Nat Neurosci：神经也能“充电”延缓僵硬？鲁汶大学团队揭示亚精胺激活Eif5a调控轴突翻译机制

ALS（俗称“渐冻症”）是一种会让肌肉慢慢“冻住”、人逐渐不能动也不能说话的病。科学家发现，这种病和大脑里一种叫 FUS 的蛋白“出错”有关。

基于此，2025年12月22日，鲁汶大学脑与疾病研究中心Sandrine Da Cruz 研究团队在nature neuroscience杂志发表了“Axonal Eif5a hypusination controls local translation and mitigates defects in FUS-ALS”揭示了轴突中Eif5a的亚精胺化修饰调控局部翻译，并缓解FUS-ALS中的缺陷。

研究人员利用空间转录组学技术，绘制了成年小鼠运动神经元轴突和胞体的RNA分布图谱，发现成熟轴突中富集大量与蛋白质翻译相关的RNA，并通过多重单分子成像证实翻译机器确实存在于轴突中。然而，在肌萎缩侧索硬化症（ALS）相关的FUS突变情况下，这种局部翻译被抑制，轴突特有的RNA特征（包括翻译组件）遭到破坏。其中，关键翻译因子Eif5a因缺乏“亚精胺化”激活修饰而功能受损。令人振奋的是，在轴突中补充多胺类物质亚精胺可恢复Eif5a的活性，改善局部蛋白质合成并缓解神经元缺陷；在ALS果蝇模型中，口服亚精胺也能减轻由突变FUS或TDP-43引起的神经毒性。这一发现为ALS治疗提供了潜在的新策略。

图一 成年小鼠运动神经元的空间转录组图谱绘制

为了在成年小鼠中精准区分运动神经元胞体和它们的轴突并了解各自“说了哪些基因话”（即转录组），研究人员采用了一种能结合免疫染色的空间转录组技术。他们先用NanoString的GeoMx平台，在12月龄小鼠脊髓切片中，把胆碱乙酰转移酶阳性（运动神经元）和阴性（非运动神经元）的神经元分别圈出来，单独收集RNA进行测序。

结果显示，两类神经元的基因表达明显不同：运动神经元富集了典型的胆碱能和运动神经元标志基因，验证了方法的准确性。接着，他们用高分辨率的单分子荧光原位杂交（smFISH）在单细胞水平确认了这些特异性转录本的存在。

为进一步获得空间位置信息，他们还用了10x Genomics的Visium空间转录组技术，发现运动神经元相关RNA确实集中在脊髓腹角，这正是运动神经元所在的位置，而非运动神经元的RNA则分布在背角和中间区域。

脑声常谈建立了多个《动物模型构建与行为评估》交流群，群内分享各种经典和前沿的行为范式，共同交流解决动物实验中遇到的棘手问题，避坑少走弯路！有需要的老师可以扫码添加微信进入讨论群！

最后，他们将自己获得的数据与多个已发表的单细胞核RNA测序研究比对，找到了63个在所有数据集中都稳定出现的运动神经元相关基因，并额外发现了201个新候选基因。其中两个代表性基因通过实验验证，确实在运动神经元中高表达。

总之，通过多种先进技术整合，成功绘制出成年小鼠运动神经元高可信度的基因表达图谱。

图二 成年小鼠运动与非运动轴突的转录组图谱

为了绘制12月龄成年小鼠运动神经元的无偏倚转录组图谱，研究人员应用了先进的GeoMx数字空间分析技术。通过特定标志物（胆碱乙酰转移酶和神经丝蛋白H）的免疫荧光染色，他们成功区分了运动轴突与非运动轴突，并对这两类进行了全转录组测序。

研究发现，成熟运动轴突中高表达的基因主要涉及翻译、突触功能以及核糖体相关成分。特别地，82%已知编码核糖体蛋白质的转录本被检测到。为验证这些转录本的轴突定位，使用了多重单分子荧光原位杂交结合免疫染色的方法，进一步确认了这些转录本在轴突内的存在，包括Eef2、Rpl4等与翻译相关的基因，Hnrnpa2b1属于核糖核蛋白复合体，Sparc属于突触类别，以及其他已知定位于轴突的转录本如Cox4i1、Nefh和Nefl。

此外，研究还对比了运动轴突和非运动轴突之间的差异表达基因，找到了在两类轴突中特异富集的基因。例如，Lao1和Sh2d2a在运动轴突中高度表达，而Duxf3和Art3则在非运动轴突中更为显著。

总的来说，该研究揭示了成年小鼠坐骨神经中运动与非运动轴突的转录组多样性，也证实了空间转录组学方法在解析复杂组织中的细胞特异性表达模式方面的有效性。

图三 FUS突变特异性扰乱运动轴突局部翻译

研究人员在携带ALS相关FUS突变（FUSR521H）的小鼠坐骨神经中，利用GeoMx空间转录组技术，分析了运动轴突的RNA变化。结果发现，在疾病症状出现前，突变FUS就已导致轴突中特定基因表达异常：一些与蛋白质翻译相关的mRNA（如Eif5a、Eif4a1、多个核糖体蛋白基因）显著上调，而这些变化在脊髓胞体中几乎不存在。

进一步检测蛋白水平发现，尽管部分翻译相关mRNA增多，但关键因子如Eif4g3蛋白反而减少，而Rpl24蛋白异常堆积，Rps3a和Rps4x则减少，说明突变FUS破坏了轴突中“造蛋白”系统的协调性。

这些改变仅出现在轴突，而非胞体，表明FUS突变会特异性扰乱轴突局部的翻译调控，这可能是ALS早期神经功能障碍的重要机制。

图四 轴突靶向亚精胺增强Eif5a修饰缓解FUS-ALS病理

为验证亚精胺在轴突局部的作用，研究人员利用微流控装置培养原代运动神经元，将胞体与轴突分隔开并仅对轴突区室施加亚精胺。

结果显示，突变型FUS导致轴突中Eif5a的亚精胺化水平下降41%，而局部给予100或200 µM亚精胺48小时后，该修饰分别提升29%和57%，同时恢复了受抑制的局部蛋白质合成，并几乎完全逆转了轴突变短的结构缺陷（长度恢复至接近正常的三倍），而胞体中的相关指标则无变化，表明作用具有轴突特异性。

为进一步探索其治疗潜力，研究团队在果蝇ALS模型中测试亚精胺：表达突变FUS或TDP-43的果蝇羽化率极低（分别仅8%和不足1%），而补充亚精胺后，羽化能力显著改善且呈剂量依赖性。

值得注意的是，该效果在FUS和TDP-43两种不同致病蛋白模型中均成立，提示亚精胺可能是一种广谱、有前景的ALS干预策略。

总结

该研究发现，轴突特异性亚精胺处理可增强运动神经元中Eif5a的亚精胺化修饰，有效缓解突变FUS引起的ALS相关病理表型。研究不仅揭示了Eif5a-hypusine通路在FUS-ALS中的关键保护作用，深化了对轴突局部翻译调控与神经退行机制的理解，还提出了一种精准靶向轴突的干预策略，在体外和体内模型中均显著改善轴突运输障碍和应激颗粒异常等核心病理特征。该工作验证了Eif5a亚精胺化作为潜在治疗靶点的可行性，将天然多胺代谢与神经保护联系起来，为ALS及其他RNA结合蛋白相关疾病提供了新的治疗思路。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41593-025-02101-2

脑声小店基于深度科研洞察，专注为动物实验提供"简器械·精实验"解决方案。我们突破高精设备局限，开发手工定制化仪器及配件，通过科研巧思将基础工具转化为创新实验方案。产品涵盖行为学装置、操作辅助工具等，使实验室在保持操作简效的同时，实现精细化数据采集，助力科研人员以创造性思维发掘简易仪器的潜在科研价值。