综述：核糖核酸作为神经退行性疾病中蛋白质聚集的主动驱动因子

《Current Opinion in Structural Biology》：Ribonucleic acid as an active driver of protein aggregation in neurodegeneration

　　

神经退行性疾病传统上主要归因于蛋白质聚集，但核糖核酸（RNA）已成为病理过程的主动驱动因子。扩增重复RNA、失调的RNA结合蛋白（RBP）及异常的RNA-蛋白质相互作用可直接或间接触发神经元功能障碍，两种机制在某些情况下界限并不清晰。RNA可调控朊病毒样聚集，作为支架介导液液相分离（LLPS），并根据其序列与结构促进或抑制蛋白质组装。本综述旨在探讨RNA的双重角色——既可作为聚集的促进因子，也可作为潜在治疗靶点——揭示肌萎缩侧索硬化症（ALS）、额颞叶痴呆（FTD）及脊髓小脑共济失调等疾病的新机制见解。研究人员强调RNA代谢是神经元易感性的核心决定因素。

引言

长期以来，蛋白质及其聚集被认为是神经退行性疾病的唯一致病因素，这一认知很大程度上源于阿尔茨海默首次在患者脑内发现蛋白质聚集体的开创性工作。近10至20年，越来越多的证据表明RNA在神经退行中发挥积极且重要的作用：既可通过形成核内或胞质内的异常高浓度RNA聚集体（即RNA foci）直接致病，也可通过RNA结合蛋白聚集导致的异常RNA加工间接致病，后者见于强直性肌营养不良、多种共济失调及亨廷顿病。这两种机制在某些情况下相互交织。

神经元无法像分裂细胞那样通过细胞分裂稀释毒性物质，因此即使轻微的RNA代谢损伤也会随年龄累积。神经元作为高度特化的长寿命、极性细胞，依赖精细调控的RNA过程维持结构与功能，突触局部翻译的准确性尤其依赖正常的RNA代谢。一旦关键RNA结合蛋白功能异常，其下游调控的数千种转录本将受影响，神经元对这种广泛调控崩溃的易感性显著高于其他细胞类型。本综述将系统讨论RNA与神经退行的关联证据，同时阐述RNA缓解蛋白质病理作用的潜力，这一双重角色与2011年研究人员在脊髓小脑共济失调多聚谷氨酰胺蛋白中观察到的生理与异常功能竞争通路理论相契合。

RNA重复扩增作为异常RNA-蛋白质相互作用的驱动因子

非编码重复扩增疾病为RNA的直接毒性提供了明确证据。脆性X相关震颤/共济失调综合征（FXTAS）及C9orf72内含子重复扩增等疾病中，含长CGG或GGGGCC重复的转录本会折叠形成发夹、G-四链体等稳定二级结构，并在核或胞质中累积为RNA foci。这些异常RNA作为高亲和力支架，隔离异质核糖核蛋白（hnRNP）、肌肉盲样蛋白（MBNL）、核仁素等RNA结合蛋白，导致剪接调控、RNA转运、局部翻译及应激颗粒动力学紊乱。此外，扩增重复RNA可通过增加相互作用价态或稳定多价蛋白质-RNA组装，改变核糖核蛋白（RNP）颗粒的凝聚特性。

脊髓小脑共济失调8型（SCA8）是RNA直接毒性的经典例证。该疾病呈常染色体显性遗传，以平衡、协调及言语功能进行性受损为核心表型，其遗传学特征复杂且外显率较低。SCA8中扩增的CUG重复RNA在核内形成foci，隔离关键RNA结合/剪接因子，导致RNA加工与表达异常（如GABT4上调）。细胞与动物模型证实，仅表达非编码重复RNA即可引发神经退行与行为缺陷，且该效应受特定RNA结合蛋白遗传状态的修饰。尽管SCA8存在多机制致病可能，但RNA功能获得模型为其非编码重复扩增驱动神经退行的假说提供了可靠支持。

家族性成人肌阵挛癫痫（FAME）是近年发现的另一类RNA毒性机制代表。该病由五核苷酸重复扩增导致神经元RNA加工紊乱与皮质高兴奋性，其重复单元为TTTTA（正常个体）或病理性扩增的TTTCA，分布于SAMD12、TNRC6A等多个基因的内含子区域。结构研究显示这类重复不形成稳定发夹或G-四链体，而是采取动态、弱碱基配对的构象并在多种状态间转换；致病性TTTCA重复比TTTTA更易折叠，可为异常RNA结构提供更稳定的成核位点。转录后这类RNA发生多聚化并在核内形成foci，其暴露的富含尿嘧啶表面可强效结合并隔离剪接及RNA加工因子，导致神经元转录本广泛失调。类似机制也见于小脑共济失调、神经病变及前庭反射消失综合征（CANVAS），其致病性AAGGG重复可形成DNA与RNA平行G-四链体结构。

RNA在朊病毒生物学中的作用

神经退行也可通过RNA结合蛋白的失调间接发生，朊病毒蛋白是研究这一机制的关键模型。传统朊病毒理论认为其仅由错误折叠的蛋白质构成，即蛋白-only假说：细胞型朊病毒蛋白（PrP^C）可转化为致病型（PrP^Sc），后者能诱导PrP^C发生构象转变，最终形成积累并导致传染性海绵状脑病的聚集体。

尽管蛋白-only假说具有理论吸引力，但越来越多的证据表明核酸尤其是RNA可显著调控PrP的生物学行为。体外研究显示RNA可增强PrP^C向蛋白酶抗性朊病毒样形式的转化，纯化RNA或总细胞RNA甚至可加速感染性颗粒的形成，提示核酸可作为错误折叠的支架或催化剂。现有理论认为RNA可稳定PrP的中间构象与部分去折叠状态，这些状态本身过于短暂难以有效启动聚集；RNA通过与PrP带正电的N端RNA结合域结合，可将单体PrP拉近从而促进致病构象转换。此外，RNA结合还可能影响PrP^C的生理行为，其在细胞内的核酸相互作用或与RNA代谢调控、应激反应相关，并可决定PrP的亚细胞定位，使其接触膜或内吞区室从而增加构象转换概率。

朊病毒存在多种毒株，即PrP^Sc的不同构象变体可产生特异性的疾病模式。独立证据提示RNA与脂质等辅因子可通过稳定PrP聚集体的特定构象参与毒株多样性形成，不同RNA序列甚至可能将其分子特征印刻于朊病毒，影响其毒株表型与组织嗜性。值得注意的是，RNA与蛋白质错误折叠的互作不仅限于经典朊病毒：TDP-43、FUS、hnRNPA1等神经退行相关RNA结合蛋白均含有朊病毒样结构域，可发生相分离与聚集，且RNA同样可根据浓度、结构与序列发挥促进或抑制聚集的作用，这提示RNA-蛋白质相互作用可能是调控蛋白质构象状态的普遍原理，贯穿生理稳态到疾病发生的全过程。

RNA结合的阴阳两面：利用RNA对抗聚集

额颞叶痴呆（FTD）与肌萎缩侧索硬化症（ALS）的相关蛋白几乎均为RNA结合蛋白，提示这类疾病本质是代谢通路异常而非单一蛋白突变所致。ALS/FTD相关蛋白通常具有模块化结构，包含球状结构域、长内在无序区及朊病毒样基序，虽不同于PrP但同样可错误折叠并形成聚集体，能以模板自传播方式诱导正常蛋白构象转变，通过外泌体等机制在细胞间扩散并沿神经通路传播，其功能特征与朊病毒相似但不具备个体间传染性。

TDP-43或FUS聚集体见于绝大多数tau阴性的FTD与ALS患者（TDP-43存在于97%的ALS患者与45%的FTD患者中），敲低或过表达这两种蛋白均可产生神经毒性。二者参与调控RNA转录、剪接、稳定、转运与翻译，在C9orf72相关的ALS/FTD中，G₄C₂重复RNA不仅自身形成foci，还可驱动RNA结合蛋白的异常相分离，破坏应激颗粒组装与其他核糖核蛋白凝聚体功能；这类转录本还可发生重复相关非AUG起始翻译（RAN翻译），产生富含精氨酸的二肽重复蛋白，进一步损伤RNA颗粒、核质运输与核糖体功能。膜联蛋白A11（Annexin A11）作为钙与脂质互作相关蛋白家族成员，也被证实具有RNA结合活性。

核酸在这类蛋白聚集中的具体作用曾长期存在争议，以TDP-43为例，2019年前的研究对其RNA效应的报道完全相反。近期研究明确了其中的分子基础：与蛋白亲和力极高（解离常数达纳摩尔级或更低）的RNA序列可作为分子伴侣减少聚集，而主要通过静电相互作用结合的RNA序列则可诱导聚集。这一发现提示可利用高亲和力短适配体干预蛋白质聚集，研究人员已证实这类短寡核苷酸序列可抑制聚集与纤维形成。适配体相较于抗体的优势在于分子量更小、易于合成且可达到相当的结合亲和力，且除传统文库筛选外，目前已可通过计算机模拟设计，显著推进了该领域的发展。尽管适配体的治疗应用仍受限于递送效率、特异性与转化挑战，但该策略已实现在超越光学衍射极限的分辨率下对TDP-43聚集体进行形态学表征。

RNA作为液液相分离的分子支架

RNA结合蛋白的功能无法脱离液液相分离介导的生物分子凝聚体讨论。生理条件下，液液相分离是调控转录、翻译与应激反应的关键机制，可形成无膜动态液滴通过分子限域提升特定过程的效率。但异常相分离（如加工小体与应激颗粒的异常组装）被视为直接聚集之外的另一条致病通路，最终可诱发淀粉样蛋白形成、破坏正常功能并导致神经退行。值得注意的是，除蛋白质与RNA外，脂质等多种化学性质各异的生物分子在适宜条件下均可形成生物分子凝聚体。

RNA通过丰度、序列特征及与蛋白质和其他RNA的多价互作调控蛋白质凝聚。RNA长度与二级结构均可影响凝聚体形成：含内在无序区或结构域的蛋白质可识别特定RNA序列，调控其构象与局部浓度；蛋白质还可通过解旋酶活性或翻译后修饰重塑RNA结构，为凝聚体动力学引入时间维度调控。综上，RNA与蛋白质形成了共调控网络，结构特征、结合亲和力与环境条件共同决定不同细胞状态下凝聚体的组成、材料特性与功能，而凝聚体提供的限域环境又反过来强化这一调控网络。

未来展望

本综述系统阐述了RNA从被动信使到神经退行核心驱动因子的角色转变。现有证据提示RNA代谢失调并非神经元死亡的伴随现象，而是可主动触发神经元难以承受的功能障碍级联反应。当前领域已积累了大量机制层面的碎片化证据，但仍缺乏连接RNA序列/结构、分子互作与细胞功能障碍的系统层面认知，以解释疾病表型的决定机制。亟待解答的核心问题包括：RNA-蛋白质相互作用如何精确决定疾病特异性、RNA在相分离及其向病理转化的过程中扮演何种确切角色、神经元对RNA失调的易感性由哪些因素调控。未来随着对RNA代谢认识的深入，研究人员有望将RNA的异常行为转化为对抗神经退行性疾病的有效策略。