肌萎縮側索硬化癥(ALS)是一種使人衰弱的成人發病疾病，患者通常會在診斷后2-5年內走向死亡。這種疾病的特點是上下運動神經元進行性喪失，以及骨骼肌無力和消瘦。雖然ALS發病的原因仍未解決，但研究人員已將神經肌肉接頭(NMJ)功能障礙確定為ALS進展的最早事件之一。雖然目前尚不清楚誘發NMJ功能障礙的過程，但最近的研究結果表明，骨骼肌可能與ALS NMJ破壞有關。

        2022年8月19日，來自University of Central Florida的James J.Hickman課題組在Biomaterials上發表了題為“ALS mutations in both human skeletal muscle and motoneurons differentially affects neuromuscular junction integrity and function”的研究文章，該研究通過對人來源的骨骼肌和運動神經元研究其在ALS神經肌肉病理中的貢獻，結果表明與運動神經元無關的ALS骨骼肌固有的病理缺陷也會影響神經肌肉接頭功能障礙。

        研究結果

        1. iPSC衍生的骨骼肌和運動神經元之間的NMJ形成

        研究者前期的工作已對兩個SOD1系(SOD1L144P和SOD1E100G)進行功能表征，明確其表現出肌原性降低、肌管形態萎縮、線粒體功能受損以及響應電刺激的肌纖維收縮功能降低。接下來研究者對hSKMWT-hMNWT、hSKMSOD1-hMNWT、hSKMWT-hMNSOD1和hSKMSOD1-hMNSOD1共培養，包括與一個突變組織與健康組織(即hSKMSOD1-hMNWT、hSKMWT-hMNSOD1)配對的共培養物，以研究特定組織類型對ALSNMJ完整性的影響，而突變體hSKM-突變體hMN共培養物旨在研究兩種組織類型中SOD1突變對NMJ功能的累加效應。

        結果顯示，這兩種細胞類型的密切相互作用，表明NMJ形成，共培養第14天和第17天的功能性NMJ測試驗證了NMJ的形成?？傮w而言，在所有共培養變化中都觀察到了NMJ。

        2. SOD1突變體培養物中的NMJ數

        接下來研究者量化了在共培養的第14天和第17天的hSKMSOD1-hMNWT、hSKMWT-hMNSOD1和hSKMSOD1-hMNSOD1中的NMJ數量。結果顯示，hSKMSOD1-hMNSOD1共培養物的NMJ數量最少，顯著低于hSKMWT-hMNWT共培養物。隨后是hSKMSOD1-hMNWT共培養物，并且在共培養物的第14天，hSKMWT-hMNSOD1的NMJ數顯著低于hSKMWT-hMNWT。然而，在共培養的第17天，hSKMSOD1L144P-hMNWT的NMJ數量比第14天略有增加，而在hSKMSOD1E100G-hMNWT中未觀察到增加。

        3. SOD1突變培養物的NMJ保真度

        NMJ保真度是一種衡量跨突觸的hMN-hSKM傳輸可靠性的方法，用于評估hMN或hSKM中的SOD1突變如何影響NMJ的功能完整性對體內刺激的反應。結果顯示，與hSKMWT-hMNWT共培養物相比，所有ALSNMJ模型都表現出降低的收縮保真度，尤其是在測試的第14天和第17天，在較高的刺激頻率(即1和2Hz)下(圖3和4)。然而，與hSKMWT-hMNSOD1系統相比，hSKMSOD1-hMNWT和hSKMSOD1-hMNSOD1的共培養物具有低得多的NMJ保真度。

        另外有趣的是，與SOD1E100GhMNs共培養的WThSKM通常表現出收縮保真度的顯著下降(圖3A、4A)，而與SOD1L144PhMNs一起培養的那些沒有顯示收縮保真度缺陷的跡象，這表明從hMNs到hSKM的一些前饋惡化信號，以及不同突變之間的表型變異。結果表明所有ALS系統的功能性NMJ中斷，這在與ALS hSKM的共培養中更為嚴重。

        4. SOD1突變體培養物中的NMJ穩定性和疲勞指數

        由于在ALS臨床病理學中報道的NMJ穩定性降低而形成的NMJ的穩定性，研究者測量該參數以檢查各種NMJ模型在劇烈活動后維持功能性突觸的能力。結果表明，ALS突變的hSKM顯著降低了NMJ的穩定性，并且在一定程度上比ALS突變的MNs更嚴重。另外骨骼肌無力和易疲勞性是ALS的標志，研究者評估了ALS hSKM對NMJ疲勞指數的貢獻，結果表明內在的hSKM功能障礙顯著導致ALSNMJ疲勞。

        綜上所述，James J.Hickman團隊的這項工作證實了和運動神經元無關，ALS hSKM中內在形態和功能缺陷也會影響對NMJ的完整性和功能。此外，這項工作展示了ALS hSKM的存在的情況下，癥狀嚴重程度是如何提高的。這種情況下ALS hSKM并不是神經元功能障礙的結果，而可能是ALS發病機制中一個重要的因素。

        因此，由于改善ALS hSKM狀況可能有助于減輕癥狀的嚴重程度，在開發治療方法時應把ALS hSKM的因素考慮進去。最后需要注意的是，LAS是一種具有許多相關基因突變的異質性疾病。雖然這項工作側重于SOD1基因的突變，但本工作中描述的為生理學平臺可以用于探索其他fALS相關突變以及sALS當中去。