《Molecular Neurodegeneration》：Mutations in NEK1 cause ciliary dysfunction as a novel pathogenic mechanism in amyotrophic lateral sclerosis
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為探究肌萎縮側索硬化癥（ALS）致病機制，研究人員分析 920 例韓國散發性 ALS 患者的 NEK1 基因，發現其突變導致初級纖毛異常、細胞周期重新進入等。HDAC6 抑制劑可改善相關缺陷，為 ALS 治療提供新方向。
肌萎縮側索硬化癥（Amyotrophic Lateral Sclerosis，ALS）是一種致命的神經退行性疾病，主要特征是大腦和脊髓中的運動神經元選擇性退化，導致肌肉無力、萎縮，最終呼吸衰竭。盡管已有研究發現多個基因與 ALS 相關，如涉及蛋白質穩態、RNA 代謝等通路的基因，但發病機制仍不明確。近年來，越來越多證據表明初級纖毛（Primary Cilia）—— 一種存在于大多數哺乳動物細胞表面的微管結構，在信號傳導和細胞周期調控中起關鍵作用 —— 的功能障礙可能與神經退行性疾病相關，但具體機制尚不清楚。NIMA 相關激酶 1（NIMA-related kinase 1，NEK1）作為一種參與細胞周期、DNA 損傷反應（DDR）和初級纖毛生成的多功能激酶，已在多個種族中被識別為 ALS 風險基因，但其在 ALS 中如何通過纖毛相關機制致病仍需深入研究。
為填補這一空白，韓國漢陽大學（Hanyang University）等機構的研究人員開展了相關研究。他們分析了 920 例韓國散發性 ALS（sALS）患者的全外顯子組序列，鑒定出 23 例患者攜帶 NEK1 變異，并通過患者成纖維細胞和 iPSC 衍生運動神經元（iPSC-MNs）模型，結合多種功能實驗，揭示了 NEK1 突變在 ALS 中的致病機制。該研究成果發表在《Molecular Neurodegeneration》，為 ALS 的病理機制和治療提供了新見解。
研究主要采用了以下關鍵技術方法：首先，通過全外顯子組測序（WES）和桑格測序驗證，在韓國 sALS 患者中篩選 NEK1 變異；其次，利用患者來源的成纖維細胞進行細胞培養和功能研究，包括纖毛結構觀察（免疫熒光染色）、細胞周期分析（qPCR 和 Western blot 檢測 Cyclin D1、CDK4 等標志物）、線粒體功能評估（JC-1 染色和透射電鏡）、DNA 損傷反應檢測（γH2AX 免疫熒光和 Western blot）；此外，通過 RNA 干擾（siRNA）敲低 NEK1 表達，在 SH-SY5Y 細胞和 iPSC-MNs 中驗證表型；最后，使用 HDAC6 抑制劑 Tubastatin A 和鈣離子螯合劑 BAPTA 進行藥物干預實驗，觀察對纖毛和細胞功能的挽救作用。
研究結果
1. NEK1 變異在 ALS 患者中的分布及功能影響
在 920 例 sALS 患者中，23 例（2.5%）攜帶 16 種 NEK1 變異，包括 2 種新移碼變異（p.E853Rfs9、p.D1112Efs50）、1 種起始密碼子變異（p.M1?）和 1 種剪接變異（p.Q132=）等。功能研究發現，p.E853Rfs*9 和 p.M1? 變異導致 NEK1 mRNA 和蛋白表達顯著降低（約 50%），屬于功能喪失（LOF）變異；p.Q132 = 變異導致外顯子 5 跳過，產生異常剪接異構體。
2. NEK112變異損害初級纖毛形成和 Shh 信號傳導
血清饑餓誘導纖毛形成后，攜帶 LOF 變異（p.E853Rfs*9、p.M1?）和 p.Q132 = 變異的患者成纖維細胞表現出纖毛長度縮短、頻率降低，且纖毛形態異常（如分支、扭曲）。Shh 信號通路關鍵分子 Smoothened（Smo）在纖毛中的積累減少，下游轉錄因子 GLI1 mRNA 誘導水平降低，表明 Shh 信號傳導受損。
3. NEK134變異通過鈣離子依賴的 AurA-HDAC6 軸誘導纖毛解體
NEK1 變異導致細胞內鈣離子（Ca2?）超載，激活 Aurora 激酶 A（AurA）及其下游組蛋白去乙�；� 6（HDAC6）。AurA 磷酸化水平在纖毛基部顯著升高，HDAC6 活性增強，促進纖毛微管去乙�；屠w毛解體。鈣離子螯合劑 BAPTA 可逆轉纖毛缺陷和 AurA 激活，表明纖毛異常依賴于 Ca2?-AurA-HDAC6 通路。
4. NEK156變異影響微管乙�；�、線粒體動態和 DNA 損傷反應
NEK1 LOF 變異導致 α- 微管蛋白乙�；浇档�，線粒體碎片化加重，線粒體膜電位（ΔΨm）下降，細胞色素 c 釋放增加，提示線粒體功能障礙。此外，NEK1 變異細胞在紫外線（UV）照射或依托泊苷處理后，γH2AX 陽性焦點積累，DNA 損傷修復激酶 Chk1 磷酸化水平降低，凋亡標志物 cleaved caspase-3 表達增加，表明 DDR 受損。
5. HDAC786 抑制劑挽救 NEK1 功能缺陷
HDAC6 抑制劑 Tubastatin A 可顯著恢復 NEK1 LOF 變異成纖維細胞和 iPSC-MNs 中的 α- 微管蛋白乙�；�，改善線粒體分布和纖毛長度，減少細胞凋亡。在 iPSC-MNs 中敲低 NEK1 可重現纖毛縮短、細胞周期異常和凋亡增加，而 Tubastatin A 處理可逆轉這些表型，驗證了 HDAC6 作為治療靶點的潛力。
研究結論與意義
910本研究首次明確了 NEK1 突變通過功能喪失機制導致初級纖毛結構和功能異常，進而激活 Ca2?-AurA-HDAC6 通路，引發纖毛解體、細胞周期紊亂、微管和線粒體功能障礙及 DNA 損傷修復缺陷，最終促進 ALS 發病。HDAC6 抑制劑在細胞模型中可有效挽救 NEK1 相關缺陷，為 NEK1 變異相關 ALS 提供了潛在治療策略。研究不僅拓展了對 ALS 致病機制的認識，揭示了初級纖毛功能障礙作為新病理機制的重要性，還為開發針對纖毛通路的 ALS 治療藥物奠定了基礎，具有重要的科學和臨床轉化意義。
