肌萎缩侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)是一种致死性的神经系统退行性疾病，是运动神经元病的主要组成部分。ALS的经典特点是选择性累及中枢神经系统的运动部分，包括运动皮质的上运动神经元和脑干核团、脊髓前角内的下运动神经元。而运动系统依据受累部位又可分为4部分：球段、颈段、胸段、腰骶段。这4个不同的节段以及它们上、下运动神经元不同的组合形式，构成了ALS复杂的临床表型。

ALS的起病部位通常为单个肢体或球部，极少出现双侧同时起病。而随着疾病的进展，新的肢体受累，往往波及临近的部位。ALS的进展方向看似随机分布，但仍有一些规律，如“交叉”受累(即一侧上肢及对侧下肢先后受累)或“跳跃”受累(即先后受累节段不连续，如球部-腰骶部受累)的情况较为罕见，而同样累及脊髓前角细胞的脊肌萎缩症或肯尼迪病则以近端肌肉先受累更为常见。许多研究者对ALS进展的内在规律进行了详细的研究和观察，试图找出其中的规律，并发现其内在机制。

随着ALS病理研究的突破，研究者发现运动神经元的丢失与异常蛋白的聚集相关，并开始将病理学上的发现用来理解临床上的症状进展，认为异常蛋白的进展途径与临床症状的进展顺序相对应，从而提出了一些新的假说阐释ALS的发病过程。因此，我们对ALS进展规律的近期临床研究及病理发现进行综述。

一、ALS进展模式的临床研究

ALS向不同部位进展的顺序及规律，上、下运动神经元分别受累的特点自疾病发现起就是研究的一个热点问题。ALS的发现者Charcot认为疾病起源于脑，并向下运动神经元进展，但不同意见认为二者同时发生。不同的起病部位是否具有不同的进展规律?ALS起源于脊髓还是皮质?这些问题至今仍没有公认的结论。

对于ALS复杂的临床表现，疾病的进展方向和速度是许多研究的切入点，对于预后的影响则是研究的重点。Turner等对单下肢起病ALS患者的进展方向与预后的关系进行研究，发现76％的患者向对侧下肢进展，24％的患者向同侧上肢进展，二者具有明显差异，但对于生存时间却无显著影响，反而是第2个部位受累的速度对预后的影响较大。Fujimura-Kiyono等的研究也支持ALS进展的速度对于预后有较大影响的观点，他们对ALS下运动神经元症状的进展方向进行了研究，发现2个部位同时起病(或2个部位出现症状的时间间隔小于1个月)的患者较单部位起病患者的生存时间更短。而快速进展的单部位起病患者(第2个部位受累的时间间隔小于3个月)较非快速进展的患者生存时间更短。实际上，在ALS的流行病学研究中已经发现，诊断延迟时间与ALS的预后明显相关，而不同部位间受累的速度越快，达到ALS相应诊断级别的时间就越短，两者均为疾病发展速度的一种体现，互有重叠。Gargiulo-Monachelli等依据回顾性研究，将散发ALS患者的进展模式分为8种，发现对于“头端-尾端”进展特点的患者比其他进展类型的患者具有更好的预后，而具有3种“跳跃”进展模式(球-腰-颈、颈-球-腰、腰-球-颈)的患者则预后较差。虽然跨节段的受累并非ALS的常见形式，但预后的差异仍提示可能存在的特殊发病机制。同样，进展速度不同在一定程度上体现了神经元易患性的差异，其中的原因值得更进一步的研究。

同时具有上、下运动神经元损伤的证据即可完成ALS的诊断，而临床研究需要对损伤的程度进行准确地评估，这是十分困难的，通常只能采用一些结合体征的半定量评估的方式。Ravits等尝试以0-3分对ALS患者上、下运动神经元受累的程度进行评分，发现在起病部位，上、下运动神经元的受累均最严重，但第二严重受累的部位却并不相同。据此，他认为ALS起源于同一部位的上、下运动神经元，同时各自沿着不同的解剖结构进展。随后，他提出，ALS的病理可能是沿解剖结构传播，即上运动神经元向相邻运动皮质(即同侧的相邻节段首先受累)，下运动神经元向相邻脊髓前角细胞(即对侧前角细胞首先受累)，即“细胞-细胞”的进展方式。Ktimer等证实了发病部位的上、下运动神经元受累均最重这个结论，但采取了不同的评估方式，以腱反射和肌张力评估上运动神经元，以医学研究理事会6级评分法、萎缩程度和束颤评估下运动神经元的受累程度。在随后1年的随访中，发现下运动神经元更易在起病部位加重而上运动神经元总是下肢受累最严重。这支持下运动神经元向相邻解剖部位进展，但上运动神经元并无进展规律的观点。在ALS的体征中，受肌肉萎缩的影响，锥体束受累体征的检出率相对下降，而上肢的萎缩往往较重，更易掩盖上运动神经元的体征，这也是最易干扰研究结论的影响因素。

既往研究发现，在上肢起病的患者中，右侧多于左侧，而在下肢并不明显。同时手的优势性是人类独有的特点。Devine等对此进行了研究，发现上肢起病的患者，优势侧起病显著高于非优势侧，而下肢则无明显差异。在严重程度的评估方面，发现最远离起病部位的肢体(如右上肢起病患者的左下肢)具有最高的上运动神经元受累比例，这支持ALS上运动神经元先于下运动神经元受累，也支持病理研究中提出的“神经元-神经元”即顺向轴突传播的假说。从解剖结构的角度，同一节段间的上运动神经元间可通过胼胝体相连接，而ALS的影像学研究也提示疾病早期常伴有胼胝体受累。

除了临床症状和病史，针极肌电图的应用可以更客观、敏感地发现亚临床的下运动神经元症状，对于不同肌肉受累程度的研究也对疾病的进展和机制提出了新的看法。Simon等对早期ALS患者肌电图及周围神经复合肌肉动作电位(compound muscle action potential，CMAP)进行研究，发现上肢临近肌肉间的受累程度较下肢更不对称，证实了“分裂手”现象的存在(拇短展肌CMAP/小指展肌CMAP<0.6)。且这种现象在不同的起病部位、起病同侧及对侧中均可见到。“分裂手”现象的存在，是对“细胞-细胞”假说的一个挑战，因为在距离非常接近的大小鱼际肌间的受累程度理应比较相近。这一点却可以用顺轴突传播假说中的上运动神经元在拇指的代表区较大，从而导致下运动神经元受累较重来进行解释。在进展方向的研究中，Sekiguchi等应用针极肌电图探究ALS的受累是否是连续的，来验证“连续播散”的假说，他们发现在36例不同部位起病的患者中，有14例在2处明确受累的肌肉间存在完全正常的肌肉。而这部分肌肉不连续受累的患者大多存在广泛的上运动神经元损伤的体征，从而认为这不支持“细胞-细胞”的连续传播假说。利用辅助检查，尤其是肌电图技术为明确ALS的诊断提供了巨大帮助，而影像学技术则为ALS的上运动神经元受累提供了更敏感的证据。Kassubek等利用DTI技术对ALS患者白质纤维束的受累程度进行分期，并认为DTI可以很好地反应患者病情的进展。同样评估上运动神经元受累的方法还有以经颅磁刺激测量运动诱发电位以及诱发阈值等方法，对于早期评估运动皮质的生理功能具有无可替代的作用，在“神经元-神经元”假说中，仍然存在着“顺轴突”与“逆轴突”两种进展方式的争论，而在电生理方面的研究，更倾向于“顺轴突”的进展方式，这也支持相应的病理假说。

下运动神经元的连续受累是“细胞-细胞”假说的主要依据，但并不能完全解释上述一些研究结论以及临床实践中出现的复杂情况。结合病理学的发现，目前更倾向于“神经元-神经元”受累，即沿着轴突组成的神经元网络进展的假说。这种假说在病理研究中被提出，并在许多临床现象如“分裂手”中得到支持。但它仍不能解释所有的临床表型，比如连枷臂综合征显然用“异常蛋白在相邻前角细胞间传播”来进行解释更加合理。ALS以上、下运动神经元受累范围不断扩大为特点，而不同起病部位间的进展方向并不相同，不同临床表型的ALS间上、下运动神经元受累的程度存在较大的差异，造成这种差异的原因是否是发病机制的不同，仍有待于进一步的研究。在对疾病的影响方面，下运动神经元的受累程度是预后的重要影响因素，上运动神经元虽然在发病及进展过程中有重要的作用，但对于预后的影响尚无明确的结论。这些研究虽无法明确ALS起病进展的内在机制，但为支持或否定不同的ALS病理传播假说提供了必要的临床证据。

二、ALS进展模式的病理

自从2006年Neumann等发现泛素化的TAR DNA结合蛋白(transactive response DNA-binding protein of 43000，TDP-43)在ALS及额颞叶痴呆患者中出现以来，TDP-43蛋白沉积被认为是大多数散发性和部分家族性ALS患者主要的病理表现。神经元Bunina小体被证实是泛素化的异常折叠的TDP-43蛋白沉积。那么临床上的进展过程是否具有相对应的病理学受累顺序?这种病理传播发生的机制是研究关注的重点。

在进展模式上，2007年Ravits等研究了19例ALS尸检病例，以证明此前提出的“局灶起病，连续进展”的假说。他们发现在脊髓中，73％的病例符合起病部位前角运动神经元的丢失最严重，而且距起病部位越远的脊髓节段，神经元的受累程度越低的特点。从而认为ALS的下运动神经元损伤确实是在起病部位周围连续扩散传播的。

另一个重要的研究发表于2013年，Brettschneider等基于尸检，对磷酸化TDP-43蛋白在中枢神经系统中的分布规律及沉积的严重程度进行了详细的评估。该研究对以往“连续”进展的观点提出质疑，因为他们发现ALS受累的某些结构与完全正常的结构非常邻近，呈现明显的分界，如在红核中，接受额桥束支配的小细胞部可见神经元变性及TDP-43蛋白沉积，但发出红核脊髓束的大细胞部却并无受累，且在脑干的众多紧密相连的核团中仅有某些特定的核团受累，并不支持1个“连续”受累的解剖结构。他们依据神经元异常蛋白沉积的严重程度，推测了磷酸化TDP-43的传播路径，并提出基于轴突的异常蛋白网络进展的假说，并由Braak等总结为4个病理分期，这种假说认为ALS起源于运动皮质的M1区，并沿着轴突顺向传播至脊髓、前额叶等区域。Braak研究团队也曾用类似的方法研究了帕金森病等多种神经退行性病，奠定了从病理学的角度理解神经系统退行性变发展的重要基础。

在ALS病理的第1阶段，受累范围为运动皮质、舌下神经核及脊髓前角第IX层，此时脊髓前角细胞可能已有广泛磷酸化TDP-43蛋白的沉积，尚无神经元丢失；第2阶段增加了前额叶、中脑网状结构、红核小细胞部分受累；第3阶段为额叶最前方的直回、眶回以及纹状体受累，中央后回可能受累；第4阶段为海马结构、颞叶内嗅区及相邻颞叶皮质受累。同时，Brettschneider等又在长期依靠机械通气存活的ALS患者的尸检中发现，在疾病的末期存在动眼神经核、小脑齿状核、脊髓Clarke柱萎缩变性，黑质存在色素脱失(但无路易小体)，从而提出新的第5阶段。ALS曾被认为是纯运动系统受累的疾病，但越来越多的证据表明，不仅是认知功能，包括锥体外系症状甚至眼球活动障碍都可能是ALS的临床表现。病理上的研究结果也支持ALS终末期可能出现神经系统广泛受累的观点。一些基于影像学技术的研究也证实在不同结构间的传导束受累符合顺向轴突进展的特点，并通过随访其变化弥补了尸检仅能观察横断面研究的缺陷。

尽管新的假说可以解释大部分经典ALS患者临床症状的发展过程，但仍有一些争论，认为纯下运动神经元受累的进行性肌萎缩(PMA)、ALS中的连枷臂、连枷腿等特殊的表型不能以此来进行解释。Riku等对PMA的研究是对新假说的有力补充，他们发现即使临床上无任何上运动神经元的体征及症状，仍有84.6％的PMA患者存在运动皮质的病理改变(包括皮质神经元丢失、锥体束变性)，但较ALS轻微，85％的PMA患者病理为磷酸化的TDP-43蛋白聚集沉积。除了病理的相似性，预后与病程的相似程度，都支持PMA可能为一种上运动神经元亚临床受累的特殊类型的ALS。Fatima等对34例ALS患者进行的尸检分析结果不仅验证了4个病理阶段的存在，同时发现第4阶段(即最大范围的病理受累分布)与第2、3阶段的患者相比，发病年龄明显较晚，病程较短。据此他们认为第2、3阶段可能为连续变化，但第4阶段可能提示另一种完全不同的病理基础。

病理学的研究也存在着与临床研究中同样的问题，无论哪种假说都尚不能够完全解释所有的临床表型，所以是否存在多种发病机制并存或未知的影响因素?每种临床表现所对应的病理进展途径如何?这些问题仍有待进一步深入研究来进行探讨。

三、展望

异常蛋白在神经系统内不断扩散传播作为神经系统退行性变病理的一大特点，常与另一种严重的异常蛋白聚集病——朊蛋白病相比较，新的研究也逐渐证实了退行性变的异常蛋白大多具有朊蛋白的一种或某几种特点(如复制、传播等)，甚至有学者认为神经系统退行性变就是一种慢性的朊蛋白病。但是TDP43蛋白在传播方式上与朊蛋白病仍存在着显著不同，而ALS的特殊之处在于疾病初期对于神经元的的高度选择性(运动神经元)。未来除了探索蛋白聚集的机制，也会同时构建动物模型，甚至开发新的分子影像学标志TDP-43蛋白来连续观察患者，进一步验证这一新的观点。

在疾病的进展方面，“细胞-细胞”的连续进展与“神经元-神经元”的轴突网络进展仍是2个主要的假说，两者均有相应的证据支持，但距离完整诠释发病及进展机制仍有一段距离。不同的基因突变、不同的环境与人种是否具有相同的机制?其发病的共同通路如何?这些问题未来仍需要通过对TDP43蛋白的分子生物学更进一步的研究得以证明。

ALS显著的运动功能受累是临床症状以及对预后影响的主要部分，尽管ALS是一个神经系统多部位受累的疾病，但是在运动系统中的进展规律及机制仍将是未来研究的主要内容。不仅为了探索其发病机制，更是为了寻找未来可能的干预靶点。但由于运动系统受累较早，很难通过尸检的方式发现其早期进展的规律，而临床研究的优势恰恰在于能够追踪病情的进展，而且能够在疾病早期进行连续的随访观察。这一点是基于尸检甚至活体组织检查的横断面病理研究所不具备的有利条件。

中华神经科杂志  2016年5月第49卷第5期

作者：刘向一  樊东升（北京大学第三医院神经内科）