨酸受体过度激活，从而激活Ca2+依赖的酶途径并产生自由基，最终导致神经变性[9]。Saba等[10]证实运动皮层谷氨酸能活性异常可改变神经元功能结构，并使运动皮层谷氨酸积聚增加。

1.2TDP-43与蛋白质异常聚积 TDP-43是一种由TARDBP基因编码的蛋白，其在细胞质的错误定位是ALS的重要病理标志[11]。虽然TARDBP基因突变可导致蛋白质折叠错误，但大多数患者并没有TARDBP的任何突变。Vogler等[12]认为TDP-43是正常骨骼肌形成的一种必需蛋白，在骨骼肌再生过程中形成肌颗粒，与编码肌节蛋白的mRNAs结合，并随着肌纤维的成熟而清除。肌颗粒异常聚集可能是ALS细胞质TDP-43的来源。Ditsworth等[13]发现TDP-43突变决定疾病的发生但似乎不参与疾病进展。此外，Dickson[14]研究证实TDP-43在细胞质的异常聚集是改变运动皮层兴奋性的关键因素之一。最近发表在Cell的一篇文章[15]证明TDP-43能够与线粒体DNA结合，通过打开mPTP介导线粒体DNA向细胞质释放，进一步激活CGAS/STING信号通路与炎症反应，从而促进ALS的发生与发展。向我们揭示了ALS中TDP-43诱导炎症反应的具体机制。

1.3胶质细胞激活与神经炎症反应 胶质细胞是脑中远远多于神经元细胞的另一类重要细胞。小胶质细胞与星形胶质细胞参与的神经炎症反应在ALS发病中的重要性不容小觑。小胶质细胞在ALS发病的初始阶段扮演着“护卫”的角色，产生抗炎物质，对疾病有保护作用；但随着神经损伤加剧，小胶质细胞“变坏”了，释放ROS和促炎因子，表现出神经毒性和促炎作用。ALS患者中小胶质细胞的激活程度与疾病的严重程度有关[16]。研究发现症状出现前所有SOD1突变病例均出现体内神经炎症，伴随大脑皮层和小胶质细胞的活化[17]。星形胶质细胞通过失去正常功能或获得新特征影响ALS进程。在ALS中，星形胶质细胞对运动神经元的代谢支持减少，并丧失有效调节细胞外离子和神经递质水平的能力。此外星形胶质细胞谷氨酸转运体受损导致细胞外谷氨酸兴奋性毒性增高[18]。星形胶质细胞富含FABP7，其在小鼠脊髓中过度表达直接促进非转基因星形胶质细胞NF-κB驱动的促炎反应，最终导致运动神经元的凋亡[19]。

1.4线粒体功能障碍与氧化应激 氧化应激(OS)是指机体遭受有害刺激时，产生大量活性氧自由基(ROS)，氧化程度超出氧化物的清除能力，体内氧化与抗氧化失衡。以往ALS的尸检和实验研究发现ALS患者脑脊液、血浆和尿液中的氧化应激生物标志物显著升高[20]。此外，一项Meta分析表明ALS患者外周血中8-羟基鸟苷、丙二醛水平明显升高，而谷胱甘肽和尿酸水平降低[21]。线粒体通透性转换孔(MPTP)开口可维持线粒体的动态平衡。当MPTP被激活，线粒体氧化还原环境发生改变，导致ROS释放。而在较高的ROS水平下，较长的MPTP开口可能释放一个ROS爆裂，使细胞处于氧化应激状态，导致线粒体的破坏[22]。在ALS中，线粒体功能障碍和氧化应激形成恶性循环，促进神经变性和肌肉萎缩。Xiao等[23]研究发现SOD1G93A的瞬时过表达可直接促进线粒体ROS的产生，在运动神经元轴突完整的情况下即可导致线粒体功能障碍。

2 肌萎缩侧索硬化治疗

2.1基于抗谷氨酸兴奋性毒性治疗

2.1.1药物治疗 利鲁唑是一种苯并噻唑衍生物，可阻断中枢神经系统中的谷氨酸能神经传递。1995年，美国FDA批准利鲁唑作为第一种治疗ALS的药物[24]。尽管利鲁唑在临床实践中大都是安全和耐受性良好的，但其在ALS中的疗效有限，仅延长了2～3个月的无气管造口术生存期[25]。而最近有研究者[26]通过临床试验研究表明利鲁唑治疗可使患者中位生存期达到6个月到19个月。这比上述所说的2～3个月要长得多。因此利鲁唑对ALS的治疗效益还需要更多的实验研究来证实。

2.1.2针刺治疗 孙颖哲[27]通过实验研究证实夹脊电针可通过上调SOD1G93A转基因小鼠腰髓EAAT2的表达，降低神经元微环境中谷氨酸水平,同时通过上调腰髓AMPA受体G1uR2亚单位的表达,提高神经元抗兴奋性毒性能力。因此针刺治疗可以通过抗谷氨酸兴奋性毒性改善ALS患者的症状并延长生存时间。

2.2基于抗神经炎症反应治疗

2.2.1药物治疗 神经炎症是ALS重要的发病机制，马赛替尼可以抑制参与炎症的酶，有研究已证明马赛替尼可以有效地减缓ALS的进展[28]。Emiliano等[29]研究发现马赛替尼可减少SOD1G93A大鼠变性脊髓中胶质细胞和运动神经元异常病理改变，并显著延长存活时间。此外，一项关于马赛替尼辅助利鲁唑治疗ALS患者的随机临床试验也表明马赛替尼4.5 mg·kg-1·d-1口服可使ALS患者受益[30]。

2.2.2针刺治疗 贺韵涵等[31]基于“治痿独取阳明”治疗原则，电针SODlG93A模型小鼠双侧天枢穴及足三里穴证实早期针刺干预可以减少脑干及脊髓中促炎因子TNF-α的释放。此外苏苏等[32]也表明夹脊电针可通过抑制p38MAPK/NF-κB信号通路,对腰髓前角运动神经元产生保护作用,进而缓解ALS病情的进展。从分子水平探讨了针刺治疗ALS抗神经炎症反应机制。

2.3基于抗氧化应激治疗

2.3.1药物治疗 依达拉奉是一种自由基清除剂，具有抗氧化应激作用，可有效阻止ALS早期进展，2017年被FDA批准用于治疗ALS[33]。一项临床试验研究发现依达拉奉治疗后ALS患者血清和脑脊液中OXY明显降低。证实依达拉奉能够有效降低ALS患者的抗氧化活性[34]。Ohta等[35]也通过前临床研究发现依达拉奉可有效改善ALS模型小鼠运动症状，并降低血清氧化应激标志物dROMS水平。这项研究为依达拉奉可减轻ALS患者氧化应激相关运动神经元和肌肉的变性提供了强有力的支持。

2.3.2针刺治疗 郭静[36]通过电针ALS模型小鼠双侧L1～2、L5～6夹脊穴，证实电针夹脊穴能通过下调ALS-SOD1G93A模型小鼠腰髓前角运动神经元COX-2的表达,从而减轻神经细胞的氧化应激损伤，发挥对神经的保护作用。

2.4其他治疗 近年来，干细胞移植治疗ALS已成热点。一些临床前研究表明干细胞具有神经保护作用，能有效延缓疾病的发生，延长生存期。尽管干细胞技术有了很大的进步，临床前研究也取得了可喜的成果，但仍有几个问题没有得到解决，如干细胞的来源、细胞剂量、排斥反应等[37]。用于研究治疗ALS的干细胞种类繁多，其中间充质干细胞(MSCs)具有较高的增殖活性、免疫调节能力、多向分化潜能和分泌神经保护因子的能力，因此间充质干细胞似乎是治疗ALS最合适的干细胞类型[38]。Sironi等[39]研究发现予SOD1G93A小鼠脑室多次注射人脐带间充质干细胞(Huc-MSCs)，可表现出神经元保护作用，伴随着从促炎向抗炎环境的转变。然而，这种治疗仍不能有效阻止神经肌肉变性，延缓小鼠生存时间。同样，一项Ⅱ期随机对照临床试验发现干细胞移植可以降低ALS患者ALSFRS-R评分，延缓病程进展，同时使脑脊液中炎性细胞减少，抗炎细胞因子增加。遗憾的是，ALS患者长期生存率并没有明显改善[40]。因此干细胞移植对ALS的治疗效益以及机制还需要更全面更深刻地探讨。

3 总结

运动皮层神经元过度兴奋，TDP-43异常聚集，胶质细胞激活以及线粒体功能障碍参与了ALS的病理改变，其病理机制包括谷氨酸兴奋性毒性、蛋白质异常聚集、神经炎症反应以及氧化应激，但彼此之间并不是独立存在，而是共同作用导致ALS。因此积极探索ALS病理机制与其之间相互作用，对发现更多ALS治疗靶点尤为重要。目前ALS治疗以药物为主，能延缓病情进展，可悲的是，其并不能使疾病得到转归。中医对ALS的治疗主要采用针刺，研究证实早期针刺干预可以有效改善ALS的运动能力并延缓其生存时间。近几年干细胞移植治疗ALS的临床研究方兴未艾，极具潜力的干细胞移植似乎给ALS患者带来了希望之光，但其有效性和安全性还有待进一步验证。有研究发现针刺疗法可促进移植干细胞的存活、增殖、定向迁移和分化，进一步降低神经炎症反应，减少细胞凋亡并促进生长因子高表达，从而提高干细胞移植疗法的有效性，因此针刺对干细胞移植的促进作用不容小觑。中医特色针刺疗法与现代干细胞移植技术的结合似乎为未来ALS治疗手段提供了新的研究思路，两者之间的协同作用对ALS的增益疗效还有待积极探索。因此无论是药物治疗、针刺治疗、干细胞移植治疗还是联合治疗，都应从病理机制出发进行大量基础实验和临床试验作为支持，从而制定更好的方案，以推动ALS治疗进展。