真菌蛋白Sup35诱导α-突触核蛋白聚集：帕金森病发病新机制

引言

帕金森病（Parkinson's disease，PD）作为第二大最常见的神经退行性疾病，对全球约1.6%的65岁以上人群构成了严重威胁。其病理特征主要包括中脑黑质致密部多巴胺能神经元的变性缺失以及神经元内路易小体的形成，后者主要由异常聚集的α-突触核蛋白（α-synuclein，α-Syn）构成。尽管遗传因素和环境因素均已被证实参与PD的发病，但其具体机制仍不明确。近年来，越来越多的流行病学研究显示真菌感染可能是PD的一个风险因素，并在PD患者的大脑组织标本中检测到了真菌的存在。然而，真菌感染导致PD发生的具体病理机制尚未被完全阐明。2023年11月3日，武汉大学张振涛团队在Science Advances上发表了一篇题为“The yeast prion protein Sup35 initiates α-synuclein pathology in mouse models of Parkinson's disease”的研究论文，揭示了真菌蛋白Sup35诱导α-Syn聚集参与PD发病的新机制，为PD的治疗提供了新的靶点。

文献背景

PD的病理变化主要集中在中脑黑质致密部的多巴胺能神经元上，这些神经元在疾病过程中逐渐变性缺失，导致多巴胺分泌减少，进而引发一系列运动和非运动症状。路易小体作为PD的特征性病理标志，其主要成分是异常聚集的α-Syn。α-Syn的聚集是介导Lewy病理形成和多巴胺能神经元退行的主要病理过程之一。遗传因素方面，编码α-Syn的SNCA基因的突变或复制已被证实会导致家族性PD。环境因素方面，尽管一些研究已经揭示了农药、重金属暴露等与PD发病的关联，但真菌感染作为PD风险因素的具体机制仍有待深入探究。

研究内容

一、研究目的与假设

本研究旨在探究真菌感染如何导致PD发病，并特别关注真菌蛋白Sup35在α-Syn聚集过程中的作用。研究者假设酿酒酵母作为一种自然界中广泛存在的真菌，其表达的Sup35蛋白可能与α-Syn相互作用并促进其聚集，从而参与PD的发病过程。

二、实验材料与方法

1. 实验动物：采用α-syn A53T transgenic mice（TgA53T）作为PD小鼠模型，以及野生型小鼠作为对照。
2. 实验材料：酿酒酵母、Sup35蛋白、α-Syn蛋白等。
3. 实验方法：
   • 鼻腔感染实验：将酿酒酵母通过鼻腔感染TgA53T小鼠，观察其对α-Syn聚集和PD样病理的影响。
   • 体外实验：利用体外细胞培养和原代神经元，研究Sup35与α-Syn的相互作用及其促进α-Syn聚集的能力。
   • 体内实验：将Sup35聚集体通过体外注射的方式注入野生型小鼠脑内的纹状体部位，观察其对α-Syn聚集和PD样行为学改变的影响。

三、实验结果

1. 酿酒酵母鼻腔感染TgA53T小鼠加速α-Syn病理：研究发现，酿酒酵母感染TgA53T小鼠后，促进了α-Syn的聚集，并加速了PD样病理和运动障碍的出现。同时，对感染酿酒酵母的小鼠给予抗真菌治疗，可以明显减少PD样的病理改变。
2. Sup35与α-Syn相互作用并促进其聚集：研究者发现，PD病人的脑片上存在Sup35与α-Syn的共定位。进一步的体外实验证实，Sup35与α-Syn存在相互作用，并且Sup35可以促进α-Syn的聚集。在细胞系和原代神经元中，同样发现Sup35聚集体可以促进正常的α-Syn发生聚集，形成病理性的α-Syn聚集体。
3. Sup35聚集体促进野生型小鼠体内α-Syn的聚集：将Sup35聚集体通过体外注射的方式注入野生型小鼠脑内的纹状体部位后，研究者发现Sup35聚集体可以诱导体内α-Syn的聚集，并且随着时间的延长，α-Syn病理加重并传播到不同的部位。
4. Sup35聚集体可以诱导多巴胺能神经变性和运动功能障碍：注射Sup35聚集体的小鼠在其多巴胺能神经元中出现了α-Syn聚集，并且在注射部位的同侧其黑质多巴胺能神经元出现明显丢失。PD相关运动行为学检测发现，注射了Sup35聚集体的小鼠出现明显的运动障碍。
5. S-α-syn在小鼠体内诱导产生更强的α-Syn病理：为了进一步研究Sup35修饰产生的α-Syn聚集体（S-α-syn）在体内的播种能力，研究者分别将单纯的α-Syn聚集体和S-α-Syn聚集体体外注射到野生小鼠大脑的纹状体部位。结果发现，S-α-Syn聚集体诱导更强的α-Syn病理，表明S-α-syn聚集体比单纯的α-Syn聚集体具有更强的播种能力。

四、结论与讨论

本研究证明了酿酒酵母真菌通过Sup35蛋白与α-Syn相互作用并促进其聚集，导致α-Syn病理在不同的脑区进行传播，损伤多巴胺能神经元，产生神经毒性，最终导致PD的发生。此外，研究还发现鼻腔感染TgA53T小鼠可以加速α-Syn的病理产生和运动障碍，而真菌感染联合抗真菌治疗组的小鼠则明显减少了PD样的病理改变。这一发现为PD的治疗提供了新的靶点。然而，值得注意的是，Sup35改变α-Syn聚集体纤维性质的机制仍然未知，有待进一步研究。

研究意义与启示

本研究揭示了真菌蛋白Sup35在PD发病过程中的重要作用，为PD的发病机制提供了新的视角。通过阐明Sup35与α-Syn的相互作用及其促进α-Syn聚集的机制，本研究为PD的治疗提供了新的靶点和策略。同时，本研究也提示了真菌感染与PD发病之间的潜在联系，为预防和治疗PD提供了新的思路。

在实际应用方面，本研究的结果可能有助于开发针对PD的新型治疗药物。例如，通过抑制Sup35与α-Syn的相互作用或阻止Sup35的聚集，可能能够减缓或阻止PD的进展。此外，抗真菌治疗也可能成为PD治疗的一种辅助手段。

未来研究方向

尽管本研究取得了重要的进展，但仍有许多问题有待进一步探索。例如，Sup35改变α-Syn聚集体纤维性质的机制仍然未知，需要进一步的研究来阐明。此外，真菌感染如何导致PD发病的具体机制也需要更深入的研究。未来的研究可以围绕以下几个方面展开：

1. 深入探究Sup35与α-Syn相互作用的分子机制：通过结构生物学和生物化学等手段，揭示Sup35与α-Syn相互作用的详细机制，为开发针对PD的新型治疗药物提供理论基础。
2. 研究其他真菌蛋白在PD发病中的作用：除了Sup35外，其他真菌蛋白是否也参与PD的发病过程值得进一步研究。这有助于更全面地了解真菌感染与PD发病之间的关系。
3. 探索抗真菌治疗在PD治疗中的应用：抗真菌治疗是否能够有效减缓或阻止PD的进展需要进一步的临床试验来验证。同时，也需要研究抗真菌药物的副作用和安全性等问题。
4. 开展多中心、大样本的临床研究：为了验证本研究结果的可靠性和有效性，需要开展多中心、大样本的临床研究来进一步验证真菌感染与PD发病之间的关系以及抗真菌治疗在PD治疗中的应用效果。

结论

本研究揭示了真菌蛋白Sup35在帕金森病发病过程中的重要作用，为PD的发病机制提供了新的视角和靶点。通过阐明Sup35与α-Syn的相互作用及其促进α-Syn聚集的机制，本研究为PD的治疗提供了新的策略和思路。未来的研究将进一步深入探究Sup35与α-Syn相互作用的分子机制、研究其他真菌蛋白在PD发病中的作用、探索抗真菌治疗在PD治疗中的应用以及开展多中心、大样本的临床研究来验证本研究结果的可靠性和有效性。相信在不久的将来，我们能够更好地理解PD的发病机制并开发出更加有效的治疗方法来造福广大患者。