O-GlcNAc循环调控α-突触核蛋白病理进程的新机制：从聚集传播到神经炎症的整合研究

《Molecular Neurodegeneration》：Modulation of O-GlcNAc cycling influences α-synuclein amplification, degradation, and associated neuroinflammatory pathology

本研究聚焦帕金森病中α-突触核蛋白(α-syn)异常聚集的核心病理环节，通过多维度解析O-GlcNAc糖基化修饰对α-syn病理蛋白的调控作用，发现增强O-GlcNAcylation可通过激活自噬溶酶体通路促进α-syn降解，显著改善多巴胺能神经元退变和NLRP3介导的小胶质细胞炎症。该研究为神经退行性疾病提供了新的治疗靶点，发表于《Molecular Neurodegeneration》2025年第20卷。

　　

在帕金森病(Parkinson's disease, PD)的研究领域，α-突触核蛋白(α-synuclein, α-syn)的异常聚集和传播始终是科学家们关注的焦点。这种蛋白质在病理条件下会形成淀粉样纤维沉积，进而引发多巴胺能神经元退变，导致运动功能障碍。尽管已有研究表明O-连接β-N-乙酰葡糖胺修饰(O-linked β-N-acetylglucosaminylation, O-GlcNAcylation)这一重要的翻译后修饰可能影响α-syn的毒性，但O-GlcNAc循环如何调控α-syn的聚集、传播及其相关的神经炎症病理，仍是未解之谜。

为了深入探索这一问题，苗永振团队在《Molecular Neurodegeneration》上发表了最新研究成果。研究人员采用了多层次的实验策略，包括在体动物模型和离体细胞共培养系统，结合药理学和遗传学手段调控O-GlcNAc循环的关键酶——O-GlcNAc转移酶(O-GlcNAc transferase, OGT)和O-GlcNAc水解酶(O-GlcNAcase, OGA)。通过综合运用Click-iT O-GlcNAc酶标记、sWGA沉淀、高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS/MS)以及免疫组织化学分析等技术，系统评估了O-GlcNAc循环对α-syn病理的多方面影响。

关键技术方法包括：通过原代神经元与小胶质细胞共培养模型研究细胞间相互作用；利用腺相关病毒(AAV)载体介导的α-syn过表达联合预形成纤维(PFFs)注射构建小鼠PD模型；采用化学酶法质谱标记技术检测α-syn的O-GlcNAc修饰位点；通过蛋白溶解度分级和免疫共沉淀分析蛋白聚集状态；借助行为学测试评估运动功能改善效果。

α-syn纤维种子下调细胞和小鼠脑中的O-GlcNAcylation

研究发现，α-syn预形成纤维(PFFs)处理能够显著降低SH-SY5Y细胞和原代神经元中的总O-GlcNAcylation水平和OGT蛋白表达，而单体和寡聚体形式的α-syn则无此效应。在动物实验中，将α-syn构象菌株注射到小鼠双侧纹状体后，PFFs在3个月和6个月时显著降低了黑质和 hippocampus中的O-GlcNAcylation水平，同时伴随着OGT表达的下调。这些结果表明，病理性α-syn的传播能够通过解剖学连接的脑区影响O-GlcNAc循环。

O-GlcNAcylation调节纤维状α-syn的种子化和聚集

通过调节培养基中的葡萄糖浓度改变尿苷二磷酸N-乙酰葡糖胺(UDP-GlcNAc)的可用性，研究发现低葡萄糖条件会降低O-GlcNAcylated蛋白水平，同时增加α-syn在丝氨酸129位点的磷酸化(pS129)，这是路易体(Lewy bodies)聚集的标志。相反，高葡萄糖条件则能提高O-GlcNAc水平，减少总α-syn和pS129磷酸化。使用OGT抑制剂OSMI-1或OGA抑制剂Thiamet G(TMG)进行处理后，OSMI-1降低了O-GlcNAcylation水平，同时增加了高分子量(HMW)的α-syn聚集；而TMG则表现出相反的效果，显著减轻了α-syn的聚集。

O-GlcNAc调节病理性α-syn对多巴胺能神经元的毒性

在AAV/PFFs小鼠模型中，OSMI-1处理加剧了α-syn在黑质多巴胺能神经元中的沉积，导致更严重的神经元丢失和运动协调缺陷。相反，TMG治疗显著挽救了 ipsilateral多巴胺能神经元的损失，减少了α-syn的积累，并改善了运动功能。这些结果证实了O-GlcNAcylation在保护多巴胺能神经元免受α-syn毒性方面的重要作用。

OGA和OGT的酶调节介导纤维聚集中的二聚体α-syn O-GlcNAcylation

通过Click-iT O-GlcNAc酶标记系统，研究发现TMG处理显著增加了二聚体α-syn的O-GlcNAc修饰比例，同时降低了总α-syn水平。质谱分析进一步鉴定出二聚体α-syn上的12个修饰位点，其中包括4个O-GlcNAcylation位点(Ser42、Thr44、Thr54和Thr59)，这些位点在物种间具有保守性。这表明O-GlcNAc循环在纤维相关组装和病理中发挥着调节作用。

OGA和OGT的抑制调节α-syn传播和NLRP3依赖性小胶质细胞炎症

研究显示，病理性α-syn能够传播到解剖学连接的脑区，甚至跨半球扩散。OSMI-1处理加剧了α-syn在纹状体、杏仁核和皮层中的沉积，而TMG则减轻了这种传播。在机制上，α-syn激活小胶质细胞中的NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-, LRR- and pyrin domain-containing 3, NLRP3)炎症小体，促进促炎细胞因子的释放。TMG处理能够有效降低NLRP3水平以及白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等炎症因子的表达。

自噬溶酶体通路的阻断抑制O-GlcNAcylation介导的病理性α-syn降解和小胶质细胞激活

通过使用自噬溶酶体抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)和氯喹(CQ)，研究发现阻断自噬溶酶体融合能够逆转TMG对α-syn聚集的减轻作用，而蛋白酶体抑制剂MG-132则无此效果。在动物实验中，3-MA也抑制了TMG对多巴胺能神经元的保护作用，并阻止了TMG介导的NLRP3水平下调。这些结果表明，O-GlcNAcylation主要通过自噬溶酶体途径促进病理性α-syn的降解。

O-GlcNAcylation的调节与多聚泛素化α-syn包涵体形成和溶酶体降解相关

免疫组织化学分析显示，K48连接的多聚泛素与α-syn聚集体共定位，而OSMI-1处理增加了K48泛素化包涵体的数量，TMG则减少了这种共定位。同时，TMG处理降低了自噬 cargo受体p62和溶酶体相关膜蛋白1(LAMP1)与α-syn聚集体的共定位，表明O-GlcNAcylation通过促进自噬溶酶体通路来加速α-syn聚集体的清除。

该研究的重要发现在于揭示了O-GlcNAc修饰在α-syn病理中的关键调节作用。病理性α-syn的传播会降低细胞O-GlcNAcylation水平，而通过药理学手段增强O-GlcNAcylation则能够有效缓解α-syn聚集、传播和多巴胺能神经元退变。机制上，O-GlcNAc修饰主要通过调节自噬溶酶体通路而非蛋白酶体途径来促进α-syn的降解。此外，研究还发现二聚体α-syn存在多个O-GlcNAc修饰位点，这为理解α-syn聚集的早期分子事件提供了新视角。

这些发现不仅深化了我们对帕金森病发病机制的理解，也为开发针对O-GlcNAc循环的治疗策略提供了理论依据。通过调节O-GlcNAcylation来干预α-syn病理进程，可能成为神经退行性疾病治疗的新方向。该研究为未来开发能够精确调控O-GlcNAc循环的治疗药物奠定了重要基础，对帕金森病及其他突触核蛋白病的治疗具有重要的启示意义。