帕金森病脑组织中α-突触核蛋白寡聚体的大规模可视化研究——突破性成像技术揭示纳米尺度病理特征

本研究针对帕金森病(PD)中α-突触核蛋白(α-synuclein)纳米级寡聚体难以直接观察的难题，开发了ASA-PD（Advanced Sensing of Aggregates-Parkinson's Disease）成像技术。通过对前扣带回皮层120万个纳米级聚集体的分析，首次发现PD特异的明亮寡聚体亚群（>10,280光子），证实了疾病特异性聚集体的存在（PD占9.7% vs HC仅0.26%）。该技术为揭示α-synuclein聚集的病理过程提供了关键工具。

　　

在神经退行性疾病研究领域，帕金森病(Parkinson's disease, PD)一直是一个令人困惑的难题。这种疾病最典型的病理特征是大脑中出现的路易体(Lewy bodies)和路易神经突(Lewy neurites)——这些由α-突触核蛋白(α-synuclein)组成的纤维状聚集体在神经元内逐渐积累，最终导致多巴胺能神经元的死亡。然而，科学家们长期以来怀疑，这些肉眼可见的大型聚集体可能只是疾病的"终末产物"，而真正驱动疾病早期发展的可能是更小、更难以察觉的蛋白质组装体，即纳米尺度的α-synuclein寡聚体(oligomers)。

尽管这一假说在细胞和动物模型中得到了不少支持证据，但一直存在争议，主要原因是在人类脑组织中直接观察这些纳米级组装体几乎是不可能的任务。传统的显微技术无法突破光学衍射极限，而脑组织强烈的自发光(autofluorescence)更是将这些微弱的信号淹没在背景噪声中。这就好比在繁星点点的夜空中寻找一支微弱的烛光——技术限制让我们对PD早期病理过程的理解始终蒙着一层迷雾。

为了突破这一技术瓶颈，来自英国剑桥大学、伦敦大学学院等机构的研究团队在《Nature Biomedical Engineering》上发表了一项突破性研究。他们开发了一种名为ASA-PD（Advanced Sensing of Aggregates-Parkinson's Disease）的新型成像平台，首次实现了在人类死后脑组织中大规模可视化纳米级α-synuclein聚集体的目标。

研究人员运用了几个关键技术：通过苏丹黑B(Sudan Black B)处理实现了93%的自发光抑制；采用1.49数值孔径(NA)的油浸物镜大幅提升信噪比；建立开源分析流程精准识别纳米级特征；结合多种正交验证方法（包括邻近连接 assay(PLA)、种子扩增 assay(SAA)和蛋白酶K抗性实验）确认发现。研究分析了来自两个独立脑库（伦敦皇后广场脑库和帝国理工学院多发性硬化与帕金森病脑库）的Braak分期3-6期PD患者和健康对照的前扣带回皮层样本。

研究结果令人振奋。通过分析超过125,000个大型聚集体和126万个纳米级组装体，团队发现PD样本中的大型聚集体数量是健康对照的10倍（26,314±7,712 vs 3,866±408），而纳米级对象的总数在两组中更为接近（PD: 682,826个；HC: 582,026个）。更重要的是，亮度分析揭示了一个疾病特异性的亚群——在PD样本中，存在一群异常明亮的纳米级组装体（>10,280光子，相当于约15个结合的二抗），这些对象在健康脑中几乎不存在（PD占9.7% vs HC仅0.26%）。

自发光抑制和高灵敏度显微术揭示人脑组织中的纳米级组装体

研究团队通过苏丹黑B处理将背景自发光降低了93%，结合1.49 NA高数值孔径物镜的使用，使信噪比提升了约20倍。这种技术组合使得原本被掩盖的纳米级α-synuclein组装体变得清晰可辨，在单个视野中可检测到数百个荧光点。

ASA-PD揭示α-synuclein纳米级群体中的疾病特异性转变

对三例Braak 6期PD患者和三例健康对照的脑样本分析显示，PD样本中纳米级对象的亮度分布明显右移，中位值更高（3,700光子 vs 2,750光子），分布更宽（IQR_PD=4,280光子 vs IQR_HC=2,690光子）。这一明亮的疾病特异性亚群在不同脑库、不同疾病分期、不同免疫荧光标记和不同抗原修复方法中都一致存在。

纳米级α-synuclein组装体亚群可通过生化方法检测

通过PLA、ELISA、尺寸排阻色谱(SEC)和SAA等多种正交方法的验证，研究确认了ASA-PD发现的可靠性。特别是SAA结果显示，PD脑组织的高分子量组分（200 kDa-5 MDa）具有显著的种子能力，其扩增滞后时间明显短于健康对照，表明这些组装体具有类似朊病毒的模板诱导聚集特性。

疾病特异性组装体呈现空间异质性

空间分析显示，这些疾病特异性的纳米级组装体不仅自身呈现高度聚集分布，还与特定细胞类型有密切的空间关联。它们更可能出现在神经元（神经丝蛋白标记）、小胶质细胞（P2RY12标记）和星形胶质细胞（GFAP标记）周围或内部，而与少突胶质细胞核（Olig2标记）的距离较远。

研究的结论部分指出，ASA-PD技术首次实现了在人类PD脑组织中直接检测和定量单个体α-synuclein组装体的目标，分析了超过126万个纳米级对象。研究发现不仅证实了PD脑中存在连续的大小聚集体分布谱，更重要的是揭示了一个疾病特异性的纳米级组装体亚群，这些对象在健康脑中几乎不存在。

这一发现具有多重意义：首先，它为α-synuclein聚集的病理过程提供了直接证据，支持了寡聚体作为早期病理驱动因子的假说；其次，明亮的疾病特异性亚群可能代表了从生理性组装体向病理性组装体的关键转变点；最后，这些纳米级组装体的空间分布特征为理解它们与不同细胞类型的相互作用提供了新线索。

研究人员也坦诚指出了研究的局限性：纳米级组装体的尺寸是通过亮度间接推断的；主要使用了针对磷酸化α-synuclein（pS129）的抗体，可能无法捕获所有类型的组装体；需要超分辨技术进一步表征这些组装体的精细结构；样本数量相对有限，需要更大规模的研究来验证发现。

尽管如此，这项研究无疑开辟了新的研究方向。ASA-PD平台不仅适用于帕金森病，也可扩展到其他神经退行性疾病的研究中。未来，结合单细胞和空间RNA/蛋白技术，这一方法有望帮助识别促进蛋白质聚集和路易体形成的关键细胞环境和分子机制，最终为开发早期诊断方法和靶向治疗策略提供重要基础。

该研究由Rebecca Andrews、Bin Fu和Christina E. Toomey等人共同完成，通讯作者为Lucien E. Weiss、Sonia Gandhi和Steven F. Lee。研究得到了Aligning Science Across Parkinson's、英国医学研究委员会等多个机构的资助。