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引言
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帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是僅次于阿爾茨海默病的第二常見的神經(jīng)退行性疾病。隨著人類平均壽命的延長(zhǎng)，帕金森病的患者人數(shù)也將出現(xiàn)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2040年，全球帕金森病病例將達(dá)到1400萬之巨。因此開發(fā)治療帕金森病的新藥已呈刻不容緩之勢(shì)。帕金森病的病理特征表現(xiàn)為兩個(gè)主要特點(diǎn)，一是中腦黑質(zhì)（substantia nigra compacta，SNc）中的多巴胺能神經(jīng)元丟失，二是α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-Syn）的錯(cuò)誤折疊、聚集所導(dǎo)致的路易小體（Lewy body）的形成。最終表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)遲緩、僵直以及靜止性震顫等典型的臨床癥狀。
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醉茄素A（Withaferin A, WA）是從南非醉茄中分離出的一種甾體內(nèi)酯類成分。醉茄素A被報(bào)道具有廣泛的抗炎、抗氧化效應(yīng)，在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中均表現(xiàn)出了良好的保護(hù)作用。然而，醉茄素A發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的分子靶點(diǎn)和分子機(jī)制仍不明確。在本文中，北京大學(xué)鄭瑞茂教授團(tuán)隊(duì)在不同的帕金森病動(dòng)物模型中分別驗(yàn)證了醉茄素A對(duì)中腦多巴胺神經(jīng)元的保護(hù)作用。使用高通量測(cè)序結(jié)合生物信息學(xué)手段，作者鑒定并驗(yàn)證了DJ1-Nrf2-STING通路作為WA的靶點(diǎn)介導(dǎo)了WA抗帕金森病變的功能。本文闡明了醉茄素A治療帕金森病的分子機(jī)制，提示醉茄素A作為抗帕金森病藥物的線索。
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醉茄素A在不同帕金森模型小鼠中起到神經(jīng)保護(hù)作用
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為了驗(yàn)證WA在帕金森病中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，研究者首先在MPTP誘導(dǎo)的帕金森小鼠模型中分別腹腔給予WA（或?qū)φ眨┨幚怼Ｍㄟ^多種組織學(xué)和蛋白質(zhì)印跡檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)相比給予溶劑對(duì)照，WA處理可以顯著抑制帕金森模型鼠黑質(zhì)-紋狀體通路中多巴胺神經(jīng)元的丟失。轉(zhuǎn)棒、爬桿等行為學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，WA處理可以顯著減輕帕金森模型動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)障礙癥狀（圖1）。
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圖1 醉茄素A在MPTP誘導(dǎo)的帕金森模型動(dòng)物中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用
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本文中除了采用經(jīng)典的藥物誘導(dǎo)帕金森動(dòng)物模型之外，為了模擬人類帕金森患者從早期到晚期病情逐漸加深這一時(shí)間進(jìn)程，研究者將攜帶了人類α-突觸核蛋白（human α- synuclein，h-αsyn）的腺相關(guān)病毒（adeno-associated virus，AAVs）AAV2/9-hsyn-αsyn-GFP注射在小鼠的一側(cè)黑質(zhì)（圖2A）。組織學(xué)結(jié)果表明病毒注射后21天即可觀察到α-突觸核蛋白在黑質(zhì)的TH陽性（TH是酪氨酸羥化酶，是多巴胺神經(jīng)元的分子標(biāo)志物）神經(jīng)元中表達(dá)。α-突觸核蛋白的過表達(dá)導(dǎo)致了黑質(zhì)區(qū)多巴胺能神經(jīng)元的丟失，并對(duì)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)功能造成了損害。蛋白質(zhì)印跡實(shí)驗(yàn)顯示，WA處理后小鼠腦組織中不溶性α-Syn和磷酸化的α-Syn（p-α-syn）含量相比溶劑對(duì)照處理均表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。WA處理同時(shí)降低了黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元的丟失，并減輕了動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)損傷癥狀。
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?圖2 醉茄素A在過表達(dá)α-突觸核蛋白小鼠模型中起到抗多巴胺神經(jīng)元丟失的作用
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在不同帕金森動(dòng)物模型中的測(cè)試表明，醉茄素A處理可以顯著保護(hù)黑質(zhì)的多巴胺能神經(jīng)元，有效地緩解帕金森模型動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)能力損傷。這提示醉茄素A作為候選帕金森治療藥物的潛力。
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DJ1-NADJ1-Nrf2-STING軸是WA的作用靶點(diǎn)
為了破解WA發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的分子機(jī)制。研究者采用全轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的手段檢測(cè)了WA處理的帕金森小鼠黑質(zhì)區(qū)各相關(guān)基因表達(dá)變化。測(cè)序結(jié)果提示，WA上調(diào)了多種與多巴胺合成、線粒體功能相關(guān)基因的表達(dá)，并穩(wěn)定了MPTP導(dǎo)致的氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥相關(guān)基因的改變。進(jìn)一步分析表明，與干擾素刺激因子（stimulator of interferon genes，STING）相關(guān)的基因在MPTP誘導(dǎo)的模型小鼠的黑質(zhì)中發(fā)生了高水平的改變，而WA處理則可以部分恢復(fù)這些基因表達(dá)的變化。這提示STING可能作為WA作用的重要分子靶點(diǎn)。STING是免疫相關(guān)的因子，可以被外源性的DNA或內(nèi)源的線粒體DNA激活而導(dǎo)致免疫反應(yīng)產(chǎn)生。生物信息學(xué)分析提示，帕金森相關(guān)基因DJ1和抗氧化因子Nrf2k可能與STING存在互作（圖3G）。而針對(duì)帕金森患者黑質(zhì)組織測(cè)序結(jié)果的薈萃分析（meta-analysis）也表明這三個(gè)因子在帕金森病中發(fā)生了改變（圖3J）。因此以上結(jié)果提示STING相關(guān)通路可能參與了帕金森病的病理過程，而DJ1、Nrf2、STING則可能是WA發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用中的重要靶點(diǎn)。
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圖3 使用醉茄素A處理后的MPTP誘導(dǎo)帕金森模型小鼠黑質(zhì)中的基因表達(dá)分析
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為了驗(yàn)證DJ1-Nrf2-STING軸在WA介導(dǎo)帕金森病的神經(jīng)保護(hù)作用發(fā)揮作用，研究者分別在帕金森模型小鼠和體外培養(yǎng)的人類多巴胺神經(jīng)元細(xì)胞系（SH-SY5Y）中進(jìn)行了測(cè)試。使用多種轉(zhuǎn)基因小鼠及相關(guān)測(cè)試，研究者證明STING作為一種新發(fā)現(xiàn)的DJ1-Nrf2的下游因子介導(dǎo)了一系列WA處理引發(fā)的抗神經(jīng)炎癥反應(yīng)，驗(yàn)證了該通路作為WA的作用靶點(diǎn)，并提示STING作為抗帕金森的藥物新靶點(diǎn)的可能。
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圖4 醉茄素發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用依賴于DJ1
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本文中，研究者使用了帕金森動(dòng)物模型制備、高通量測(cè)序及多種組織學(xué)、行為學(xué)技術(shù)，鑒定了DJ1-Nrf2-STING通路作為醉茄素A的分子靶點(diǎn)，參與了WA在帕金森病中對(duì)黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元的保護(hù)作用（圖5）。本文指出了STING介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)可能參與了帕金森病的病理過程，并揭示了其作為帕金森病治療的藥物靶點(diǎn)的潛力。本文為帕金森病發(fā)病機(jī)制的探索和新藥研發(fā)的提供了新的證據(jù)。
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原文鏈接：
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https://www.nature.com/articles/s41418-021-00767-2