肌萎縮性脊髓側索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis，ALS），即我們常說的“漸凍癥”，是一種影響運動神經元的神經退行性疾病，已故的著名物理學家霍金（1942-2018）就是一名漸凍癥患者。在4%的家族性ALS患者中存在TDP-43突變【1】，盡管TDP-43是一個定位與細胞核的DNA/RNA結合蛋白，但在于幾乎所有散發(fā)性ALS患者的神經元中都存在TDP-43在細胞質中的累積【2】。因此，TDP-43在細胞質中的累積也成為ALS的重要標志之一，這一特征與ALS患者的神經炎癥性細胞因子表征相關聯(lián)，主要表現為NF-kB和I型干擾素信號通路的升高【3,4】。

　　TDP-43突變誘導神經細胞炎癥反應的具體機制并不十分清楚，為了確定TDP-43突變是否通過細胞內在的感應DNA或者RNA的天然免疫信號通路激活炎癥反應，作者首先分別在敲除MAVS（感應RNA）、PKR（感應RNA）、cGAS（感應DNA）、STING（感應DNA）的MEFs中過表達野生型TDP-43及ALS突變（Q331K），發(fā)現敲除cGAS和STING能夠完全阻斷由TDP-43 Q331K突變誘導的炎性因子表達。同樣，STING抑制劑H-151和cGAS抑制劑RU.521也能夠達到類似效果。更為重要的是，在由ALS患者來源的iPSC誘導分化而成的運動神經元中，STING和cGAS抑制劑能夠完全阻斷炎癥信號通路。cGAS是細胞內DNA的感受器，通過結合細胞內游離的DNA，催化生成cGAMP，cGAMP再結合到STING，激活TBK1及下游信號通路。在ALS患者的腦脊液和上述iPSC誘導分化的運動神經元裂解液中，cGAMP水平都比正常人的高。以上結果一致證明，TDP-43突變是通過cGAS/STING信號通路誘導神經炎癥的發(fā)生。

　　作為天然免疫的重要組成部分，cGAS/STING主要負責感受侵入細胞的外源性DNA（如細菌DNA），同時也負責感受來源一細胞自身的DNA（如核DNA和線粒體DNA），為確定TDP-43是通過核DNA還是線粒體DNA來激活cGAS/STING信號通路，作者通過cGAS-IP結合PCR的方法，確定了TDP-43突變主要引起線粒體DNA與cGAS的結合，而在去線K突變不能再誘導炎癥（INFB1和TNF的表達）。

　　那么，TDP-43如何促進線粒體DNA的釋放呢？線粒體是一個雙層細胞器，外膜具有較高通透性，與之相對地，線粒體內膜的通透性較差。通常，線粒體DNA的釋放主要通過線粒體通透性轉位孔（mPTP）實現，因此，作者進一步驗證TDP-43 Q331K突變是否也是通過誘導mPTP開放實現線粒體DNA的釋放。通過使用mPTP抑制劑CsA，作者發(fā)現抑制mPTP可以有效地阻斷TDP-43 Q331K突變引起的線粒體DNA釋放。同樣地，敲除mPTP組分蛋白Ppid也能達到類似的效果。

　　那么，在TDP-43突變的ALS小鼠模型中，是否也存在類似的cGAS/STING信號通路激活？并且，阻斷cGAS/STING信號通路能否改善神經退行性癥狀呢？通過對ALS模型小鼠Prp-TDP-43Tg/+（過表達人TDP-43 A315T突變）進行分析，作者發(fā)現，該模型小鼠中，腦內、脊髓內及血清內的cGAMP水平均比對照小鼠高。

　　通過構建Prp-TDP-43Tg/+；Sting-/-小鼠，作者發(fā)現，敲除Sting以后：1）小鼠發(fā)病時間沒有顯著區(qū)別；2）小鼠存活顯著改善；3）小鼠的滾筒平衡實驗（rotarod）結果顯著改善；4）小鼠步態(tài)實驗（gait）結果顯著改善；5）大腦和脊髓的炎性因子轉錄水平得到改善；6）大腦皮層V神經元密度得到恢復。最后，作者通過STING抑制劑H-151對ALS模型小鼠Prp-TDP-43Tg/+進行處理，達到了與Sting敲除類似的結論。以上結果表明，通過敲除Sting或者抑制劑阻斷STING信號通路，均能夠有效改善ALS模型小鼠的炎癥信號，恢復神經元數目和功能，并恢復小鼠運動功能。

　　本研究為TDP-43突變誘導神經炎癥提供了完整的機制闡述，通過對iPSC分化的運動神經細胞、ALS模型小鼠及ALS患者樣品進行系統(tǒng)分析發(fā)現，TDP-43通過誘導mPTP開放，釋放線粒體DNA，以激活cGAS/STINF信號通路，誘導TNF及I型干擾素信號的激活，最終引起神經細胞炎癥和運動神經功能癥狀。為使用SITNG抑制劑對ALS患者進行干預提供了理論和實驗基礎。