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为探究 GBA1 变异增加 PD 风险的机制，澳门大学健康科学学院研究人员开展秀丽隐杆线虫 gba-3 基因相关研究。发现 gba-3 缺失加剧 α-syn 介导的损伤。该研究提供新动物模型，对 PD 和 GD 研究意义重大，值得一读。
澳门大学健康科学学院（Faculty of Health Sciences, University of Macau）的研究人员宁刘（Ning Liu）、荣珍李（Rongzhen Li）等人在《转化神经变性病》（Translational Neurodegeneration）期刊上发表了题为《秀丽隐杆线虫 gba-3 基因编码的葡萄糖脑苷脂酶加剧 α- 突触核蛋白介导的缺失突变体的功能损伤》（The C. elegans gba-3 gene encodes a glucocerebrosidase that exacerbates α-synuclein-mediated impairments in deletion mutants）的论文。这篇论文在帕金森病（Parkinson's disease，PD）和戈谢病（Gaucher's disease，GD）等神经退行性疾病研究领域意义重大，为深入探究这些疾病的发病机制和潜在治疗策略提供了新的视角与思路 。
一、研究背景
葡萄糖脑苷脂酶（Glucocerebrosidases，GCases）在生物体内发挥着关键作用，它能够催化 β - 葡萄糖神经酰胺和 β - 葡萄糖鞘氨醇水解，分别生成葡萄糖和神经酰胺或鞘氨醇。在人类中，GCase 主要由 GBA1 基因编码，该基因广泛且大量表达，定位于溶酶体膜上；而 GBA2 基因则编码微粒体 β - 葡萄糖苷酶。
GBA1 基因功能缺失突变会导致葡萄糖神经酰胺或葡萄糖鞘氨醇积累，进而引发戈谢病，这是一种溶酶体贮积病，患者常出现贫血、脾脏和肝脏肿大以及骨骼疾病等症状。其中，最常见的 GBA1 N370S 突变体仍保留部分残余活性，但纯合突变会导致从轻度症状到严重疾病等一系列不同的结果。
值得注意的是，特定的 GBA1 突变是已知的帕金森病最高遗传风险因素（优势比＞5）。然而，由于缺乏合适的动物模型，目前人们对于 GCase 功能丧失如何增加帕金森病风险的了解还十分有限。正是在这样的背景下，研究人员开展了此项研究，旨在通过对秀丽隐杆线虫（C. elegans）的研究，深入探索 GCase 功能与 α - 突触核蛋白（α -synuclein，α -syn）之间的关系，进而揭示 GBA1 基因变异成为帕金森病最大风险因素的内在机制。
二、研究方法
研究人员运用了多种先进技术方法来开展此项研究。在基因分析方面，通过基因命名预测，发现秀丽隐杆线虫中有 4 个与人类 hGBA1 高度同源的 GCase 基因，即 gba - 1 至 gba - 4 。为验证秀丽隐杆线虫是否具有 GCase 活性，研究人员使用了荧光底物 4 - 甲基伞形酮基 - β - D - 吡喃葡萄糖苷（4-methylumbelliferyl-beta-D-glucopyranoside，MUBGlc）对野生型（Wildtype，WT）动物进行检测。同时，利用 GBA1 抑制剂 conduritol B epoxide 来观察其对 GCase 活性的抑制作用。
为确定 4 个 gba 基因中哪个编码 GCase，研究人员获取了各基因的缺失突变体，并检测其酶活性。此外，还将 gba - 3 或 hGBA1 的 cDNA 构建体显微注射到 gba - 3 缺失的动物体内，观察 GCase 活性的恢复情况。
在探究 gba - 3 与 α - syn 的相互作用时，研究人员将 gba - 3 缺失突变体与之前建立的在泛神经元中过表达人类 α - syn (A53T) 的秀丽隐杆线虫帕金森病模型进行杂交。随后，对杂交后代进行多种表型分析，包括运动能力检测（观察动物的摆尾行为）、产卵实验（检测对血清素刺激的产卵反应）、靶向代谢组学分析（检测 GCase 潜在底物葡萄糖神经酰胺的积累情况）、溶酶体功能检测（使用溶酶体追踪染料观察溶酶体功能状态）、多巴胺能神经元形态观察以及 α - syn 蛋白水平检测（通过共聚焦显微镜观察 α - syn 聚集情况，利用蛋白质免疫印迹法检测 α - syn 总蛋白水平） 。
三、研究结果
- gba - 3 是秀丽隐杆线虫的 GCase 编码基因：通过对野生型动物的检测发现，其 GCase 活性与 HeLa 细胞提取物相当，且该活性可被 GBA1 抑制剂部分抑制。在对 4 个 gba 基因缺失突变体的酶活性检测中，只有 gba - 3 缺失突变体表现出活性丧失，而其他突变体活性与野生型相似。将 gba - 3 或 hGBA1 的 cDNA 构建体显微注射到 gba - 3 缺失动物体内，其 GCase 活性得以恢复；注射到野生型动物体内，GCase 活性则进一步增加。这些结果确凿地证明了 gba - 3 是秀丽隐杆线虫的 GCase 编码基因。
- gba - 3 缺失加剧帕金森病模型的表型缺陷：与野生型相比，过表达 α - syn (A53T) 的帕金森病模型动物的摆尾行为明显减少，而 gba - 3 缺失进一步降低了该模型动物的摆尾行为。在产卵实验中，gba - 3 缺失突变体对血清素刺激的产卵反应明显弱于野生型，且在帕金森病模型中，gba - 3 缺失使得这种反应进一步减弱。但在使用胆碱能激动剂左旋咪唑时，gba - 3 突变体的反应与野生型相似，且 gba - 3 缺失对帕金森病模型的微弱反应没有显著影响。这表明，至少在运动能力和产卵反应这两个检测指标上，gba - 3 突变加剧了帕金森病模型的表型缺陷。
- gba - 3 缺失导致 GCase 底物积累：运用靶向代谢组学方法，研究人员发现 gba - 3 缺失会导致 GCase 的潜在底物葡萄糖神经酰胺 CerG1 (d17:1/24:1) 和 CerG1 (d17:1/22:1) 积累增加。在过表达人类 α - syn (A53T) 的动物中也观察到了相同底物的积累，并且 gba - 3 缺失进一步产生了累加效应。这说明帕金森病中脂肪酸稳态的紊乱可能会因 gba - 3 缺失而进一步加剧。
- gba - 3 缺失对溶酶体功能和多巴胺能神经元形态的影响：利用溶酶体追踪染料对溶酶体功能进行检测，发现 gba - 3 缺失突变体和过表达 α - syn (A53T) 的动物溶酶体功能均有所下降，但 gba - 3 缺失对帕金森病模型动物的溶酶体损伤没有显著影响，可能是因为帕金森病模型中本身较低的溶酶体功能水平限制了进一步的损伤。在观察多巴胺能神经元形态时，发现野生型、gba - 3;α - syn (A53T) 转基因动物和 gba - 3 敲除；α - syn (A53T) 转基因动物中，正常形态的多巴胺能神经元百分比分别为 98.3% ± 0.017%、91.7% ± 0.030%、56.7% ± 0.033% 和 50% ± 0.029% 。这表明 gba - 3 功能可能仅对多巴胺能神经元变性有轻微影响。
- gba - 3 缺失增加 α - syn 蛋白水平：通过对在肌肉细胞中过表达与 YFP 融合的 α - syn 的转基因品系进行观察，发现 gba - 3 缺失突变体动物中的 α - syn 聚集增加。蛋白质免疫印迹结果显示，gba - 3 缺失突变体中 α - syn 的总蛋白水平显著增加。这表明 GCase 功能丧失会在体内进一步增加 α - syn 蛋白水平，进而可能导致神经退行性变 。
四、研究结论与讨论
在这项研究中，研究人员成功确定了 gba - 3 是秀丽隐杆线虫的 GCase 编码基因，并通过将其功能缺失突变体与过表达 α - syn (A53T) 的品系进行杂交，深入探究了它们之间的相互作用。研究发现，gba - 3 缺失会加剧运动缺陷和血清素能信号传导异常，虽然对已经处于低水平的溶酶体功能没有进一步恶化作用，但会导致在帕金森病转基因动物模型中原本就较高的 CerG1 底物积累增加。
一个重要的发现是，GCase 活性丧失会导致 α - syn 蛋白水平升高。由于 α - syn 是路易小体中的关键蛋白，在帕金森病的病理过程中处于核心地位，因此 GCase 活性丧失可能会增加帕金森病的发病风险。此外，研究人员在功能缺失突变体中仅观察到多巴胺能神经元变性的适度变化，这表明 GCase 活性丧失的影响可能在神经退行性变之前就已发生。
这一研究成果具有重要意义。一方面，它为研究帕金森病和戈谢病提供了两个新的动物模型，有助于进一步深入了解这些神经退行性疾病的发病机制；另一方面，提示了增强 GCase 活性的转化方法应在疾病早期应用，可能会发挥有益作用。然而，目前尚不清楚 gba - 3 功能缺失突变是否会影响记忆或其他神经退行性过程，这为未来的研究指明了方向，需要进一步严谨地探究。总之，这项研究为神经退行性疾病的研究开辟了新的道路，有望推动相关疾病治疗策略的发展。
