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这篇综述聚焦于颗粒蛋白前体（PGRN）缺乏相关的神经退行性疾病。阐述了 PGRN 结构、功能及缺乏机制，探讨其在额颞叶痴呆（FTD）等疾病中的作用，分析不同细胞受影响情况及细胞间相互作用，为理解疾病进程和寻找治疗靶点提供了全面视角。文章发表在《Translational Neurodegeneration》。
在生命科学的神秘领域中，大脑无疑是最为复杂且迷人的研究对象之一。而颗粒蛋白前体（Progranulin，PGRN）在大脑中的角色，近年来逐渐成为神经科学研究的焦点。PGRN 是一种多功能糖蛋白，广泛表达于全身，对中枢神经系统（CNS）的正常功能维持起着至关重要的作用。当 PGRN 出现缺乏时，会引发一系列复杂且严重的神经退行性疾病，其中额颞叶痴呆（FTD）是最为常见的一种。
PGRN 就像一个精密的分子机器，是一种在细胞内和细胞外都有分布的多功能糖蛋白，它如同生长因子一般，参与细胞生长、胚胎发育、伤口修复等诸多重要过程，在维持内溶酶体稳态、调节自噬和炎症反应方面也发挥着关键作用。它的编码基因 GRN 一旦发生突变，就如同机器的核心部件损坏，会导致 PGRN 蛋白水平不足，进而引发神经退行性疾病。
GRN 突变主要通过影响内溶酶体功能来发挥作用。在 FTD 患者的大脑、皮肤和视网膜中，能够检测到神经元蜡样脂褐质沉积症 11（CLN11）的相关标志物，这表明 PGRN 缺乏会导致内溶酶体功能紊乱。PGRN 进入溶酶体的过程依赖于 sortilin 介导的内吞作用或由 prosaposin（PSAP）引导，通过甘露糖 6 - 磷酸受体或低密度脂蛋白受体相关蛋白 1 进入。在溶酶体内，PGRN 会被各种组织蛋白酶和天冬酰胺内肽酶（AEP）切割成单个的颗粒蛋白。
在 FTD - GRN 患者的原代成纤维细胞和大脑皮质组织中，多个颗粒蛋白也存在单倍体不足的情况，同时，PGRN 向颗粒蛋白 F 的加工过程增加，AEP 活性在退化区域升高。研究发现，人类颗粒蛋白肽具有治疗潜力，其表达能够改善 Grn-/-小鼠的溶酶体功能障碍、脂质调节异常、小胶质细胞增生和脂褐质沉积症，效果与全长 PGRN 相当。
此外，PGRN 还参与调节溶酶体的酸化过程，这对于溶酶体腔内酶的最佳活性至关重要。在诱导多能干细胞（iPSC）衍生的谷氨酸能神经元中，PGRN 缺失会导致溶酶体 pH 值升高，降低溶酶体的降解能力，不过细胞会通过增加水解酶和负责溶酶体酸化的液泡型 ATP 酶亚基来进行补偿。同时，PGRN 和颗粒蛋白还能调节溶酶体中组织蛋白酶 D 和葡萄糖脑苷脂酶（GCase）等酶的活性。在 FTD - GRN 患者的大脑和携带 GRN 突变的 iPSC 衍生神经元中，PSAP 向鞘氨醇激活蛋白 C（GCase 的关键激活剂）的加工过程受损，导致 GCase 活性降低，这揭示了 PGRN 缺乏与溶酶体贮积症之间的联系。
另一个与 PGRN 功能密切相关的重要分子是跨膜蛋白 106B（TMEM106B）。遗传关联研究表明，TMEM106B 与 FTD - GRN 患者的病情密切相关。它和 PGRN 一样，能够调节溶酶体 pH 值和溶酶体蛋白的功能。在 FTD - GRN 患者的大脑和 Grn-/-小鼠中，TMEM106B 会积累，其表达增加会增加患病风险。然而，降低 TMEM106B 水平并不能成为治疗 FTD - GRN 的有效策略，因为 Grn/Tmem106b 双敲除小鼠会出现严重的表型，包括运动缺陷、过早死亡、神经退行性变、胶质细胞激活、溶酶体异常和磷酸化 Tdp - 43 病理等，且发病时间比 Grn-/-小鼠更早。
FTD 是一种常见的神经退行性疾病，主要表现为行为、语言和运动技能的进行性改变，是 65 岁以下人群中第二常见的痴呆病因。约 30% - 40% 的 FTD 患者有家族遗传史，其中 GRN 杂合突变约占 FTD 患者的 13.9%。GRN 基因的突变形式多样，超过 130 种致病 GRN 变体已被鉴定出来，主要通过无义介导的 mRNA 降解导致 PGRN 蛋白合成提前终止，从而使 FTD 患者出现 PGRN 单倍体不足，在 CLN11 患者中则可能导致 PGRN 完全缺失。
携带 GRN 突变的患者临床表现极为多样，即使是携带相同突变的家庭成员之间也存在差异，这使得基因型与表型之间的关联难以确定。FTD - GRN 患者的发病年龄差异很大，从 39 岁到 89 岁不等，平均发病年龄为 60 岁，疾病持续时间为 3 到 22 年。GRN 突变的外显率并不完全，有些携带者甚至在 90 多岁才出现临床症状。除了孟德尔遗传因素外，其他遗传、表观遗传和环境因素也会影响疾病的表型。
在众多遗传修饰因子中，TMEM106B 是研究最为广泛且作用最强的一个。携带 TMEM106B 保护性单倍型（rs3173615 的 “G” 等位基因）的 FTD - GRN 患者，出现疾病症状的几率比非保护性单倍型携带者低 50%。其他遗传修饰因子还包括 PSAP、GFRA2 和 FAM171A2 等。此外，性别也与 FTD - GRN 的发病相关，女性患者的比例更高。
FTD - GRN 患者的临床表现主要包括行为和人格异常、语言障碍、肢体失用症和帕金森综合征等。其中，原发性进行性失语（PPA）和行为变异型额颞叶痴呆（bvFTD）是两种主要的临床表型。PPA 中，尤其是进行性非流利型变异型（nfvPPA）在 FTD - GRN 患者中最为常见。nfvPPA 患者主要表现为表达性语言障碍，如说话犹豫、费力，出现音素错误、语法障碍和找词困难等，句子理解能力受损，但单词理解通常保持正常。与其他 nfvPPA 患者相比，由 GRN 突变导致的 nfvPPA 患者命名障碍更为突出，且言语失用症不常见，而肢体失用症较为普遍。
bvFTD 患者则主要表现为社会抑制解除、冷漠、重复刻板行为和饮食改变等。GRN 突变的 bvFTD 患者中，冷漠症状更为突出，与 MAPT 突变导致的 bvFTD 患者表现有所不同。此外，部分 FTD - GRN 患者还可能出现精神病症状，如妄想和幻觉，以及执行功能障碍、记忆障碍等。
在中枢神经系统中，PGRN 在不同细胞类型中的表达存在差异。从分子层面来看，GRN 基因的表达受转录因子 EB（TFEB）调控。在成年小鼠大脑中，PGRN 在新皮层和海马体中表达较高，在丘脑、下丘脑、杏仁核和中脑中等表达，在纹状体和脑干中表达较低。在细胞类型方面，最初发现 PGRN 在小胶质细胞中表达较强，后续研究表明星形胶质细胞也能显著表达和分泌 PGRN。通过单细胞核 RNA 测序（snRNAseq）发现，小胶质细胞中 GRN mRNA 表达最为丰富，而神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞等细胞簇中表达相对较低，但野生型 hiPSC 衍生的星形胶质细胞表达量明显高于神经元。
PGRN 在神经元中发挥着多种重要作用，它参与神经元的发育、突触可塑性的维持、神经传递以及炎症调节等过程。在突触中能够检测到 PGRN，说明它在突触功能中扮演着重要角色。研究发现，PGRN 能够促进培养的原代皮质和运动神经元的轴突生长和存活，调节突触的数量和结构。在小鼠和大鼠原代海马体培养物中，Grn 基因敲除会导致神经元形态改变，突触连接性和可塑性降低，且突触功能障碍先于小胶质细胞增生和脂褐质沉积症出现。虽然目前 PGRN 发挥神经营养作用的受体尚未完全确定，但已有研究表明 Sortilin 1 可能参与其中。
此外，在 Pgrn 缺乏的情况下，WNT/β - catenin 信号通路会被上调。该信号通路在神经发育过程中对神经祖细胞的增殖、分化、神经元迁移和轴突生长都起着关键作用。在人类神经祖细胞和 FTD 患者衍生的神经元中，降低 PGRN 水平会导致 WNT/β - catenin 信号通路激活。不过，目前对于 WNT 信号通路上调的意义仍存在争议，它可能是对 PGRN 缺乏的一种代偿反应，因为抑制该信号通路只能部分挽救患者来源神经元的皮质发生缺陷，而激活它则能促进神经元在体外的存活。
小胶质细胞作为中枢神经系统中的常驻免疫细胞和主要吞噬细胞，在大脑的免疫防御和稳态维持中发挥着重要作用。PGRN 与 TREM2 和 CX3CR1 一起，作为免疫检查点抑制小胶质细胞的异常激活。PGRN 缺乏会促使小胶质细胞转变为疾病相关小胶质细胞（DAMs），其基因和蛋白质表达发生显著变化。在 Pgrn 缺乏的小鼠大脑和 FTD - GRN 患者衍生的诱导小胶质细胞（iMGs）中，都能检测到小胶质细胞的激活，通过 PET 成像使用与激活小胶质细胞表达的转运体蛋白（TSPO）结合的放射性示踪剂也能证实这一点。
在 FTD - GRN 患者的脑脊液和血浆中，能够检测到细胞因子表达的变化，这表明中枢神经系统存在炎症。例如，携带 GRN 突变的 FTLD 患者脑脊液中干扰素 - γ 诱导蛋白 - 10 水平升高，肿瘤坏死因子 α、IL - 15 和调节活化正常 T 细胞表达和分泌因子（RANTES）水平降低，血清白细胞介素 6（IL - 6）水平升高。此外，还发现了一组小胶质细胞激活标志物，这些标志物在监测临床试验和治疗中的小胶质细胞反应方面具有潜在价值。
小胶质细胞还参与大脑发育和成年期的突触可塑性调节，通过突触修剪清除冗余或低效的突触。在 Pgrn 缺乏的小鼠模型中，观察到小胶质细胞过度激活，伴随补体级联反应的参与，如在 Grn-/-小鼠中，腹侧丘脑的抑制性突触过度修剪，导致丘脑皮质回路兴奋性增加，出现类似强迫症的梳理行为。同时，小胶质细胞的激活还与内溶酶体功能障碍、TDP - 43 病理和核孔缺陷相关。研究还发现，脑脊液和血浆中的补体蛋白可作为 FTD - GRN 的生物标志物，随着疾病进展，脑脊液中 C1qa 和 C3b 水平逐渐升高。
在 Pgrn 缺乏的情况下，小胶质细胞会出现脂质滴积累的现象。在 Grn-/-小鼠和 FTD - GRN 患者的大脑中，都能观察到脑溶酶体脂质谱的改变，如多不饱和三酰甘油和饱和胆固醇酯的积累，二酰甘油和磷脂酰丝氨酸的减少。Grn-/-小鼠小胶质细胞出现脂质滴积累、活性氧（ROS）水平升高和吞噬功能受损等现象，这些都表明小胶质细胞加速衰老。FTD - GRN 患者的 iMGs 也存在脂质滴积累和吞噬功能受损的情况，同时还伴有溶酶体异常和神经炎症。
少突胶质细胞约占胶质细胞的 45% - 75%，主要负责产生和维持髓鞘，保证神经冲动的快速高效传递。在 FTD - GRN 患者中，常能观察到白质高信号（WMHs），这与疾病严重程度和认知能力下降相关，同时伴有神经炎症和小胶质细胞 / 星形胶质细胞的激活。研究发现，FTD - GRN 患者的 WMHs 与神经丝轻链（NfL）水平升高有关，NfL 是神经元损伤的生物标志物。此外，脂质组学分析检测到 FTD - GRN 患者大脑和血浆中髓鞘形成脂质的改变，如额叶白质中鞘脂和髓鞘蛋白减少，额叶灰质中酰基肉碱水平升高，额叶和顶叶白质中胆固醇酯大量积累，这些都表明髓鞘发生了分解。不过，目前对于少突胶质细胞在 FTD - GRN 病理中的具体作用机制仍有待进一步研究。
星形胶质细胞是中枢神经系统中数量众多且功能多样的细胞，虽然其静息状态下 PGRN 表达水平较低，但在 PGRN 缺乏相关的神经退行性疾病中却发挥着重要作用。星形胶质细胞通过其特殊的终足包裹整个中枢神经系统的血管系统，与内皮细胞、血管平滑肌、周细胞和血管基底膜一起构成血脑屏障（BBB），同时在淋巴系统中也发挥着重要作用，与 BBB 在功能和结构上相互关联。此外，星形胶质细胞还为神经元提供代谢和营养支持，控制神经元的多种功能，如突触形成、传递和可塑性，维持离子稳态，释放神经递质等。
在 PGRN 缺乏的情况下，星形胶质细胞会发生显著变化。在创伤性脑损伤（TBI）的 Pgrn 缺乏小鼠模型中，星形胶质细胞增生更为严重，轴突损伤也更强。给予重组 PGRN 能够改善炎症性星形胶质细胞的激活，减少脑损伤。在 FTD - GRN 患者中，血浆中胶质纤维酸性蛋白（GFAP）和 YKL - 40（CHI3L1）等星形胶质细胞激活标志物水平升高。通过 snRNAseq 研究发现，FTD - GRN 患者大脑中神经血管细胞（包括星形胶质细胞、内皮细胞和周细胞）早期出现失调，患者与对照组在灰质星形胶质细胞亚群分布和血管细胞组成上存在显著差异，患者大脑中出现成纤维细胞和间充质细胞数量增加、周细胞对毛细血管的覆盖减少、血管肥大和血管周围 T 细胞增多等现象，同时细胞外基质蛋白与内皮紧密连接蛋白的比例升高，提示血脑屏障发生改变。
血脑屏障（BBB）和血脑脊液屏障（BCSFB）对维持中枢神经系统的稳态至关重要，它们能够调节中枢神经系统与外周之间的物质交换。BBB 由内皮细胞之间的紧密连接形成，具有高度的屏障功能；BCSFB 位于脉络丛（ChP），其内皮细胞有窗孔，紧密连接位于上皮细胞之间，允许物质的主动运输和分泌，调节脑脊液的产生、溶质清除和有害物质的排出。
PGRN 缺乏会导致这些屏障功能障碍，这在多种神经退行性疾病中都有体现，包括 FTD - GRN。在 Pgrn 缺乏的小鼠模型中，BBB 的结构组成发生改变，内皮细胞之间的紧密连接变短、变少且相互交错减少，导致屏障功能减弱。FTD - GRN 患者的脑脊液中存在特定的标志物变化，如 p - TDP - 43 水平升高，细胞因子环境的改变会影响紧密连接，促进循环免疫细胞的迁移。
虽然目前 BCSFB 功能障碍与 FTD - GRN 临床症状之间的直接证据较少，但已有研究表明其可能在疾病中发挥作用。例如，在 AD 患者中，ChP 出现上皮萎缩、间质纤维化、血管增厚和紧密连接改变等现象，为理解屏障功能障碍在神经退行性疾病中的表现提供了参考。在 FTD 中，发现 ChP 上皮细胞中 γ - 原钙粘蛋白表达上调，该蛋白参与调节脑脊液分泌和免疫动态；同时，FTD - GRN 中过度激活的 WNT 信号通路也可能导致 ChP 功能障碍。此外，不同 FTD 亚型患者的 ChP 体积增加与血清 NfL 水平、认知下降和皮质萎缩相关，提示 ChP 功能障碍与疾病进展有关，ChP 体积有可能成为 FTD - GRN 的潜在生物标志物。
神经元作为终末分化细胞，在其生命周期中需要与相邻的胶质细胞密切合作，以维持大脑的正常功能。线粒体是细胞的能量工厂，对于大脑这种高能量需求的器官来说至关重要。神经元通过多种机制维持线粒体的质量控制，包括通过线粒体自噬选择性降解受损线粒体，以及线粒体的生物发生和动力学调节。近年来研究发现，线粒体可以在神经元和胶质细胞之间双向转移，受损的线粒体可以从神经元转移到星形胶质细胞进行处理，而星形胶质细胞或小胶质细胞也可以向受损神经元提供功能性线粒体，促进其存活。
在 PGRN 缺乏的情况下，线粒体生物学受到显著影响。PGRN 能够促进线粒体自噬，PGRN 缺乏会导致关键的线粒体自噬调节因子 parkin 及其下游靶点 mitofusin 2（MFN2）和电压依赖性阴离子通道 1（VDAC1）下调。不过，目前尚不清楚 PGRN 缺乏是否还通过其他机制直接或间接影响大脑中不同细胞类型的线粒体功能。如果胶质细胞的线粒体或其清除系统受损，可能无法通过双向转移为神经元提供支持。
在蛋白质聚集物的清除过程中，星形胶质细胞和小胶质细胞的协同作用至关重要。蛋白质聚集物可以通过多种方式在神经元和胶质细胞之间转移，如作为自由分子、在细胞外囊泡（EVs）中或通过隧道纳米管（TNTs）转移。研究发现，神经元中的蛋白质聚集物（如 α - 突触核蛋白、β - 淀粉样蛋白和 tau 蛋白）可以转移到胶质细胞，随后被胶质细胞吞噬。然而，目前对于 TDP - 43 聚集物在不同<
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