芯空一号快讯 | 空间转录组助力揭示ALS成熟运动神经元轴突局部的翻译失调机制
题目：Axonal Eif5a hypusination controls local translation and mitigates defects in FUS-ALS
期刊：Nature neuroscience
IF：20
DOI：10.1038/s41593-025-02101-2
研究背景
肌萎缩侧索硬化症（ALS）是一种以运动神经元进行性退化为特征的致命神经退行性疾病。大量研究表明，在疾病早期阶段，轴突功能障碍往往先于神经元胞体死亡发生，因此轴突被认为是ALS病理进程中最早受损的关键亚细胞区室。
运动神经元轴突长度极长，其远端结构及神经肌肉接头（NMJ）的稳态维持高度依赖局部蛋白合成。然而，成熟运动神经元轴突是否能长期保有系统性的翻译能力，以及这一过程在ALS中如何被破坏，长期以来缺乏直接的、定量的证据。
针对这一关键的机制空白，本研究利用GeoMx DSP空间转录组技术，对成年小鼠运动神经元轴突进行直接解析，并利用10x Visium空间转录组在连续组织中加以验证，从而系统揭示了轴突局部翻译失调的分子基础。
研究方法
研究者构建了以GeoMx DSP空间转录组技术为核心的多层次空间分析框架，用于精准解析神经系统中运动神经元轴突的局部转录状态。
研究首先对成年小鼠坐骨神经切片进行高精度ROI采样，结合ChAT和NFH免疫荧光标记，区分运动神经元轴突与非运动神经元轴突。在保持组织空间结构完整的前提下，对轴突区域开展全转录组定量检测，从而实现轴突层面翻译相关基因的直接比较。
随后，作者利用10x Visium空间转录组对小鼠脊髓切片进行分析，从连续空间尺度上对GeoMx DSP的相关结果进行补充和验证。
此外，研究结合公共snRNA-seq数据集排除细胞组成差异的影响，并通过小鼠神经活动检测和果蝇ALS模型实验，对关键分子机制进行了功能验证。
主要发现
1.GeoMx DSP揭示成熟轴突高度富集翻译相关转录本
基于GeoMx DSP对运动神经元轴突的检测数据，研究发现核糖体蛋白基因（如Rpl4、Rpl15、Rps2等）以及多种翻译相关基因（包括翻译起始、延伸和终止因子）在轴突区域显著富集。这一发现表明，成熟轴突并非仅在发育期或损伤修复状态下才依赖局部蛋白合成，而是长期维持活跃的翻译能力。
轴突部位翻译相关组件的高度定位
2.Visium验证翻译相关mRNA沿轴突连续分布
结合小鼠脊髓的Visium数据，研究发现多种翻译相关mRNA沿神经纤维走向呈现连续分布，并与细胞核富集区域明显区分。这一空间模式与GeoMx DSP在轴突ROI中检测到的特征一致，从组织尺度上验证了翻译相关转录本在轴突中的真实存在。
翻译相关mRNA在脊髓中连续表达
3.FUS突变引发轴突特异性翻译失衡
由于FUS突变已知会抑制轴突局部翻译，研究者进一步利用GeoMx DSP分析FUS突变小鼠（R521H模型）的运动神经元轴突转录组。结果显示，翻译相关基因异常主要局限于轴突，而胞体几乎无变化；不同核糖体蛋白及翻译因子在轴突中呈现失衡表达，提示翻译异常源于翻译相关组件组成的特异性重构，而非整体抑制。
翻译相关组件的特异性失调
4.轴突Eif5a低脲化缺陷可被spermidine逆转
通过对轴突ROI的空间定量分析，研究发现FUS突变显著降低了低脲化Eif5a（真核生物翻译起始因子5A）及总Eif5a的水平。同时负责该低脲化最后一步的关键酶（Dohh）的mRNA在轴突中明显下调，提示翻译延伸与终止在轴突局部受特异性影响。
基于这一机制，研究进一步尝试轴突层面补充多胺（spermidine），结果显示可有效恢复Eif5a低脲化并改善局部蛋白合成，同时缓解小鼠和果蝇模型中的神经功能缺陷，为潜在ALS治疗提供新思路。
轴突Eif5a低脲化恢复与功能改善
文章总结
本研究以GeoMx DSP空间转录组技术为核心，对ALS相关FUS突变模型中运动神经元轴突的局部翻译状态进行了系统解析。同时结合10x Visium空间转录组数据，从连续空间尺度确认了翻译相关转录本在轴突中的定位。结果显示，ALS相关FUS突变并非简单抑制翻译，而是通过影响轴突中Eif5a的活性状态导致翻译延伸环节受损。研究不仅加深了对ALS早期病理机制的理解，也展示了GeoMx DSP在复杂神经组织亚区室分子解析中的价值，并为未来ALS的潜在干预策略提供了参考。
