TDP-43蛋白病是一组包含多种神经退行性疾病的疾病类群的统称，主要包含额颞叶痴呆中的TDP-43病理亚型(FTLD-TDP)和肌萎缩性侧索硬化中的TDP-43病理亚型(ALS-TDP)。这类疾病在病理上的共同特征是都能在发病区域检测到TDP-43蛋白免疫阳性的蛋白包涵体。研究人员通过对病理样本和疾病模型的研究发现，TDP-43基因(TARDBP)突变和功能异常与TDP-43蛋白病的发生有密切关系，但是对于疾病发病机制，尤其是在分子、细胞水平的神经损伤，仍然知之甚少。在本课题研究中，我们通过对FTLD-TDP患者病理样本和TDP-43蛋白病的细胞及果蝇模型进行了系统检测和分析，揭示了TDP-43蛋白通过线粒体损伤途径导致疾病发生的致病机制。　　通过对FTLD-TDP患者病理样本进行电镜检测，我们发现样本的线粒体普遍出现形态损伤，主要表现为线粒体嵴形态异常和内膜结构丢失。这些线粒体的异常形态特征，在我们构建的疾病细胞模型和疾病果蝇模型中也能检测到。在疾病模型中，过表达野生型或ALS疾病相关突变型(A315T)TDP-43蛋白能够引起线粒体功能的严重损伤，包括线粒体跨膜电位下降以及线粒体活性氧水平上升;而且，TDP-43蛋白异常表达严重抑制线粒体呼吸链复合物Ⅰ和Ⅳ的活性，并进而降低线粒体合成ATP的速率。TDP-43蛋白诱导的线粒体功能损伤发生于尚未出现细胞死亡的疾病早期。为了研究TDP-43蛋白病模型中线粒体损伤后的修复机制，我们通过果蝇品系杂交实验，对线粒体质量控制机制相关的基因进行了遗传学筛选。我们发现，在表达人源TDP-43蛋白的转基因果蝇疾病模型中，上调PINK1或Parkin基因的表达不仅能够逆转TDP-43蛋白表达导致的线粒体损伤并挽救果蝇运动能力障碍，而且能显著延长TDP-43转基因果蝇的存活时间。疾病模型的生化检测显示，在表达TDP-43蛋白的细胞或果蝇中，PINK1蛋白水平显著下调，这提示PINK1/Parkin通路介导的线粒体质量控制机制在TDP-43蛋白病中是受抑制的。这部分研究工作显示，TDP-43蛋白异常表达导致的线粒体损伤是TDP-43蛋白病发病过程中的重要损伤机制之一，而PINK1/Parkin通路在TDP-43蛋白导致的线粒体损伤过程中起保护作用。　　通过追踪TDP-43蛋白在线粒体内积累这一线索，我们还研究了另一种重要的线粒体质量控制机制——线粒体未折叠蛋白反应(UPRmt)机制。我们发现，在TDP-43蛋白病的细胞以及果蝇模型中，表达TDP-43蛋白能够显著激活线粒体未折叠蛋白反应(UPRmt)通路，表现为四个URPmt相关基因(ATF5、HSPA9、HSP60和LonP1)的表达都显著上调。通过对FTLD-TDP病理样本进一步的生化检测，我们发现，这四种URPmt相关基因中的LonP1，在患者脑样本中显著上调，它是一种重要的线粒体基质定位蛋白酶。后续的实验显示，LonP1蛋白酶能够与TDP-43蛋白相互作用并参与降解线粒体内的TDP-43蛋白。尤其重要的是，在转基因果蝇模型中，下调LonP1蛋白酶导致TDP-43蛋白异常表达引起的线粒体损伤和神经退化表型更加严重，这提示LonP1蛋白酶在TDP-43蛋白病的发病过程中发挥重要的保护作用。通过这部分研究工作，我们不仅揭示了LonP1蛋白酶在降解TDP-43蛋白中的重要作用，同时发现了一种缓解TDP-43细胞毒性的新机制。　　综上所述，在TDP-43蛋白病的分子细胞机制研究中，关于线粒体损伤导致神经元死亡和疾病发生的研究结果拓展了致病机制上的认识，同时揭示了线粒体质量控制机制在疾病发展过程中起到的重要作用。我们的研究提示，通过调控线粒体质量控制机制的方式可以实现对于线粒体损伤的修复，而这一发现对于未来治疗这类致死性神经退行性疾病具有重要的潜在价值。