重新评估β2-微球蛋白（β2m）的作用：肌萎缩侧索硬化病理中选择性易感性的新见解

《Acta Neuropathologica》：Reevaluating the role of beta2-microglobulin: new insights on selective vulnerability in ALS pathology

　　

肌萎缩侧索硬化（ALS）的特征性表现为运动神经元（MNs）的选择性丢失。这些神经元在ALS中为何特别易感，以及某些MN亚群为何在疾病全程中保持抵抗，目前仍不清楚。研究人员探讨了人类白细胞抗原（HLAs）和β2-微球蛋白（β2m）在MN对ALS易感性中的作用，鉴于其已被报道既可延长也可缩短疾病进展。ALS中HLAs的丢失也被证明会增加MN对活化星形胶质细胞毒性的易感性。对对照组织的RNA测序分析显示，疾病抵抗性的动眼神经元（OMNs）和Onuf's MNs中β2m和HLA mRNA水平与易感性的脊髓MNs相当，表明这些转录本的基线差异不能解释这些MN群的不同易感性。然而，HLA蛋白水平与脊髓MN大小呈负相关，大型MN（在ALS早期即丢失的神经元）表现出最低的HLA表达。在终末期ALS患者组织的脊髓MNs中HLA蛋白水平也降低，而在OMNs中保持相对不变。相比之下，脊髓MNs在疾病期间独特地表现出β2m和HLA-C转录本的显著上调，这可能反映了一种保护性代偿反应。这些发现共同提示β2m和HLAs可能参与脊髓MN在ALS中的易感性。为评估其功能作用，研究人员将β2m敲除小鼠与SOD1^G93A ALS小鼠杂交。β2m的缺失并未改变ALS小鼠的寿命，但导致蚓状肌神经支配的部分保留，然而这不足以维持运动功能。胶质纤维酸性蛋白（GFAP）免疫反应性分析显示β2m敲除小鼠脊髓中神经炎症激活显著。由于这些小鼠保持正常的MN数量和寿命，这表明即使存在星形胶质细胞激活，功能性主要组织相容性复合体I类（MHC-I）的丧失也不足以引起MN疾病。此外，β2m敲除显著增加了SOD1^G93A小鼠的GFAP激活，但并未进一步加剧疾病进展，提示功能性MHC-I的丧失未必使MNs对星形胶质细胞毒性更易感。总体而言，这些发现表明β2m和HLAs在ALS中受到动态调控，并可能影响MN易感性，但它们并非ALS的主要疾病修饰因子。

肌萎缩侧索硬化（ALS）的选择性易感性是该疾病的核心特征，但其潜在机制长期未明。大型、易疲劳的运动神经元（MNs）在疾病早期即选择性丢失，而动眼神经元（OMNs）及Onuf核MNs则表现出显著的抵抗性。主要组织相容性复合体I类（MHC-I）分子作为一种跨膜糖蛋白普遍表达于有核细胞表面，其通过呈现肽段至细胞毒性T细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）发挥免疫防御功能。MHC-I由重链（人类由HLA-A、HLA-B或HLA-C位点编码）与保守轻链β2-微球蛋白（β2m）组成，后者对MHC-I的稳定性和表面表达至关重要。近年研究揭示MHC-I在神经系统中具有突触修剪、神经发育及可塑性等非免疫功能，且可能参与神经退行性疾病。MNs在生理条件下即高表达MHC-I相关mRNA，轴突损伤后MHC-I蛋白在轴突末端积累，提示其可能影响神经元存活、变性与再生。

既往研究关于MHC-I/β2m在ALS中的作用结论矛盾：Staats等报道SOD1^G93A小鼠脊髓MNs中β2m mRNA随疾病进展增加，β2m敲除缩短生存期，提示其保护性作用；而Song等发现症状期SOD1^G93A小鼠及终末期ALS患者MNs中HLAs减少，星形胶质细胞降低MN的HLA表达使其对星形胶质细胞毒性更易感，过表达HLA-C（小鼠H2-K1）可挽救此易感性。Nardo等则指出MHC-I激活在外周神经系统保留肌肉神经支配，但在中枢通过小胶质细胞与CD8⁺ T细胞相互作用加速MN死亡，去除β2m反而增加生存。这些矛盾结果凸显了MHC-I在ALS中调控和功能的复杂性。

**HLA蛋白在ALS患者易感MNs中选择性降低但不足以诱导MN丢失**

研究人员首先验证了终末期ALS患者脊髓MN的丢失及OMNs的保留。通过免疫组织化学分析，对照组脊髓MN中HLA蛋白表达与细胞大小呈显著负相关（Spearman相关，R = -0.31，P < 0.0001），大型MN（>2800 μm2）HLA水平最低；终末期ALS患者剩余脊髓MNs中HLA蛋白较对照显著降低（P < 0.0001），且这种降低与MN大小无关。相反，疾病抵抗性的OMNs在终末期整体维持HLA蛋白水平（P = 0.06），尽管最大型OMNs也表现HLA下调。GFAP免疫反应性作为活化星形胶质细胞的标志，在ALS患者脊髓MNs周围显著增加（P < 0.0001），而OMNs周围无此现象；CD68⁺细胞（活化小胶质细胞） similarly 增加。这些结果支持HLA（MHC-I）下调与正在变性的神经元群体密切相关，但OMNs中最大神经元虽丢失HLA却仍保留，提示HLA丢失单独不足以触发MN变性。

**β2m和HLA mRNAs在ALS中显示代偿性上调但未反映在蛋白水平**

通过生物信息学分析已发表数据集，研究人员发现对照组织中β2m和HLA mRNA在抵抗性OMNs、Onuf's MNs与易感性脊髓MNs间表达相当，基线水平不能解释差异易感性。然而在ALS组织中，剩余脊髓MNs的β2m mRNA显著高于对照（P = 0.03），HLA-A和HLA-C亦显著上调，OMNs中HLA-A亦被诱导；对SOD1^G93A小鼠时间序列分析显示β2m mRNA在症状早期即增加，H2-K1（小鼠HLA-C同源物）随进展上调。这表明存在HLA蛋白与mRNA调控的解偶联——代偿性mRNA上调未能转化为蛋白增加，可能反映转录后、翻译或定位机制的障碍。

**β2m敲除不影响SOD1^G93A小鼠生存或运动行为**

为直接评估β2m功能，研究人员将β2m^-/-小鼠与SOD1^G93A小鼠杂交获得SOD1^G93A;β2m^-/-小鼠。行为学评估（ grid delay test、伸展反射、体重监测）显示，雄性和雌性SOD1^G93A;β2m^-/-与SOD1^G93A;β2m^+/+相比，运动表现、体重下降及生存期均无差异（Mantel-Cox检验）。疾病持续时间（峰值体重至终末期）及早期/晚期进展分析均无组间差异。终末期脊髓MN计数显示SOD1^G93A各基因型间MN丢失程度相当。

有趣的是，野生型β2m^-/-小鼠脊髓GFAP反应性即显著高于β2m^+/+，达到与SOD1^G93A相当水平，但其MN数量正常且寿命不受影响，证明HLA丢失联合星形胶质细胞激活不足以产生ALS表型。SOD1^G93A;β2m^-/-小鼠GFAP反应性进一步增加，但未加剧疾病，且其缺乏SOD1^G93A小鼠中可见的CD8⁺ T细胞浸润，说明星形胶质细胞激活与免疫浸润解偶联。

**β2m敲除保留SOD1^G93A ALS小鼠特定肌肉的神经支配**

P140时神经肌肉接头（NMJ）分析显示，胫骨前肌和比目鱼肌的神经支配模式在各基因型间无差异，但蚓状肌中SOD1^G93A;β2m^-/-较SOD1^G93A;β2m^+/+具有更高的完全占据终板率和更低的空终板率（P < 0.05）。GAP-43染色显示两组再生水平相当，提示此保留源于NMJ稳定性增加而非再支配。然而这一局部保护未转化为功能性运动改善。

讨论部分，研究人员综合分析了MHC-I调控与ALS选择性易感性的关系。MN易感性的差异不由β2m或HLA基线转录差异决定；ALS中脊髓MNs的β2m/HLA-C mRNA代偿性上调伴随HLA蛋白丢失，提示存在不成功保护的应激反应，类似于轴突损伤后的再生程序。Song等建立的MHC-I维持与MN存活的相关性在本研究中得到扩展——OMNs保留整体HLA表达且无反应性胶质增生，可能保护其免于 degenerative cascade；而脊髓MNs中HLA的早期失调可能触发病理性神经元-胶质串扰。但β2m^-/-小鼠的表型证明HLA丢失联合星形胶质细胞激活不足以诱导MN变性。

关于β2m敲除功能后果的矛盾性文献，研究人员指出遗传背景可能是关键混杂因素。四项独立研究（含本研究）使用C57BL/6背景的SOD1^G93A和β2m敲除小鼠却得出不同结论：两项报告恶化/缩短生存，一项改善/延长生存，本研究则无显著影响。Nardo等已证实C57BL/6与129 Sv背景下SOD1^G93A小鼠疾病进展和寿命存在一致性差异，C57BL/6品系在发病时表现免疫系统过程上调和MN中MHC-I增加。Jackson Laboratory的资料表明，C57BL/6亚品系分离时间越长遗传差异越大，可能导致显著表型差异；微生物组、环境应激或设施特异性病原体也可能调制免疫-神经相互作用。因此，动物背景和免疫状态可能比β2m缺失本身影响更大。

**研究结论**

本研究结果共同表明，β2m和HLAs在ALS中受到动态调控，并可能影响MN易感性，但它们并非ALS的主要疾病修饰因子。HLA蛋白水平是MN易感性的决定因素，最易感的MNs表现出最低的HLA蛋白水平。脊髓MNs中观察到的β2m和HLA-C mRNA上调可能代表一种代偿机制，尽管伴随再生因子的激活，但最终被疾病克服。β2m缺失的功能性体内研究表明，其对疾病结局或功能性运动表现无深远、单一的影响，而组织学分析提示对特定肌肉的NMJ稳定性有适度益处，部分保留神经支配。这表明β2m介导的内在保护机制不足以逆转ALS的致命轨迹。虽然MHC-I可以保护远端轴突（与其在突触可塑性和神经再生中的作用一致），但这种局部保护不足以对抗周围胶质细胞和突变蛋白施加的慢性、进行性、非细胞自主性毒性。与现有文献的比较强调了遗传和环境背景对ALS小鼠模型表型的主导影响，β2m去除的可变效应可能取决于遗传背景和环境。