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肌萎缩性侧索硬化症（ALS）也称渐冻症，是进程迅速、致死率高的运动神经元疾病。额颞叶痴呆（FTD）属于第二大家族遗传性认知障碍，主要影响人格、社会行为和语言功能。但越来越多的临床病理和遗传学研究显示ALS和FTD有明显的重叠。年，分别由Rademakers和Traynor领导的研究小组同时报道，在许多ALS和FTD患者中都存在六碱基(GGGGCC)重复序列扩增变异。这个独特的重复序列扩增发生于一个之前未被详细研究过的9号染色体ORF72位点基因（C9orf72）的非编码区，是迄今为止最常见的家族性ALS和FTD的致病因素。然而，其在ALS和FTD中导致神经退行的具体分子机理并不清楚。
根据病人的临床病理数据，可能的C9orf72基因突变的致病机制主要包括C9ORF72蛋白功能缺失(lossoffunction)和获得性毒性（gainoftoxicity），后者来源于包含重复序列的C9orf72RNA及其二肽重复蛋白(dipeptiderepeatproteins,DPRs)。为了明确哪种机制起决定性作用，领域内研究人员建立了一系列C9orf72基因沉默/敲除或者C9orf72重复序列过表达的细胞和动物模型。
研究表明在小鼠中，高表达C9orf72重复序列（gainoftoxicity）能导致一定程度的神经退化(neurodegeneration)。而仅仅敲除C9orf72基因会引起免疫细胞和系统功能紊乱甚至早期死亡，但并不能在小鼠中引起明显的与ALS或FTD相关的表型（phenotype）。在病人中，C9orf72重复序列扩增能同时造成细胞性C9ORF72蛋白表达量不足和C9orf72重复序列RNA及DPR蛋白毒性，因此困扰整个领域已久的一个问题是：C9ORF72蛋白功能缺失(lossoffunction)和获得性毒性（gainoftoxicity）两者之间是否存在协同作用（synergy）？这对设计研发正确的治疗方法具有重要的指导意义。
年4月13日，加州大学圣地亚哥分校路德维格研究所DonCleveland团队在NatureNeuroscience杂志上发表题为“ReducedC9ORF72functionexacerbatesgain-of-toxicityfromALS/FTD-causingrepeatexpansioninC9orf72”的研究论文，证明了在ALS和FTD中，C9ORF72蛋白功能缺失会进一步加剧C9orf72重复序列的毒性。
该论文的第一作者朱强到美国取得博士学位后，在DonCleveland实验室接受博士后训练，一直从事C9orf72重复序列引起的ALS/FTD致病机理和新型治疗手段的研发。在本项研究工作中，他将之前和同事一起建立的（发表于年Neuron）C9orf72基因敲除小鼠品系和C9orf72细菌人工染色体(bacterialartificialchromosome,BAC)转基因小鼠品系（表达含个GGGGCC重复序列的转基因，受控于人源的C9orf72基因调控元件）进行杂交，从而建立了新的C9orf72gainandloss小鼠模型。
这个新小鼠模型既有C9orf72扩增重复序列表达，同时又有不同剂量的内源小鼠C9ORF72蛋白表达（C9orf72+/+，C9orf72+/-，C9orf72-/-），可用于模拟C9orf72ALS/FTD病人的实际情况。结果显示，在表达人源重复序列的C9orf72BAC转基因小鼠中降低内源鼠C9ORF72会明显加剧认知障碍、神经元衰亡等病理情况。
在另一个C9orf72gainandloss小鼠模型中，朱强及其同事利用腺病毒相关病毒(adenovirusassociatedvirus，AAV)将C9orf72重复序列导入C9orf72敲除小鼠脑部表达(somatictransgenesis)。生存曲线分析结果显示，在野生型小鼠中注射表达2个重复序列（对照）或66个扩增重复序列（病理）都没有明显影响小鼠生存时长。在C9orf72+/-小鼠中（内源C9ORF72蛋白减少50%），对照组（注射表达2个重复序列）生存时长仍不受影响，但表达66个重复序列引起显著的过早死亡。而在C9orf72-/-小鼠中，过表达66个重复序列进一步加剧了早期小鼠死亡。这些数据有力地证明了C9ORF72蛋白功能缺失和重复序列扩增引起的获得性毒性之间的协同致病机制。
现今对C9orf72编码的蛋白的功能并不清晰。早期研究显示C9ORF72蛋白很可能在自噬（autophagy）途径中起重要作用。自噬主要负责清除细胞内受损的细胞器，错误折叠的或外源的蛋白。作者在其C9orf72gainandloss小鼠模型中观察到了因C9ORF72蛋白缺失减弱的自噬反应，并进一步检测到了过度累积的二肽重复蛋白。
基于这些结果，文章更从治疗手段研发的角度提出，作者及其同事之前建立的针对C9ASL/FTD的反义寡核苷酸技术（antisenseoligonucleotide）可以有效地应对C9orf72重复序列扩增引起的C9ORF72蛋白功能缺失(lossoffunction)和获得性毒性（gainoftoxicity）之间的协同致病机制。经过特定的设计和化学修饰，这些反义寡核苷酸能特异性的结合含有GGGGCC重复序列的毒性C9orf72前信使RNA（pre-mRNA）从而触发以核糖核酸酶H（RNaseH）为主的RNA降解，但不影响其它编码C9ORF72蛋白的正常C9orf72mRNAs。相关的反义寡核苷酸药物正在临床试验阶段。
