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帕金森病（PD）中多巴胺能（DA）神经元功能障碍至关重要。研究人员针对 DA 神经元突触囊泡（SV）展开研究，发现 iPSC 衍生的 DA 神经元存在多种 SV 池，且 VMAT2 和 VGLUT2 定位不同。这为理解 PD 中突触功能障碍提供依据，有助于探索新治疗策略。
在神经科学领域，帕金森病（Parkinson's disease，PD）一直是困扰科学界的难题。多巴胺能（Dopaminergic，DA）神经元的选择性退化或丧失，在帕金森病的发展中起着核心作用。以往研究虽已发现突触囊泡（Synaptic vesicle，SV）回收异常与 DA 神经元的易损性密切相关，但对于 DA 神经元中负责多巴胺释放的细胞器，以及这些细胞器的结构和功能特点，仍存在诸多未知。比如，多巴胺存储的囊泡身份尚不明确，不同类型囊泡在多巴胺释放过程中的具体作用也不清楚，这些知识空白严重阻碍了对帕金森病发病机制的深入理解和有效治疗手段的开发。
为了攻克这些难题，来自耶鲁大学医学院（Department of Neuroscience, Yale University School of Medicine）和图宾根大学（Interfaculty Institute of Biochemistry, University of Tübingen）的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们聚焦于 DA 神经元突触囊泡的特征，通过一系列实验，取得了令人瞩目的成果。该研究成果发表在《npj Parkinson's Disease》杂志上，为帕金森病的研究开辟了新的方向。
研究人员采用了多种关键技术方法。在细胞模型构建方面，利用人类诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）分化得到 DA 神经元和谷氨酸能神经元（i3Neurons），为研究提供了稳定的细胞来源。借助透射电子显微镜（Transmission electron microscopy，EM），直观观察不同神经元中突触囊泡的形态和分布；运用免疫荧光技术，对相关蛋白进行定位分析，确定囊泡的性质。此外，还通过构建异位 SV 样细胞器重组系统，深入探究囊泡蛋白的分选机制。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- iPSC 衍生 DA 神经元的特征和成熟度：通过免疫荧光和蛋白质免疫印迹（Western blot）分析，研究人员发现，诱导分化 30 天后，部分细胞表达神经元标记 βIII - 微管蛋白（βIII - tubulin）和 DA 神经元标记酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase，TH）。到 50 天时，典型的 SV 标记蛋白才显著表达，且神经元在受到高 K?刺激时，钙水平同步上升，表明此时 iPSC 衍生的 DA 神经元具备典型的突触特性。
- iPSC 衍生 DA 神经元与 i3Neurons 的囊泡池差异：利用 EM 观察发现，i3Neurons 在分化 19 天后就有大量典型的～40nm 突触囊泡簇。而 DA 神经元中类似囊泡簇的出现明显延迟，且存在三种形态不同的囊泡簇。一种与 i3Neurons 中的相似，可能是谷氨酸能的；一种是直径 60 - 100nm、形状不规则、内容物清晰的大囊泡；还有一种是 60 - 100nm、含有电子致密物质的大囊泡，可能是神经肽包含的大致密核心囊泡（DCVs）。通过霍乱毒素 - 辣根过氧化物酶（CTX - HRP）标记实验证实，大小囊泡都可来源于胞吞作用。
- DA 神经元中 VMAT2 和 VGLUT2 的不同定位：研究表明，VMAT2 是负责将多巴胺装载到分泌囊泡的转运体，VGLUT2 与谷氨酸的存储有关。免疫荧光实验显示，在 iPSC 衍生的 DA 神经元中，VMAT2 和 VGLUT2 的定位并不重叠。通过相关光电子显微镜（CLEM）观察发现，VMAT2 主要定位在大于 60nm 的较大囊泡上。
- 异位系统中 VMAT2 和突触素的差异分选：在成纤维细胞（COS7 细胞）中表达 VMAT2 和其他 SV 蛋白的实验表明，VMAT2 与突触素共表达时形成的囊泡与突触素和突触小泡蛋白（Synaptophysin）形成的囊泡不同。VMAT2 - 突触素囊泡更大且形状不规则，并且 VMAT2 囊泡和突触小泡蛋白囊泡会分离形成不同的相。敲低 AP3（一种对 VMAT2 细胞内分选很重要的衔接蛋白）会阻止 VMAT2 - 突触素凝聚物的形成，但不影响突触小泡蛋白 - 突触素凝聚物的形成，说明两者分选途径不同。
- 小鼠纹状体中存在大小囊泡：对成年小鼠纹状体匀浆进行 EM 分析，发现 DA 神经末梢存在不同大小的囊泡。免疫标记实验显示，HA 标记的 VMAT2 标记的囊泡比突触小泡蛋白标记的囊泡大，且突触素可标记大小囊泡，这表明在体内 DA 神经元也包含不同的 SV 群体。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 iPSC 衍生的 DA 神经元和小鼠纹状体 DA 神经末梢中存在三种分泌囊泡池：小突触囊泡（SSVs）、大空泡和 DCVs。这一发现为研究 DA 神经元如何调节神经递质释放提供了新视角，iPSC 衍生的 DA 神经元有望成为研究突触功能的重要模型。此外，研究还证实了 VMAT2 和 VGLUT2 阳性的 SVs 在 DA 神经元中部分分离，且不同的囊泡转运体在细胞内的分选和回收途径不同。这些结果对于深入理解多巴胺能神经生物学，以及开发针对帕金森病的新治疗策略具有重要意义，为后续研究奠定了坚实基础。
