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最后更新日期: 2024年12月13日
作者: Shafaq Zia and Barry J. Bedell, M.D., Ph.D.

自噬与α-突触核蛋白病理之间有何关系?

α-突触核蛋白是一种突触前神经元蛋白。与帕金森病有关的α-突触核蛋白突变体往往会在神经元内发生错误折叠并聚集,形成不溶性纤维,从而破坏细胞过程(Vidović,2022 ;Negi,2024)。伴侣介导的细胞自噬(CMA)是一种选择性细胞自噬形式,用于降解细胞质蛋白,是α-突触核蛋白降解的主要途径(Vogiatzi,2008Vidal,2014 ;Frake,2015)。因此,CMA和其他细胞自噬途径的破坏与细胞内α-突触核蛋白的积累和帕金森病病理密切相关。

几种调控自噬的蛋白,如富含亮氨酸重复激酶2(LRRK2)、PTEN诱导激酶1(PINK1)和帕金RBR E3泛素蛋白连接酶(PARKIN),与α-突触核蛋白相互作用(Beilina,2015 ;Hou,2020 ;Zhang,2022)。编码帕金(Parkin)的基因突变与灵长类动物模型中早发性帕金森病有关,帕金是一种参与清除受损线粒体和多余蛋白质的蛋白质(Han,2024)。PINK1通过其激酶结构域与细胞质中的α-突触核蛋白相互作用,而PINK1突变会加剧α-突触核蛋白的聚集和PINK1基因敲除小鼠的神经炎症(Nguyen,2022)。同样,LRRK2的缺失会损害蛋白质降解途径,导致小鼠模型中α-突触核蛋白的积累和程序性细胞死亡增加(Tong,2010)。

α-突触核蛋白的突变形式也会破坏自噬过程。当Winslow等人(Winslow,2010)在哺乳动物细胞和M7 α-突触核蛋白转基因小鼠中过量表达野生型α-突触核蛋白时,导致Rab1(一种关键的自动调节器)受到抑制。这种变化导致Atg9定位错误,破坏了ω体(自噬体形成的地方)的形成。

帕金森病中自噬蛋白的示意图。

示意图展示了参与自噬不同阶段的蛋白质,这些蛋白质可能也在帕金森病中发挥作用(灰色框)。自噬的负调控因子用红色表示,正调控因子用绿色表示。图片根据知识共享署名许可协议,改编自Nechushtai等人(Nechushtai,2023) 的研究

自噬与多巴胺能神经元变性之间有何关联?

自噬对于黑质多巴胺能神经元的健康和存活至关重要,因为抑制自噬会导致轴突损伤、树突退化和细胞死亡(Friedman,2012 ;Yang,2013)。Atg5和Atg7基因敲除小鼠的多巴胺能神经元中自噬功能的丧失,会导致多巴胺能神经元变性,并形成路易体样结构——帕金森病的特征(Friedman,2012 ;Ren,2018 ;Sato,2018)。

多巴胺能神经元因其庞大而复杂的轴突和树突网络,具有很高的能量需求。鉴于α-突触核蛋白聚集与自噬之间的双向关系,α-突触核蛋白聚集会损害自噬-溶酶体通路,导致无法充分清除功能失调的线粒体。由于多巴胺能神经元无法为重要的细胞过程提供能量,长期能量耗竭会导致轴突退化和细胞死亡(Bolam,2012 ;Moors,2016 ;Xilouri,2016)。

此外,受损的巨噬细胞自噬(一种由压力引起的自噬)会导致多巴胺神经传递增强。其影响是复杂的:由于多巴胺信号增强,运动功能暂时得到改善,但疾病进展加快(Hernandez,2012 ;Hunn,2019)。 

在帕金森氏症患者的多巴胺能神经元中观察到了自噬性变性。Anglade等人(Anglade,1997)对帕金森氏症患者的大脑进行了超微结构分析,发现多巴胺能神经元中存在与自噬性变性一致的特征:含有细胞质物质的液泡、带有浓缩染色质的破碎细胞核以及溶酶体样液泡。在这些神经元中未检测到坏死的迹象,进一步表明自噬性变性是细胞死亡的主要原因。

具有自噬形态的囊泡内的α-突触核蛋白。

PC12细胞系中的免疫金电镜显示α-突触核蛋白定位于具有自噬特征的囊泡中。图片摘自Webb等人 (Webb,2003) ,受 Creative Commons Attribution License许可。

针对自噬的治疗手段在帕金森氏病模型中是否有效?

科学家正在探索多种针对自噬的帕金森氏症药物研发方法。以下是在小鼠模型中实验方法的几个例子。

mTOR抑制剂
mTOR信号通路可调节细胞的生长、增殖和存活。在α-突触核蛋白聚集的转基因小鼠的大脑中,mTOR蛋白的表达水平会升高。雷帕霉素是一种mTOR抑制剂,在PD小鼠模型中可促进自噬(Zhu,2019)。当Bai等人(Bai,2015)给ATG5α-突触核蛋白转基因小鼠喂食雷帕霉素饮食24周后,小鼠的运动功能得到改善,突触素蛋白(一种突触完整性的标志物)的丢失减少。

AMPK激活剂
能量不足时,AMP激活蛋白激酶(AMPK)信号传导参与自噬调节。在PD模型中,AMPK激活已被证明可以减少α-突触核蛋白聚集和多巴胺能细胞的损失(Curry,2018 ;Gao,2019)。然而,新兴研究正在挑战人们对AMPK在自噬中作用的常规理解。最近的生化分析表明,AMPK不会增强自噬的启动,而是在特定条件下对自噬的启动产生负向调节(Kim,2024)。虽然AMPK仍然是PD的潜在治疗靶点,但这些发现强调了其在自噬中作用与环境的关联性,以及进一步研究的必要性。

转录因子EB
转录因子EB(TFEB)是溶酶体生物发生和自噬的调节因子。在帕金森病小鼠模型中,TFEB的过度表达可激活自噬-溶酶体通路,并使多巴胺能神经元免受α-突触核蛋白的毒性作用,这表明α-突触核蛋白的毒性作用与TFEB功能受损之间可能存在机制上的联系(Decressac,2013 ;Zhuang,2020 ;Song,2021)。

我们的团队非常乐意回答有关帕金森病中自噬的任何问题,或提供有关我们用于疗效研究的帕金森病模型的信息。

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常见问题解答

与自噬相关的生物标记物能否帮助诊断帕金森病?


在帕金森病的早期和晚期,自噬的影响有何不同?


我们对线粒体吞噬(线粒体的选择性自噬降解)与α-突触核蛋白之间的联系了解多少?


溶酶体脂质代谢在帕金森病中起什么作用?


参考资料


关键词


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帕金森病中自噬的最新信息,以及神经退行性疾病动物模型中治疗药物评估的最佳实践。

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