TAR DNA结合蛋白43的表达与脑损伤的相关性研究进展

叶瑶，李如波，马诗雨，魏雪婷，徐琪

（1.中国医科大学法医学院，辽宁沈阳 110000；2.中国医科大学临床学院，辽宁沈阳 110122）

TAR DNA结合蛋白43的表达与脑损伤的相关性研究进展

叶瑶1，2，李如波1，马诗雨2，魏雪婷2，徐琪2

（1.中国医科大学法医学院，辽宁沈阳 110000；2.中国医科大学临床学院，辽宁沈阳 110122）

TAR DNA结合蛋白43（TAR DNA-binding domain protein 43，TDP-43）是一种高度保守、广泛表达的核蛋白。如今发现TDP-43在大多数神经退行性疾病如阿尔茨海默症患者中表达，为神经退行性疾病相关的标记蛋白。本文从目前国内外的研究现状出发，围绕TDP-43的表达与脑损伤的相关性，在对TDP-43生物学特性认识的基础上，着重探讨TDP-43在急、慢性颅脑损伤中的特殊表达与作用，从而探索TDP-43在法医病理学中确定死亡原因、判定致伤致残情况的可行性。

法医病理学；脑损伤；综述；TAR DNA结合蛋白43

TAR DNA结合蛋白43（TAR DNA-binding domain protein 43，TDP-43）是一种由414个氨基酸组成的高度保守的蛋白质，表观分子量约为43000。TDP-43是一种DNA和RNA结合蛋白，参与转录抑制、RNA剪切和应激反应中的RNA代谢[1]。1995年首次被Ou等[2]发现，并被确定为存在于细胞核内能与HIV-1 TAR DNA元件结合的转录抑制因子。直到2006年，病理性TDP-43才被确认为肌萎缩性侧索硬化症和泛素阳性包涵体额颞叶变性中细胞内泛素化包涵体的主要蛋白质，且TDP-43在这些神经退行性疾病中有着共同的发病机制[1，3]。目前，TDP-43与神经退行性疾病相关的全面的细节性临床病理学研究已经展开[4]，且在深入研究过程中，逐渐发现了TDP-43与脑损伤之间的密切关系。

1 TDP-43的生物学特性

编码TDP-43的TARDBP基因位于人类1号染色体1p36.2上[5]，包含5个编码和2个非编码外显子，通过可变剪接可表达11种不同的蛋白变异体。TDP-43在啮齿动物和人类组织中都广泛分布。在胰腺、胎盘、脾、睾丸、卵巢、肺、肾、脊髓和大脑中，TDP-43 mRNA和蛋白水平都广泛表达[5]。

1.1 TDP-43的结构

在结构上，TDP-43与不均一核糖核蛋白家族成员相似[2]，含有两个高度保守的RNA识别基序，后面跟有一个富含甘氨酸的C末端结构域。RNA的识别基序能够介导TDP-43与RNA或DNA的结合以及其他蛋白相互作用。RNA的识别基序含有两个保守的片段，分别是位于该结构域N末端的RNP2六肽序列和RNP1八肽序列[6]。此外，以往的研究表明，TDP-43的C末端区域对于这种蛋白在核内的正确分布起着重要作用[7]。TDP-43除了RNA识别基序外，还包含一个特定的核定位信号和富含亮氨酸的核输出信号。TDP-43是一种磷蛋白，有63个潜在的磷酸化位点，例如379、403/404、409、410位的丝氨酸残基。据推测，TDP-43还含有3个caspase-3水解位点，剪切后将产生3个包含C末端的相对分子量为42000、35000或25000大小的片段[8]。

1.2 TDP-43的功能

有研究[4]发现，TDP-43蛋白作为一种多功能RNA结合蛋白，参与：（1）囊性纤维化跨膜传导调节因子和载脂蛋白A基因的外显子跳跃；（2）作为SMN基因外显子的包含因子；（3）通过其与3′UTR的直接相互作用使低分子量的神经丝蛋白mRNA保持稳定；（4）调节细胞周期蛋白依赖性激酶6的表达和microRNA的生物合成。小鼠中的TDP-43也可以与其临近的SP-10基因启动子（顶体囊泡蛋白1）结合，参与并调节精子的发生，从而表明TDP-43对其表达具有调控作用。还有研究表明，TDP-43的功能还包括：（1）通过与运动神经元生存蛋白相互作用构成核体支架（即双螺旋体）；（2）对细胞周期与细胞凋亡的调控；（3）对mRNA的运输和突触部位局部翻译的调控。因此，TDP-43的生理性功能是多样的但并不完全是特征性的，可能通过与DNA、RNA和（或）蛋白质的结合来参与多个生物过程的调节[9-12]。

病理状态下，TDP-43异常从细胞核转移至细胞质中，并形成主要由过度磷酸化和含C末端区域的TDP-43片段组成的泛素包涵体，称病理性TDP-43蛋白，存在于细胞质中。这一神经退行性TDP-43蛋白病的关键特征可能极其重要，体现了TDP-43在胞质中的C末端片段具有聚集的能力。因此，尽管TDP-43最初被认为在核内发挥的作用相对较弱，但是近几年的研究已经证明，神经退行性紊乱与TDP-43的胞质包涵体的出现有直接联系[13]。

2 TDP-43在脑损伤法医学鉴定中的应用

创伤性脑损伤作为头部外伤的结果一般分为两种类别。（1）急性颅脑损伤：包括轻微脑损伤或短期后遗症和灾难性脑损伤类型的震荡。这类脑损伤很可能导致死亡，最常见的原因是硬脑膜下血肿。（2）慢性颅脑损伤：被称为拳击手痴呆或慢性创伤性脑病，是专业拳击手和其他身体接触类运动的运动员因反复头部创伤导致的神经退行性病症，往往在运动生涯结束之后经过几年时间才开始出现[14]。

2.1 创伤性脑损伤的法医病理学变化

研究表明，创伤性脑损伤中存在细胞凋亡，脑损伤后引起的神经细胞死亡可能通过坏死和凋亡两种途径[15]。且神经细胞凋亡与坏死的时序空间分布不同。在创伤早期的中心部位，主要表现为细胞肿胀、坏死，而在外力打击相对较轻的损伤灶周边部位，伤后一段时间内表现为细胞凋亡。在损伤时间的推断方面，凋亡是某些病理生理因子和调控基因表达水平发生变化，引发的一系列反应而完成的。在这一过程中存在着时间-空间-效应关系和规律性的时序变化。而TDP-43蛋白作为神经元细胞核中的保守蛋白，参与着细胞周期与细胞凋亡的调控。因而，在创伤性脑损伤发生后，TDP-43蛋白的表达部位、表达水平的改变与损伤时间的关系，可能成为推断脑损伤时间的依据。

2.2 基于TDP-43的急性颅脑损伤研究

在急性颅脑损伤方面，尽管Johnson等[16]关于急、慢性颅脑损伤的研究发现，单次脑损伤的幸存者并不会有TDP-43蛋白病以及异常磷酸化的TDP-43包涵体的出现，但彭敏[17]所设计的大鼠脑损伤模拟实验却显示，急性颅脑损伤后脑组织中的TDP-43会发生变化且有一定的规律性。急性创伤性脑损伤后，神经元损伤水肿，胞核极不规则，有些胞核破裂，胞核中物质转移至胞质。实验结果显示，第1天胞质中开始出现胞核中转移过来的TDP-43，第3天时胞质中TDP-43包涵体明显增加，第7天TDP-43包涵体的量达到最高峰，第14天时开始逐渐减少，至第28天时只见少量残留，但仍高于正常组。

2.3 基于TDP-43的慢性颅脑损伤研究

TDP-43的表达与慢性创伤性脑病关系密切，McKee等[18]发现，在慢性创伤性脑病患者的体内，除了有tau蛋白神经元纤维的变化、运动神经元的损失和皮质脊髓束的变性外，还有大量的阳性TDP-43包涵体和轴突存在于脊髓中。与额颞叶变性相同，在慢性创伤性脑病中，同样发现了TDP-43包涵体的存在且大脑中广泛的区域受到影响。同样，在一些慢性创伤性脑病患者中，TDP-43蛋白病波及脊髓并与运动神经元疾病相关，这是能证明在碰撞运动中反复的脑损伤可能与运动神经元疾病相关的第一个病理学证据。

2.3.1 额颞叶变性

额颞叶变性（frontotemporal lobar degeneration，FTLD）包括一类异质性的神经退行性疾病，其中部分与运动神经元疾病有关。从神经病理学上看，FTLD可分为tau蛋白病和非tau蛋白病两大类。最常见的tau蛋白病是FTLD-U，在这种形式的FTLD中，神经元的包涵体对泛素显示阳性而对tau蛋白和α-突触核蛋白显示阴性，有时胶质细胞包涵体也如此[19，20]。Arai等[3，7]分别用相似但区别明显的方法确定了TDP-43是FTLD-U的重要组成部分。

FTLD-TDP是FTLD最常见的一种病理亚型。Arai等[3]利用生物化学和免疫组织化学方法确定一种相对分子量为43 000的TDP-43是决定tau蛋白阴性而泛素包涵体阳性的主要结构蛋白。Mackenzie等[21]研究FTLD-TDP病例，发现在FTLD-TDP各亚型中，TDP-43主要分布在额叶和颞叶新皮层区域的营养不良性神经突、神经元胞质内包涵体和神经元内包涵体中，在枕叶皮层和小脑区域则没有分布。

2.3.2 运动神经元病和肌萎缩侧索硬化

肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是以上、下运动神经元受累为主要病理改变的进行性、致死性神经系统变性病，主要临床表现为进行性加重的肌无力和肌萎缩，部分患者伴随痴呆[22]。TDP-43出现在ALS患者运动神经元的泛素包涵体中，Piao等[23]对102例ALS尸体剖检，发现全部病例的脊髓前角细胞胞质中均有包涵体。针对该包涵体进行TDP-43免疫组织化学染色，发现其全部呈现阳性。Zhang等[24]对20例ALS患者（其中6例为伴痴呆的ALS，即ALS-D）的皮质、皮质下、新纹状体、边缘系统、颞叶、脊髓等神经组织进行了TDP-43的免疫组织化学研究，结果发现，在患者的运动神经元、额颞叶浅部皮质、新纹状体、苍白球、黑质、丘脑等处均有泛素阳性包涵体，其TDP-43也呈阳性反应。

对ALS患者的脑干进行深入的TDP-43病理分析发现，神经元胞质包涵体（neuronal cyto-plasmic inclusions，NCI）出现在面神经、三叉神经和舌神经的细胞核内[25，26]，但并不出现在动眼神经、滑车神经、外展神经或前庭神经的细胞核内[25]。颅神经核是直接或间接受皮质延髓束支配的，而有趣的是病理性TDP-43仅在接收皮层直接投射的核内出现。

2.3.3 阿尔茨海默病

病理TDP-43的免疫反应在阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）中是常见的。大约有25%～30%散发性的AD病例，患者体内的神经元和胶质细胞的包涵体内出现TDP-43，但在家族性AD和唐氏综合征的病例中，这一比例大约要低至14%[27]。

AD中病理性TDP-43的主要共同点是TDP-43只集中于大脑的边缘，包括海马、杏仁核和邻近的皮层中[28-30]。其分布与病理性tau在AD中的分布重叠，以神经纤维丝和神经元纤维缠结的形式出现[31]。很明显，AD中病理性TDP-43的广泛分布情况与FTLDTDP中出现的情况有一些区别，这些区别包括神经元细胞质和细胞核包涵体的出现，也包括营养不良性神经突，在这些神经元中TDP-43更易于形成神经元纤维缠结[9]。

3 展望

TDP-43在正常情况下存在于细胞核内，而伴随脑损伤带来的神经元损伤，其存在部位必然会发生改变，表达方式也将出现异常[13]。目前的研究大多还集中在TDP-43与神经退行性疾病的直接关系，虽然对于TDP-43参与致病的机制提出了一些假说，但仍未明确。而TDP-43的表达与脑损伤相关关系的研究明显不足。创伤性脑损伤时TDP-43表达变化的研究提示，TDP-43作为标志物质具有参与法医学脑损伤鉴定的可行性。因此，TDP-43可能会对法医病理学鉴定时死亡原因的确定、致伤致残情况的判定有所帮助，值得深入探索。

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Research Progress of the Relationship between the Expression of TAR DNA-binding Domain Protein 43 and Brain Injury

YE Yao1,2,LI Ru-bo1,MA Shi-yu2,WEI Xue-ting2,XU Qi2
（1.School of Forensic Medicine,China Medical University,Shenyang 110000,China;2.School of Clinical Medicine,China Medical University,Shenyang 110122,China）

TAR DNA-binding domain protein 43（TDP-43）is a highly conserved and widely expressed nuclear protein.Nowadays,the expression of TDP-43 can be found in most neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease,which makes it become a neurodegenerative disease associated marker protein.From the current research status at homeland and abroad,and around the relationship between the expression of TDP-43 and brain injury,this article emphatically probes into the specific expression and function of TDP-43 in acute and chronic brain injury based on the knowledge of its biological characteristics,which aims to explore the feasibility for determining the cause of death and the injury and disability situations by TDP-43 in forensic pathology.

forensic pathology;brain injuries;review;TAR DNA-binding domain protein 43

DF795.1

A

10.3969/j.issn.1004-5619.2017.03.016

1004-5619（2017）03-0289-04

2016-03-10）

（本文编辑：张建华）

辽宁省教育厅科学研究一般资助项目（L2013317）；辽宁省自然科学基金资助项目（2014021027）

叶瑶（1993—），女，硕士研究生，主要从事临床医学、法医病理学研究；E-mail：1206844734@qq.com

李如波，男，博士，教授，主要从事法医病理学教学、研究及鉴定；E-mail：rbli@cmu.edu.cn