氧化应激下帕金森病相关蛋白DJ-1通过细胞外囊泡调控细胞间通讯的新机制

《Cell Death Discovery》：Parkinson’s associated protein DJ-1 regulates intercellular communication via extracellular vesicles in oxidative stress

本研究聚焦帕金森病(PD)相关蛋白DJ-1在氧化应激条件下对细胞外囊泡(EV)介导的细胞间通讯的调控作用。研究人员通过比较野生型和DJ-1敲除的SH-SY5Y细胞及iPSC来源神经元，发现DJ-1缺失会改变EV的数量、蛋白质组成和氧化修饰特征，并影响其对巨噬细胞迁移的调控能力。该研究揭示了DJ-1通过EV介导神经免疫对话的新功能，为理解PD发病机制提供了新视角。

　　

帕金森病作为一种常见的神经退行性疾病，其发病机制至今仍未完全阐明。虽然已知遗传因素在PD发病中起重要作用，但携带DJ-1基因突变的患者仅占少数，这使得研究人员对DJ-1在PD中的具体作用机制产生了浓厚兴趣。近年来，科学家们在PD患者的生物体液中发现DJ-1蛋白在细胞外囊泡中的浓度异常升高，这一发现将EV与PD关联起来，为探索DJ-1的新功能提供了重要线索。

细胞外囊泡是由细胞释放的脂质双分子层包裹的微小囊泡，在细胞间通讯中扮演着重要角色。它们携带蛋白质、脂质和核酸等生物活性分子，能够将这些"分子货物"传递给受体细胞，从而影响其功能。在神经系统中，EV参与突触功能、神经发育和髓鞘形成等多种生理过程。然而，在病理条件下，EV也可能成为传播错误折叠蛋白和促炎信号的媒介，促进神经退行性病变的发生发展。

为了深入探究DJ-1在EV介导的细胞间通讯中的作用，研究团队开展了一系列精细的实验。他们使用野生型和DJ-1敲除的SH-SY5Y细胞系，以及人诱导多能干细胞来源的神经元作为研究模型，通过流式细胞术、蛋白质组学分析和功能实验等方法，系统评估了DJ-1缺失对EV特性和功能的影响。

研究的关键技术方法包括：使用流式细胞术定量分析EV的数量和大小分布；通过蛋白质组学质谱分析鉴定EV的蛋白质组成和氧化修饰；利用共聚焦显微镜观察线粒体形态变化；采用Transwell迁移实验评估条件培养基对巨噬细胞迁移的影响；并通过iPSC来源的神经元模型验证主要发现。

DJ-1 KO影响分化SH-SY5Y细胞中的EV浓度

研究人员首先在基础条件下比较了野生型和DJ-1敲除细胞产生的EV群体。流式细胞术分析显示，分化过程增加了两种基因型细胞的EV数量，主要是由小于200纳米的小EV增加所驱动。有趣的是，无论分化状态如何，DJ-1敲除细胞的小EV数量均高于野生型细胞。

WT和DJ-1 KO分化SH-SY5Y细胞对鱼藤酮的EV反应不同

为了模拟PD中的氧化应激条件，研究人员使用鱼藤酮处理细胞。结果显示，两种基因型细胞对鱼藤酮的EV反应存在明显差异。在5纳摩尔鱼藤酮处理下，野生型细胞的小EV数量显著增加，而DJ-1敲除细胞需要更高浓度(10纳摩尔)的鱼藤酮才能诱发类似的EV反应。特别值得注意的是，在10纳摩尔鱼藤酮处理下，DJ-1敲除细胞产生的EV数量反而高于野生型细胞。

10纳摩尔鱼藤酮处理导致基因型依赖的线粒体形态变化

作为线粒体复合物I的强效抑制剂，鱼藤酮对线粒体形态的影响也得到了深入研究。通过Mitospy橙染色和ATP5-α免疫荧光染色，研究人员发现鱼藤酮处理导致两种基因型细胞的线粒体荧光强度降低，但DJ-1敲除细胞表现出更明显的线粒体损伤，表现为线粒体分支长度的减少。

氧化应激下WT和DJ-1 KO分化SH-SY5Y细胞EV的蛋白质组学分析揭示特定的DJ-1依赖性特征

质谱分析鉴定出574种在两种基因型EV中都存在的蛋白质，其中116种蛋白质的表达量存在显著差异。主成分分析显示野生型和DJ-1敲除细胞的EV样本明显分离。功能富集分析表明，差异蛋白主要参与囊泡运输调控、蛋白质定位/转运和免疫调节等过程。

EV对巨噬细胞迁移的影响取决于供体SH-SY5Y细胞中的DJ-1和鱼藤酮诱导的氧化应激

研究人员进一步评估了条件培养基对THP-1来源巨噬细胞迁移的影响。在基础条件下，野生型细胞的条件培养基促进巨噬细胞迁移的能力强于DJ-1敲除细胞。然而，在鱼藤酮处理后，DJ-1敲除细胞的条件培养基表现出更强的促迁移能力。这些结果表明，DJ-1通过调节EV内容物来影响免疫细胞功能。

DJ-1 KO改变iPSC来源神经元细胞对鱼藤酮的EV反应

为了验证SH-SY5Y细胞中的发现，研究人员在iPSC来源的神经元中重复了实验。结果显示，DJ-1敲除神经元在基础条件下产生的EV数量多于同基因对照组。在鱼藤酮处理后，同基因对照组神经元产生的EV数量显著高于DJ-1敲除神经元，这一趋势与SH-SY5Y细胞在5纳摩尔鱼藤酮处理下的结果相似。

该研究首次揭示了DJ-1在氧化应激条件下通过调节EV介导的细胞间通讯的新机制。研究人员发现，DJ-1不仅影响EV的数量，还调节其蛋白质组成和氧化修饰状态。更重要的是，DJ-1缺失导致EV的功能发生转变，从维持稳态的信使转变为促进神经炎症的信号载体。

研究结果表明，在轻度氧化应激条件下，野生型细胞能够通过DJ-1感知应激信号并调整EV的释放和内容物，从而维持适当的免疫反应。然而，在DJ-1缺失的情况下，细胞对氧化应激的感知能力受损，导致EV释放的时间点和内容物发生异常。特别是在较高水平的氧化应激下，DJ-1缺失细胞产生的EV含有更多促炎因子，如氧化修饰的补体C5，以及更少的免疫抑制信号分子如CD47，这些变化共同促进了巨噬细胞的迁移和活化。

这项研究的重要意义在于将DJ-1的已知抗氧化功能与EV介导的细胞间通讯联系起来，为理解PD发病机制提供了新的视角。研究提示，DJ-1通过调节EV的蛋白质组成和氧化状态，在神经免疫对话中扮演着关键角色。在PD早期，DJ-1功能异常可能导致EV介导的通讯失调，进而促进神经炎症和神经元损伤。这些发现不仅增进了我们对PD发病机制的理解，也为开发新的诊断标志物和治疗策略提供了潜在靶点。

该研究于2025年发表在《Cell Death Discovery》期刊上，为帕金森病研究领域提供了重要的新见解，为进一步探索EV在神经退行性疾病中的作用奠定了基础。