共蛋白病新视角：重新审视神经退行性疾病的蛋白聚集网络

《TRENDS IN Neurosciences》：Rethinking neurodegeneration through a co-proteinopathy lens

本研究针对神经退行性疾病研究中单一蛋白病理范式的局限性，提出了"共蛋白病"新框架。通过系统分析Aβ、tau、αS和TDP-43等致病蛋白的相互作用机制，研究发现多种蛋白聚集物可共存、共定位并相互调节毒性。这一视角为开发多靶点治疗策略和建立更精准的疾病模型提供了理论基础，对推动神经退行性疾病研究范式的转变具有重要意义。

　　

长期以来，神经退行性疾病一直被简单归类为单一蛋白病变：阿尔茨海默病（AD）中的β-淀粉样蛋白（Aβ）和tau蛋白、帕金森病（PD）中的α-突触核蛋白（αS）、肌萎缩侧索硬化（ALS）中的TDP-43。这种单一蛋白范式指导了数十年的治疗开发，然而临床效果始终不尽如人意。随着研究的深入，科学家们发现蛋白聚集物很少孤立存在，而是相互共存、共定位，并调节彼此的致病性。这一发现挑战了传统认知，促使研究人员重新思考神经退行性疾病的本质。

在《TRENDS IN Neurosciences》上发表的最新研究中，张雨（Yu P. Zhang）、Shekhar Kedia和David Klenerman提出了一个创新性的"共蛋白病"框架。该框架将神经退行性疾病视为错误折叠蛋白组成的交互网络，而非孤立的疾病实体。这一视角转变要求开发能够同时定量多种蛋白聚集物的方法，并建立更能反映人类神经退行生物学复杂性的疾病模型。

研究人员通过整合生物物理学研究和临床观察证据，系统阐述了多种蛋白聚集物如何相互作用共同驱动神经退行性疾病进程。研究显示，错误折叠蛋白能够发生共聚集、共沉积，并协同促进神经退行性变。传统的单一蛋白研究方法可能无法充分捕捉这种复杂性，需要多路生物标志物检测、多靶点治疗和生理适配的模型系统来更有效地应对神经退行性疾病。

关键技术方法包括：单分子成像技术（如单分子pull-down检测）、超分辨率显微镜技术、DNA条形码标记策略、液-液相分离分析、低温电子显微镜以及正电子发射断层扫描（PET）等多模式蛋白聚集物检测技术。这些方法实现了对组织样本和生物体液中多种蛋白聚集物的高灵敏度、定量化分析。

蛋白质聚集物与神经退行性变

神经退行性疾病研究的基础建立在蛋白特异性分类上：Aβ斑块和tau缠结定义AD，αS包涵体特征化PD，TDP-43沉积标记ALS。当这些蛋白聚集时，特别是以小分子可溶性形式存在时，会破坏细胞功能并促进神经退行性变。然而，超越疾病主要蛋白病变的蛋白聚集物并不罕见：tau病理出现在PD中，而αS和TDP-43聚集物也出现在部分ALS和AD患者中。

单一蛋白范式面临局限性：疾病异质性需要更广泛的治疗方法

靶向和清除关键病理聚集物被认为是阻止疾病进展的直接策略。临床前研究和临床试验表明，针对单一蛋白的治疗效果有限。例如，lecanemab在18个月内仅减缓认知下降27%，donanemab仅减缓疾病进展35%，且仅在对tau负担有限的患者中观察到效果。抗αS抗体prasinezumab在早期PD患者中显示出延缓运动进展的潜力，但最终未能达到主要终点。这些结果引发关键问题：靶向单一聚集物是否足以改变复杂神经退行性疾病的进程？

多种聚集物，累积损伤

不同的蛋白聚集物通过不同途径触发神经退行性变。例如，AD中的两种主要蛋白聚集物Aβ和tau具有独特的生物物理特征和病理作用。病理性Aβ聚集物可通过破坏钙稳态和干扰谷氨酸受体（包括NMDA和AMPA受体）来损害突触功能。而tau聚集物通常存在于细胞内空间，主要对细胞骨架产生毒性。当这些蛋白聚集物共存时，它们的独立毒性相互叠加，增加细胞负担并促进疾病进展。

不同蛋白聚集物的共存还会破坏蛋白质稳态网络。这一网络的关键部分是蛋白降解机制，包括溶酶体自噬系统和泛素-蛋白酶体系统。遗传缺陷与各种神经退行性疾病相关，如PD中的PARKIN和PINK突变，ALS中的C9orf72突变。当蛋白聚集物积累超过这些降解途径的能力时，会压垮系统，使毒性物种持续存在并破坏细胞稳态。

交叉播种机制创造额外的病理网络

生物物理学研究表明，疾病相关蛋白容易相互作用，甚至在体外相互模板化聚集。分子基础在于易于聚集的区域，这些短疏水、β-片层兼容的基序通常埋藏在天然蛋白折叠内。当因突变、翻译后修饰或细胞应激暴露时，易于聚集的区域通过主链氢键、π-π堆积和疏水相互作用成核淀粉样蛋白形成。

不同蛋白之间的直接交叉播种通过这些共享结构基序发生：Aβ原纤维模板化αS的非淀粉样成分，而tau通过富含芳香族的低复杂性区域与αS共组装。电子显微镜和荧光共振能量转移分析显示，机制上无关的序列汇聚在相似的β-拱或β-螺线管脊柱上，稳定混合组装并加速异型成核。

液-液相分离进一步促进了蛋白间相互作用，这一过程中具有固有无序区域的蛋白通过自组织形成动态无膜液滴。这些蛋白升高的局部浓度进一步促进跨蛋白相互作用。例如，tau和αS液滴逐渐硬化成凝胶状混合结构，创造了比稀溶液中更有效共聚集的环境。

共蛋白病塑造疾病进展

体外和动物模型证据表明，蛋白共存可根本改变疾病轨迹。当P301L tau和A53T αS在酵母中共表达时，细胞生长显著抑制，表明对细胞应激途径的协同效应。在线虫中，人Aβ和αS的神经元共表达产生行为缺陷和路易样包涵体，证明一种聚集物可在活体神经系统中重塑另一种的病理特征。

尸检研究证实多种蛋白聚集物经常在同一大脑中共存，验证了共蛋白病框架的生物学相关性：αS沉积出现在约20%-30%的AD大脑中，而tau缠结伴随近半数的路易体病病例。Aβ斑块出现在30%-40%的PD大脑中。同样，经典ALS标志物TDP-43包涵体出现在20%-50%的AD尸检中。

关键的是，这些聚集物不仅共存而且共定位。在路易体痴呆中，发现tau和αS表位装饰相同的路易体。tau、αS和TDP-43也在AD皮层中的包涵体内共定位。这些混合包涵体的存在为易于聚集蛋白在人脑中的相互作用提供了证据。

研究共蛋白病的新兴工具

传统成像方法如免疫组织化学和免疫荧光在检测共定位方面存在局限性，主要挑战在于抗体交叉反应和有限的复用能力。电子显微镜和原子力显微镜可提供纳米级结构信息，但难以同时识别多种蛋白种类。

新兴技术如DNA条形码超分辨率成像、慢解离修饰适配体平台和核酸连接免疫夹心 assay（NULISA）实现了对共蛋白病的高通量筛选。这些方法虽然缺乏显微镜提供的空间背景，但特别适用于生物体液分析。

理解共蛋白病：转化研究的前景与挑战

认识到多种蛋白共同错误折叠、播种和传播标志着神经退行性疾病研究的重大范式转变，为基于疾病过程更深机制理解的新转化机会打开了大门。大规模蛋白质组学分析已超越传统的质谱生物标志物发现方法。PET成像的进展使得能够同时检测多种蛋白病变，第一代TDP-43示踪剂加入了已建立的Aβ和tau配体行列。

治疗上，共蛋白病框架支持解决聚合聚集机制或蛋白质稳态共享脆弱性的多靶点策略。有希望的候选方法包括组蛋白去乙酰化酶抑制、调节溶酶体-自噬系统的干预措施等。

理解共蛋白病：基础研究的前景与挑战

基础研究面临几个主要挑战。大多数当前模型系统代表过度简化，无法捕捉共蛋白病。尽管体外模型为共蛋白病提供了有价值的机制见解，但它们的生理相关性有限，因为通常使用重组蛋白、非生理性拥挤剂和超生理蛋白浓度。

大多数当前细胞和动物模型专注于孤立蛋白病变，依赖过表达或单突变范式。这些方法通常无法准确复制人类疾病中观察到的化学计量、时间动态和随机相互作用。矛盾的结果说明了这些局限性：例如，虽然tau敲除据报道可减弱A53T转基因小鼠中的αS传播，但一项使用原纤维αS纹状体内注射的研究发现减少内源性tau不影响αS病理。

此外，蛋白聚集物也可在没有临床症状的情况下观察到。尸检调查常规发现Aβ斑块、tau缠结、αS包涵体和TDP-43沉积在认知完好的老年人中。基于过表达或致病性突变的模型难以反映这些临床观察。

研究结论强调，共蛋白病框架代表了蛋白聚集研究的自然演变，将实验观察与临床现实对齐。这一视角不是放弃数十年的单一蛋白见解，而是将其整合到更全面的模型中，解释治疗局限性和疾病异质性。共蛋白病框架基于三个关键组成部分：概念转变，将神经退行性变视为相互作用蛋白聚集物网络的产物；使用多重分析方法量化不同聚集物；开发再现共蛋白病而非专注于单蛋白改变实验模型。

当前关键挑战在于开发能够准确模拟复杂相互作用蛋白病变的系统，以及推进分析这些特征的技术能力，这两者对于诊断和治疗开发的进展都至关重要。靶向个体蛋白病变可能不足以管理神经退行性变，保持蛋白质稳态网络的完整性也至关重要。实现这一愿景需要分子生物物理学、系统神经科学、临床研究和治疗开发之间的持续合作。共蛋白病视角提供了一个统一框架，指导这些努力朝着更有效、更全面的神经退行性变处理方法迈进。