基因突变与肌萎缩侧索硬化症
（一）SOD1基因突变
SOD1基因编码的SOD1能催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，阻止超氧化物与一氧化氮（NO）反应形成过氧化亚硝酸阴离子。Cu/Zn-SOD1基因突变Cu/Zn-SOD1基因位于21q22，长11kb，内含5个外显子，编码153个氨基酸，组成32kD的Cu/ZnSOD蛋白。Cu/ZnSOD蛋白是一种同源二聚体，内含两个方向相反的亚基，每个亚基上结合一个Cu和一个Zn。正常时，Cu位于袋底，参与催化反应；Zn位于袋口，起到维持袋形和Cu的稳定性作用。目前，编码铜/锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-superoxide Dismutase，Superoxide Dismutase-1，SOD1）的基因突变在ALS中研究最多。SOD1是脑脊液中SOD的主要活性成分，参与清除超氧阴离子的歧化反应和过氧化亚硝酸离子介导的酪氨酸硝化反应。fALS患者中有近20%存在SOD1突变，突变类型达160余种；sALS患者中也有约5%发生SOD1突变。
SOD1可通过依赖铜伴侣分子（CCS）及非依赖铜伴侣分子两种途径激活，最开始认为SOD1的突变导致SOD1功能缺失引起ALS发病，但后来研究发现，删除SOD1基因的小鼠不表现为ALS，且删除CCS基因的动物模型也不发病。这表明，SOD1突变导致的不是功能缺失性毒性，而是一种功能获得性毒性。现在至少有105种不同SOD1突变体在fALS患者SOD1基因中被发现，致病性的基因突变位点分布于整个SOD序列的153个氨基酸上，包含在该蛋白的每个结构功能域中。SOD1的功能获得性毒性可通过它的错误折叠、聚集来导致细胞的损害。未被金属修饰的不成熟的SOD1的解链温度较低，较易发生错误折叠，同时，错误折叠的SOD1蛋白又易与DNA或其他蛋白结合形成容易错误折叠的新的化合物。
大多数为错义突变，引起表达蛋白中某个氨基酸被其他氨基酸替换，该类氨基酸部位至少有64个，如外显子中1密码子4位的丙氨酸（Ala）突变为缬氨酸（Va1），即Ala-Val，为最常见的突变位点（占40%～50%）。少数为非错义突变，表现为氨基酸残基的移码、平截、缺失或插入突变。尚无资料显示病情严重程度、进展以及病程长短与不同突变类型之间有相关性。研究表明，神经元周围的神经胶质细胞等也会分泌一些物质，造成一个促进SOD1错误折叠的环境。野生型SOD1若缺乏金属也容易形成聚集体。SOD1的两个亚基在基因发生突变后稳定性下降，使SOD1易形成聚合物。同时，不成熟的SOD1由于容易受到氧化损伤而形成聚集物。SOD1不仅位于细胞质中，它还可位于一些膜性细胞器中，SOD1在线粒体膜间和跨高尔基体网络中可能携带更低电荷，由此推断，净电荷减低或许可加速SOD1蛋白聚集突变。
SOD1的铜伴侣分子（CCS）存在于健康人和ALS的神经元上，使Cu2+结合到SOD1Cu的结合位点上，使铜直接嵌入载脂蛋白，从而使游离状态的铜维持在正常的微量水平。而突变的SOD1与Zn的亲和力下降，Cu暴露，使得大量游离的Cu2+进入酶促反应的激活位点上，使酪氨酸磷酸化被阻断，导致磷酸化酪氨酸介导的信息改变，产生可能具有毒性作用的新功能蛋白质，但目前还不清楚这种蛋白质的具体作用，有待于进一步研究。Prudencio等通过研究转染40多种SOD1突变基因的过表达细胞模型发现，这些异常表达的SOD1发生错误折叠和在细胞内形成不溶性蛋白聚集体的趋势增加。基因突变的SOD1在翻译后修饰过程中发生错误折叠，形成的异常二级结构影响Cu2+与Zn2+结合，致使其在细胞内的稳定性降低而异常聚集形成蛋白聚集体。此外，Tiwari等研究发现，SOD1金属结合区域突变体的疏水性明显增强，疏水性增强使其更容易与其他物质相互作用形成聚集体。最初认为SOD1突变体导致ALS的原因可能与酶失活有关，然而大量研究表明，SOD1突变体导致ALS的原因是突变产生的获得性毒性新功能，机制尚不清楚，可能是由于突变的SOD1导致编码的蛋白质活性结构发生变化，Cu暴露，作为氧化损伤反应的催化剂，激活NO合酶，过多的NO与超氧阴离子自由基自发反应，生成过氧亚硝基阴离子，当它进入活性部位后会发生酪氨酸硝基化反应。
SOD1是SOD家族中最重要的一种抗氧化酶，其基本功能是催化O2转化为H2O2，维持细胞内活性氧内稳态的平衡，以达到解毒的目的。SOD1发生突变，与锌的结合力下降，Cu/ZnSOD蛋白稳定性下降，引起线粒体空泡化和膨胀，导致对运动神经元的毒性作用。聚集的SOD1可通过影响轴突运输，线粒体功能，内质网及抑制蛋白酶体功能对疾病产生影响。聚集的异常SOD1可使神经微丝发生交联，使其沉积影响轴突运输。从而影响神经元功能，在ALS早期即可发现有轴突逆向运输的损害。研究发现，野生型SOD1也会因错误折叠而在细胞内异常聚集。美国研究人员发现，ALS的病变组织中蓄积了大量错误折叠蛋白质聚集体。蛋白质聚积是包括ALS在内的许多神经退行性疾病的常见病理特征。在ALS中已经发现许多种蛋白质聚积，其中最常见的是泛素化包合物。在SOD相关的fALS中，突变的SOD1也是包合物中重要组分之一。大量研究证实，这种错误折叠蛋白质以NF2000为主，是反映神经元和突触功能状况的内在标志物。ALS患者的脑脊液中也出现大量的NF2000。SOD1聚集机制：SOD1的突变会导致正常SOD1蛋白（特别是未成熟的SOD1）被召集并通过形成分子间的二硫键链接，导致SOD1蛋白错误折叠，使得不可溶性聚积物的形成。因此，SOD1突变形成的寡聚体产生的毒性在ALS病程中发挥着重要作用。
最近，有学者以表达G85R-SOD1的转基因鼠为研究对象，发现当运动神经元中开始出现异常SOD1蛋白聚集体时，实验动物也开始出现运动缺陷，提示这些异常蛋白聚集体可能参与ALS发病。SOD1突变将引起血清中同型半胱氨酸含量增加，它能提高诸如TNF-α、IL-6和C-反应蛋白等细胞因子的水平，从而激活小胶质细胞。联合应用叶酸以及维生素B12可以明显地降低同型半胱氨酸的含量，显著抑制小胶质细胞的激活。目前，异常SOD1蛋白聚集体参与ALS发病的具体机制还不完全清楚。一般认为，异常SOD1蛋白聚集可引起线粒体功能紊乱和蛋白质合成障碍，并影响神经元轴浆运输及细胞功能。最近其聚集物的毒性机制有以下几种假设：①突变SOD1聚集抑制细胞器的特定功能，如线粒体的抗氧化功能。②SOD1突变会加速SOD1聚集或与其他细胞内组分形成共聚体或交联体，使多种细胞功能失常。③SOD1突变体的聚集导致体内重要成分丢失。④突变SOD1聚集介导目前尚不知的化学反应。⑤突变SOD1聚集可能会降低蛋白酶降解错误折叠的蛋白质和其他重要有害成分的能力。
异常SOD1还可抑制蛋白酶的功能，引起神经元变性死亡，此外还可影响线粒体功能，引起钙离子超载，使线粒体ATP产生障碍，产生氧化损伤及引起细胞凋亡。氧化损伤使突变型和野生型SOD1二聚体解体为单体，随后引起聚积。被与金属结合的SOD1突变体催化的异常的氧化反应能引起对SOD1本身的氧化损伤，并导致突变的SOD1的聚积。进一步SOD1毒性研究表明，SOD1突变蛋白被分泌至胞外，并因此影响小胶质细胞的激活状态。小胶质细胞中突变蛋白与Rac1结合，使其持续处于与GTP结合的活性状态，从而不断激活NOX2，产生过量的ROS，损伤神经元细胞。另外，与金属化的SOD1相比，与还原的金属离子结合的SOD1突变体或去金属的SOD1野生型较不稳定且更易聚积。另外，从酵母菌A4V、G93A和L38V 3种变异株提取的无金属载脂蛋白的突变型SOD1，这种SOD1丧失了在恰当位点与Zn、Cu、Fe结合的能力，且突变型SOD1特异性的Zn2+结合点和Cu2+/Zn2+比例是下降的，突变型SOD1与野生型SOD1之间其金属结合位点是不同的，共同导致Cu、Zn的游离水平增高，对神经元产生毒性作用，而野生型神经元则否。研究证实突变的SOD1如果敲除了Cu则毒性作用消失，故Cu的暴露在突变SOD1毒性中起关键作用。
（二）C9orf72
有学者提出，C9orf72基因G4C2重复序列是一种“功能失活突变”，重复序列引起C9orf72基因原有的功能受损或丧失。G4C2重复序列在转录本1和3位于内含子内，在转录本2位于启动子中。关于C9orf72 G4C2重复扩增如何影响C9orf72表达水平有多种假说。G4C2重复扩增的DNA、RNA可形成G-四链体和R-循环结构，C9orf72重复扩增相关的DNA可形成维持稳定的G-四链体和抗稳定的G-四链体，而RNA只能形成抗稳定的G-四链体，这种特殊的特征可直接影响RNA转录、剪接及翻译过程，导致C9orf72转录障碍。另外，基因过甲基化也被认为是影响转录的重要原因。已发现G4C2重复可引起C9orf72基因座过甲基化。Cp G岛的胞嘧啶过甲基化被认为是包括C9orf72 G4C2在内的重复扩增相关疾病引起基因表达减少的原因之一。伴随着G4C2重复扩增，Cp G碱基大量增加，这为Cp G岛过甲基化提供了丰富的材料。最早有学者在体外培养的C9orf72转基因细胞内发现转录本2的转录水平下降。另外，有实验在C9orf72相关的ALS/FTD患者神经元内发现C9orf72基因表达水平下降。(https://www.daowen.com)
获得性RNA毒性被认为是C9orf72 G4C2重复扩增致病的重要原因。为了验证C9orf72阳性的ALS/FTD患者是否存在RNA灶，Dejesus-Hernandez等对C9orf72阳性的ALS/FTD患者额叶皮层及脊髓切片进行RNA荧光原位杂交，发现25%的细胞核内存在多个RNA灶。多项研究证明RNA灶产生细胞毒性。有学者发现C9orf72 G4C2重复扩增的神经元细胞，尤其是运动神经元细胞的自发活动减少。同时，多功能干细胞分化的神经元细胞也出现兴奋性谷氨酸毒性增强，这也是ALS发病的重要原因之一。实际上，运用亚硫酸氢盐测序检测Cp G岛甲基化已经发现C9orf72突变携带者存在C9orf72基因座过甲基化。突变的C9orf72重复扩增与氧化应激也有联系。与表达突变的SOD1相似，运动神经元能识别出患者的诱发型多功能干细胞，表达重复扩增的C9orf72，并显示出与氧化应激的标志——过氧化氢酶明显的感应，同时线粒体转运子MTX3的水平也有显著的改变。除了Cp G甲基化以外，在表观遗传学角度，赖氨酸残基的组蛋白甲基化也被认为是影响基因表达的重要原因。已经有研究在C9orf72突变者的血液C9orf72基因发现组蛋白H3、H4三甲基化。这些假说只是阐述C9orf72基因表达减少的部分机制，且仍有待进一步验证。Mizielinska等也发现C9orf72阳性的ALS/FTD患者皮层、小脑、海马及脊髓的运动神经元细胞、形成胶质细胞、小胶质细胞内存在RNA灶，其中运动神经元细胞内明显多于其他细胞，这也进一步说明RNA灶可能特异性损伤运动神经元。
错误折叠的蛋白质在细胞内异常聚集、形成包涵体是许多包括ALS在内的神经退行性疾病的特征。如阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）的β-淀粉样蛋白、帕金森病的α-突触核蛋白等。众所周知，ALS患者神经元细胞内存在TDP-43包涵体，这是ALS特征性病理改变。Haeusler在C9orf72转基因细胞内发现特异性结合C9orf72重复扩增G-四链体结构的核仁素蛋白在细胞核内存在错误定位，这可引起细胞核功能障碍及基因转录水平降低。C9orf72 G4C2重复扩增被认为与蛋白质异常聚集密切相关。G4C2重复转录及反转录的RNA通过异常的RAN翻译模式（重复序列相关非ATG模式），翻译出二肽重复蛋白（DPRs）GA、GR、GP、PA、PR聚合物，这些蛋白在神经细胞内异常聚集产生神经毒性。DPRs聚合物广泛存在于C9orf72阳性的大脑皮层、小脑及海马神经元细胞内。另外，这一发现也在体外实验中得到验证。Donnelly等诱导C9orf72阳性的多功能干细胞特异性分化成运动神经元细胞，并在细胞核内检测到RNA灶形成。目前已经有多项实验证明DPRs可引起神经退行性病变。有实验发现，在缺乏RNA灶的初级神经元细胞，GA聚合物的表达可破坏蛋白酶体的活性，诱发内质网氧化应激，产生神经毒性。另外，有研究认为，GA聚合物可诱导毒性淀粉样蛋白在细胞内异常聚集，并以类似朊病毒感染的方式在细胞间传播。GA聚合物的毒性也在动物实验中得到验证。G4C2重复序列转录或反转录的RNA在细胞核内聚集形成RNA灶，RNA灶可分离RNA结合蛋白，使RNA结合蛋白在细胞内的正常功能丧失，如mRNA选择性剪接作用。C9orf72转基因小鼠产生丰富的GA病理改变，表现出神经退行性变及行为异常，这可能是由于GA影响了参与蛋白酶体降解的HR23的分离。
PR、GR聚集物也参与神经损伤过程。在中枢神经系统胶质细胞，PR、GR聚集物重组可引起大量RNA加工改变，产生神经毒性。DPRs可进入神经元细胞核内，并与核仁定位相同，这意味着DPRs可影响rRNA的加工过程。体内及体外实验均已证实，PR聚合物可在运动神经元细胞核内聚集，引起神经元死亡。在果蝇体内，GR、PR 50以上的重复可产生神经毒性。然而，受影响的究竟是哪种RNA结合蛋白，这仍在研究中。值得一提的是一种与RNA灶毒性密切相关的疾病，强直性肌营养不良Ⅰ型（DM1）。研究认为，C9orf72可引起胞核胞质转运功能障碍。RNA及产物蛋白转入转出细胞核是细胞内重要的高度调节的过程。核质转运功能障碍可解释包括TDP-43在内的RNA结合蛋白在细胞质内异常聚集的现象。DM1发病主要是DMPK基因CTG致病重复扩增。已经发现DM1的特异性RNA结合蛋白MBNL，上调MBNL后的DM1小鼠模型症状可明显改善。这为寻找C9orf72 G4C2重复扩增的特异性RNA结合蛋白提供了一个方向，已经提出了多种可能，如SRSF2、hnRNP H1/F、ALYREF、hnRNPA3、hnRNPA1、hnRNP-H、Nucleolin、Pur-α、ASF/SF2、ADARB2、RanGAP1等，这些蛋白需要在未来的研究中进一步明确。综上所述，近年来的研究关于C9orf72 G4C2致病重复有了一定的认识，但对于C9orf72基因的确切功能、重复次数与疾病发生的关系、G4C2重复扩增具体的致病机制等问题仍然缺乏确切的解释。鉴于C9orf72 G4C2致病重复是ALS的主要的遗传性病因，同时又与FTD等其他一类神经退行性疾病相关，因此在现有研究的基础上进行进一步的探索是十分必要的，这将为ALS的治疗提供新的靶点。
（三）TDP-43和FUS
TDP-43（Transactive Response DNA Binding Protein 43 kDa）是由414个氨基酸构成的核蛋白，由1号常染色体TARDBP基因（Trans Active Response DNA Binding Protein Gene）编码。因其相对分子质量为43000，故被命名为TDP-43。该蛋白含有2个RNA识别序列，在C端富含甘氨酸。该末端可与多种不同类别的核蛋白即异质性的核蛋白（Heterogeneous Nuclear Ribonucleoprotein，hnRNP）结合，并与mRNA生成有关。2006年在ALS患者的运动神经元和胶质细胞中发现有TDP-43（TARDNA Binding Protein-43）包涵体。并且进一步认为TDP-43为ALS的致病蛋白。正常情况下，TDP-43在胞质内合成，转变为成熟而稳定的多肽，大部分转运至核内，与TARDNA结合，发挥调节转录、选择性剪接、参与mRNA修饰等作用，并起稳定mRNA作用，随后即被蛋白酶体通路降解。在ALS泛素化包合物中，TARDNA Binding Protein-43（TDP-43）是其中最重要的蛋白组分之一。关于病理性TDP-43的发生，至少有两种假说。其一，认为可能是由编码TDP-43的TARDBP基因突变引起；其二，认为可能是由TDP-43的异常聚集以及错误定位所致。TDP-43是一种核蛋白，其在病理情况下被转运至异常的细胞质包涵体中进行裂解和磷酸化。在ALS患者的病理性包涵体中可检测到细胞质内存在异常聚集的TDP-43蛋白，这种异常的泛素化聚集无法被正常降解，具有明显的细胞毒性。最初对TDP-43的认识是它作为转录抑制物结合于人类免疫缺陷病毒（HIV-Ⅰ）的TARDNA上。后来发现它也可参与调节转录、剪接、细胞凋亡、细胞分裂、mRNA的稳定等。
运动神经元细胞中的病理性TDP-43异常表达以及错误定位也是ALS的另一个特异性病理特征。在TDP-43异常表达的sALS的神经元中也发现RNA编辑率下降以及未编辑的Q/R部位异常表达增多的现象，而TDP-43是调节RNA合成的核蛋白，说明这两种异常之间存在关联。TARTDP基因编码TDP-43。TDP-43是人体内广泛存在的一类DNA转录抑制因子，在脊髓运动神经元中的主要功能是与低分子量微丝的mRNA结合而影响微丝及细胞支架形成。TARTDP基因突变在fALS中占5%～10%，以M337V和Q331K突变最常见，其表达的异常TDP-43在ALS的发病中发挥着重要作用。TARDBP基因目前已发现有30多种突变，大部分位于甘氨酸富集区，但突变基因检出频率低。目前在FTD和阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）患者脑部的一定区域也观察到病理性TDP-43，但是在这些异常的细胞中，未发现RNA编辑异常，说明病理性TDP-43与特异性疾病的发生存在多重背景。病理性TDP-43出现在TARDBP基因突变相关的ALS患者和表达野生型TDP-43的sALS患者的运动神经元中。虽然细胞研究证实TDP-43基因突变比野生型TDP-43所致的ALS更为致命，但是通过突变型和野生型TDP-43表达相同病理改变的分子机制尚未得到阐明。TDP-43一般在细胞质内合成，成熟后大部分被转运至细胞核内，与TARDNA结合后发挥其调节转录、剪辑以及参与mRNA修饰的作用，同时又具有稳定mRNA的作用，最终被蛋白酶降解。因此，细胞质内TDP-43的含量较低。对于TARDBP突变或者TDP-43在神经退行性疾病中所起的病理作用还知之甚少，在ALS和FTD患者受损神经元中TDP-43的错误定位，表明TDP-43正常功能的丧失可能与疾病发病机制有关。最新研究表明，在神经元和少突胶质细胞中过表达的TDP-43可加剧运动神经元退变。目前，突变的TDP-43引起运动神经元退变的具体机制还不清楚，可能与其生物功能改变或在细胞中异常沉积有关。
有研究表明，缺乏TDP-43的人类细胞可导致细胞核形态的改变和凋亡发生。从另一方面看，细胞内的TDP-43包涵体可能使细胞获得毒性。在酵母菌中过表达TDP-43表明只有聚集形式的TDP-43才有毒性。Hideyama等研究发现，病理性TDP-43是由小的聚合体构成，而这些小的聚合体是由TDP-43在细胞质中裂解而来的。这些小的聚合体作为种子，通过切割长链和裂解TDP-43来增加自身大小。TDP-43裂解依赖蛋白酶可能触发了TDP-43的病理变化，而这种病变在SOD1相关ALS或SOD1 Tg动物模型的运动神经元中几乎很少见到。此外，影响TDP-43在细胞质和细胞核之间穿梭的因子可导致其异常聚集和核的错误定位。目前，TDP-43的致病机制尚不明确，存在两种假说，部分学者认为编码TDP-43的TARDBP基因突变。据统计，4%～6%ALS患者被检出存在TARDBP基因突变，但突变的致病机制尚不明确，一般认为是该基因突变使TDP-43正常的生理功能受到影响。运动神经元细胞中的病理性TDP-43异常表达及错误定位是ALS的特异性病理特征，可能与ALS的发病机制有关。sALS患者的运动神经元中RNA编辑酶（ADAR2）表达减少，导致具有未经编辑Q/R位点的GluA2表达增多。这两种病理特异性异常发生在同一个运动神经元细胞中，说明它们之间存在分子级联。还有学者认为TDP-43的异常聚集及错误定位是其致病机制。目前研究发现，TDP-43的聚集与其错误定位和入核通路缺陷有关。核糖核苷酸还原酶大亚基（RRM）缺乏、核定位信号缺失，核转运体出现异常、蛋白酶体不能有效降解TDP-43均可导致TDP-43的错定位。研究表明，表达核定位信号损伤的转基因小鼠出现了TDP-43的胞质错定位，并且有额颞叶变性（FTLD）和原发性侧索硬化类似的如神经元丧失等表现。
在动物实验中发现TDP-43为动物生存的必需基因，完全缺失此基因的胚胎不能存活，部分缺失则出现产后死亡。细胞实验结果显示，TDP-43过度表达、TDP-43基因敲除、TDP-43 C端裂解或TDP-43基因突变都无法改变ADAR2的表达水平，也不能影响GluA2 Q/R部位RNA的无效编辑率，由此说明TDP-43异常表达或异常聚集并不是sALS患者运动神经元中GluA2 Q/R部位RNA无效编辑的上游事件。正常TDP-43定位于神经元和胶质细胞核内，TDP-43在神经系统中的作用目前还是未知。现有研究表明TDP-43可能作为神经兴奋反应因子参与神经元的重塑。Nishimura等应用siRNA沉默核转运蛋白和敲除入核因子核质蛋白、细胞凋亡敏感蛋白，结果引起TDP-43的积累。此外，TDP-43 C端磷酸化、裂解化、片段化等均可使蛋白聚集形成包涵体。聚积主要是由于RNA识别序列中的Cys残基中的异常二硫键。TDP-43和FUS聚积是通过应激颗粒（Stress Granules，SGs）通路。SGs是具有高度活性的结构，是由RNA结合蛋白、转录因子、RNA解旋酶及核酸酶组成并通过氧化应激形成的，是mRNA经历降解、储存和翻译的排序颗粒。Ca2+依赖的丝氨酸钙蛋白酶在C端多个区域裂解TDP-43，由此产生的N端碎片易于聚集。与正常对照组相比，ALS患者大脑和脊髓中钙蛋白酶的活性更高，其溶解产物及肌氨酸的不溶解在一定程度上证明了钙蛋白酶对TDP-43的裂解作用，提示钙蛋白酶调控的TDP-43裂解可能参与了ALS和AR2小鼠运动神经元中病理性TDP-43的发病机制。ALS相关突变型TDP-43与野生型TDP-43相比，TDP-43更易被钙蛋白酶有效裂解，这一发现表明，钙蛋白酶依赖的裂解在TARDBP基因相关ALS患者的运动神经元病理性TDP-43中具有重要作用。
TDP-43是核蛋白，ALS患者的病理性包涵体中检测到在胞质内异常聚集的TDP-43，形成类似球形的包涵体。对其进行免疫组化检测，发现神经细胞核内的TDP-43表达量显著减少，而转为细胞质内的大量异常聚集，呈现泛素化阳性，该泛素化聚集无法正常降解，所以TDP-43异常聚集被认为是有细胞毒性的。许多研究证实，TDP-43裂解是由Caspase-3引起的，颗粒体蛋白功能缺失导致Caspase-3的激活，继而引起TDP-43裂解。Caspase-3依赖的TDP-43蛋白水解可生成C端碎片（C Terminal Fragment，CTF）。然而，有研究者证实TDP-43 CTF是由Caspase依赖的或不依赖的裂解产物生成的，这些碎片与钙蛋白酶及Caspase-3裂解物一起，在散发性额颞叶变性（Frontotemporal Lobar Degeneration，FTLD）-ALS患者的大脑和脊髓提取物中被发现。TDP-43和肉瘤融合蛋白（Fused in Sarcoma/Translocated in Liposarcoma，FUS/TLS或FUS）在fALS患者体内的发现使RNA的加工与ALS的病理过程联系起来。在FTD与ALS患者的大脑和脊髓提取物中均可见到这些碎片以及钙蛋白酶和Caspase-3的裂解物。上述结果表明，Caspase-3依赖的TDP-43裂解可能通过切割长链以及将钙蛋白酶依赖的TDP-43碎片加工成易于聚集的片段来参与TDP-43的病理变化。然而，Caspase-3裂解TDP-43远不及钙蛋白酶有效。表达突变TDP-43的运动神经元能引起氧化应激、线粒体紊乱及红系衍生的核因子2相关因子2（Nuclear Erythroid 2-Related Factor 2，Nrf2）的核内聚积。也有研究表明TDP-43的功能是抑制转录及剪接控制因子，TDP-43从细胞核转移至细胞质中，核内TDP-43缺乏破坏了mRNA剪接细胞的过程，而核外细胞质中TDP-43异常聚集形成的病理性包涵体具有细胞毒性。在兴奋性毒性动物模型的大脑中，Caspase-3必须经钙蛋白酶激活后才会变得有活性，由此说明在病理性TDP-43中，Caspase的参与作用不如钙蛋白酶。总之，尽管TDP-43异常聚集与细胞死亡之间的直接关联尚未明确，但可以确定的是，钙蛋白酶依赖的TDP-43裂解在ALS的发病中具有关键作用。至于TDP-43蛋白装置如何引起神经系统变性，机制尚不十分明确。
2009年Kwiatkowski等在ALS中发现有FUS基因突变，ALS患者的TDP-43包涵体内存在FUS蛋白，但有些ALS患者有FUS包涵体，无TDP-43包涵体。FUS基因编码的是一类多功能蛋白，主要参与基因转录和表达的调控。FUS基因突变在fALS中约占5%。SGs是FUS突变的一个结果，与野生型FUS相比，突变的FUS在氧化应激后能更快地引起SGs。此外，TDP-43在氧化应激条件下被SGs募集。这些SGs可能仅仅抑制mRNA的一个子集从而诱导细胞功能紊乱或作为ALS相关的大型蛋白聚合物的成核位点。ANG是一类低氧应答基因，编码血管生成素及相关核糖核酸酶。ANG突变在fALS中约占1%。FUS是与TDP-43功能类似的蛋白质，TDP-43、FUS是作为独立的个体各自发挥作用还是相互共同作用目前还未知，FUS蛋白的聚集也与蛋白的错定位及如何通路缺陷有关。OPTN基因编码视神经病变诱导反应蛋白，其发生突变后，表达异常的视神经病变诱导反应蛋白因抑制核因子（Nuclear Factor，NF）-k基因的功能丢失而参与ALS发病。FUS蛋白由于缺乏相关的ALS动物模型，其与疾病的相关机制更是不得而知。