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帕金森病（PD）研究面临动物模型无法复制患者病理变化的困境。研究人员以 parkin 基因相关小鼠模型为对象，研究发现 Syt11 代偿性表达掩盖了 parkin 基因敲除小鼠的 PD 样表型，为 PD 研究开辟新方向。
帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一种常见的神经退行性疾病，它如同一个隐匿在暗处的 “健康杀手”，悄无声息地影响着全球约 0.2% 的人口，并且随着年龄增长，其患病率更是显著上升，在 65 岁以上人群中高达 2.3% 。PD 患者不仅要承受如震颤、肢体僵硬、运动迟缓等运动症状的折磨，还要应对情绪障碍、认知受损、嗅觉减退以及泌尿系统功能紊乱等非运动症状，生活质量严重下降。
目前，对于 PD 的发病机制，科学界尚未完全明确。尽管经过了数十年的深入研究，提出了各种假设，但由于不同动物模型表现出的不一致表型，使得相关研究充满了争议。在众多用于研究 PD 病因的动物模型中，小鼠模型发挥着重要作用，像基于神经毒素的模型、转基因小鼠模型、病毒系统介导的遗传模型等。然而，大多数转基因小鼠模型却无法成功模拟出 PD 患者的关键病理变化，这极大地阻碍了 PD 的病理研究进程。比如，Parkin 基因作为 PD 常见的常染色体隐性遗传致病基因，其编码的蛋白是一种 E3 泛素连接酶，在调节细胞内多种生理过程中发挥关键作用 。过去二十年间，多个研究小组分别构建了不同的 Parkin 基因敲除（KO）小鼠模型，但令人失望的是，这些模型都未能确切地复制出 PD 患者的临床表现，这使得 PD 发病机制的研究陷入僵局。
为了打破这一困境，西安交通大学、西南医科大学等多机构的研究人员联合开展了一项深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Communication and Signaling》上，为我们理解 PD 的发病机制带来了新的曙光。
研究人员在此次研究中，主要运用了以下几种关键技术方法：首先是病毒注射技术，通过将携带特定基因（如 shParkin、Syt11）的病毒载体，利用立体定位注射的方式，精准地导入到小鼠脑内特定区域，如黑质致密部（SNpc），以此来实现对基因表达的调控；其次是行为学测试，包括转棒实验（Rotarod test）、圆柱体实验（Cylinder test）、甲基苯丙胺（METH）诱导的不对称旋转实验、足迹步态分析（Footprint gait analysis）、旷场实验（Open field test）、蔗糖偏好实验（Sucrose preference test）以及悬尾实验（Tail suspension test）等，这些实验从不同角度对小鼠的运动协调能力、运动不对称性、抑郁样行为等进行了全面评估；此外，还运用了电化学记录技术，通过碳纤维电极（CFE）安培法记录，分别在离体脑片和在体情况下，对小鼠纹状体多巴胺（DA）的释放和重摄取进行了高灵敏度的监测；最后，采用蛋白质免疫印迹（Western blot）和免疫组化（Immunostaining）技术，来检测相关蛋白（如 Parkin、Syt11、酪氨酸羟化酶（TH））的表达水平和定位情况。
研究结果如下：
- Parkin 基因敲除小鼠无 PD 样表型：研究人员通过转棒实验和圆柱体实验评估小鼠的运动能力，发现 Parkin 基因敲除小鼠在这两项实验中的表现与野生型小鼠并无差异，这表明 Parkin 基因敲除小鼠不存在 PD 样的运动障碍。同时，利用 CFE 安培法记录小鼠纹状体 DA 释放情况，结果显示，在给予局部电刺激后，Parkin 基因敲除小鼠纹状体 DA 释放的幅度、电荷、半高宽持续时间（HHD）以及衰减时间等参数，均与野生型小鼠相似，这说明 Parkin 基因敲除小鼠的 DA 释放和重摄取功能是正常的。由此可见，全身性 Parkin 基因缺失并不会使小鼠出现 PD 样表型。
- 成年小鼠 Parkin 基因敲低诱导 PD 样表型：考虑到 Parkin 基因敲除小鼠可能存在发育代偿效应，研究人员采用基因敲低（KD）策略，向成年小鼠（3 - 4 个月大）的左侧黑质致密部（SNpc）立体定位注射携带 Parkin shRNA 的慢病毒。酪氨酸羟化酶（TH）免疫染色证实了 DA 神经元的有效感染。CFE 安培法记录显示，病毒注射一个月后，Parkin 基因敲低小鼠同侧纹状体的 DA 释放显著减少，并且在早期阶段，DA 重摄取有延迟的趋势。METH 诱导的不对称旋转实验表明，从病毒注射后 3 - 8 周，Parkin 基因敲低小鼠的 METH 诱导的对侧旋转次数逐渐增加，旋转潜伏期缩短；足迹步态分析也发现，Parkin 基因敲低小鼠的步态出现失衡，对侧步长的变异性增大。这些结果充分表明，成年小鼠 SNpc 中 Parkin 基因敲低足以诱导 PD 样表型。
- Parkin 基因敲除小鼠中 Syt11 的代偿性表达：研究人员发现，Syt11 作为 PD 风险因子和 Parkin 的关键底物，在两种小鼠模型中的表达存在差异。在 Parkin 基因敲除小鼠出生后第 4 天（P4），其双侧 SNpc 区域的 Syt11 表达显著增加，但在成年后恢复到基线水平；而在 Parkin 基因敲低小鼠中，病毒注射一个月后，同侧 SNpc 区域的 Parkin 表达下降，同时 Syt11 表达上调。这表明 Parkin 基因缺失在成年后会导致 Syt11 积累，而在 Parkin 基因敲除小鼠中，这种效应仅在哺乳期通过发育代偿体现，这或许可以解释两种 PD 小鼠模型之间的差异。
- Syt11 在 SNpc 积累诱导 PD 样表型：为了探究 Syt11 在 SNpc 中的作用，研究人员将携带 Syt11 的腺相关病毒（AAV2/9DIO - Syt11 病毒）双侧注射到 DAT - Cre 转基因小鼠的 SNpc 中。TH 染色证实了 DA 神经元的高效感染。CFE 安培法记录显示，Syt11 过表达小鼠的 DA 释放显著减少，重摄取过程中电流衰减时间显著延长，在体记录也发现其纹状体 DA 释放幅度明显降低，DAT 功能受损。行为学测试表明，Syt11 过表达小鼠的运动活性下降，在蔗糖偏好实验中蔗糖偏好率降低，在悬尾实验中不动时间增加，呈现出抑郁样行为变化。这充分说明，Syt11 在 DA 神经元中的积累足以损害纹状体 DA 的释放和重摄取，并诱导 PD 样行为。
研究结论和讨论部分指出，通过对 Parkin 基因敲除和敲低小鼠功能表型的比较分析，研究人员不仅建立了基于病毒的成年 Parkin 基因敲低小鼠模型，为 PD 发病机制的研究提供了有效方法，而且阐明了 Syt11 代偿性表达在掩盖 Parkin 基因敲除小鼠 PD 相关表型中的关键作用。这一研究成果不仅有助于我们更深入地理解 PD 的发病机制，还为其他遗传 PD 小鼠模型的构建提供了宝贵的策略，为 PD 的治疗和研究开辟了新的方向。
