探秘帕金森病：基因网络风险变异与 α- 突触核蛋白失衡的关联新解

本文聚焦帕金森病（PD）展开研究。通过对 α- 突触核蛋白（αSyn）相关基因的研究，发现 TAX1BP1 和 ADAMTS19 基因影响 αSyn 的聚集和相分离，相关基因网络存在罕见风险变异，这为揭示 PD 的遗传病因提供新视角，对理解和治疗 PD 意义重大。

　　

帕金森病相关研究背景

帕金森病（PD）是一种常见的神经退行性疾病，其发病机制复杂，α- 突触核蛋白（αSyn）在其中扮演关键角色。αSyn 是一种内在无序蛋白，在 PD 患者大脑中异常积累。SNCA 基因的点突变和全基因倍增会导致罕见的孟德尔遗传形式的 PD。αSyn 的 N 端和 NAC 结构域含有特定的氨基酸重复基序，可介导其与膜的结合，这种结合的改变被认为与 PD 中 αSyn 失调导致路易小体形成有关。近期研究还表明，液 - 液相分离（LLPS）在 αSyn 的生物学过程中起作用，其与脂质的紧密关系也备受关注。

研究方法与模型构建

研究人员利用此前高通量筛选确定的 38 个调节 αSyn 传播的基因作为研究起点，重点关注 TAX1BP1 和 ADAMTS19 这两个基因。为研究它们的作用机制，使用了一种 M17D 细胞系，该细胞系在强力霉素诱导下可表达融合了金星黄色荧光蛋白（YFP）的三重突变 “3K”αSyn ，这种细胞系能自发形成具有路易小体关键超微结构特征的包涵体，便于研究 αSyn 包涵体的形成和特性。

实验结果

1. 基因敲低对 αSyn 包涵体的影响：通过小干扰 RNA（siRNA）敲低 TAX1BP1 或 ADAMTS19，显著增加了 αSyn 包涵体的数量，减小了其尺寸。同时敲低这两个基因，与单独敲低相比，对包涵体数量和大小的影响未显著增加，表明它们可能属于同一通路。且敲低这两个基因不影响 αSyn 的量或其 S129 磷酸化水平，但敲低 ADAMTS19 会减少 3K αSyn 的裂解。
2. αSyn 包涵体的形成机制：通过荧光恢复后光漂白（FRAP）实验发现，αSyn 包涵体呈现液滴状，αSyn 分子在包涵体内具有不同程度的流动性，这与通过 LLPS 形成的液体凝聚物相符。随着时间推移，包涵体的不移动部分（Fi）先降低后升高，且与包涵体大小呈正相关，表明 αSyn 包涵体最初可能通过 LLPS 或聚集形成，随后通过 LLPS 扩展，较大的包涵体更趋于凝聚。此外，用 1,6 - 己二醇和精胺处理细胞，会影响 αSyn 包涵体的形成和特性，进一步支持其作为液体凝聚物的特性。
3. αSyn 与脂质的相互作用：在模拟脂质丰富环境的实验中，用油酸处理 3K 细胞，增加了细胞内中性脂质含量和脂滴（LDs）数量，αSyn 包涵体与 LDs 的共定位显著增加。敲低 TAX1BP1 会导致形成大的 LDs 被薄的 αSyn 边缘包围的 “空心” 包涵体，但在完全没有 αSyn 时，敲低 TAX1BP1 和 ADAMTS19 对 LDs 无影响，说明 TAX1BP1 通过影响 αSyn 来调节 LDs。
4. 3K αSyn 的特性：体外实验证实，3K αSyn 比野生型（WT）αSyn 更容易发生相分离，形成凝聚物所需的拥挤剂浓度更低。通过构建不同突变体研究发现，3K 突变破坏 KTKEGV 重复基序是其发生 LLPS 的起始事件，且缬氨酸残基对 αSyn 与脂质的相互作用和形成包涵体至关重要。分子动力学模拟表明，3K αSyn 中的赖氨酸残基使其与脂质的相互作用增强，更深入地插入脂质双层。
5. 对线粒体功能的影响：3K αSyn 过表达与线粒体膜电位（ΔΨ_m）降低有关，在未诱导的 3K M17D 细胞中，敲低 TAX1BP1 会增加 ΔΨ_m，而敲低 ADAMTS19 会导致细胞内 ATP 水平升高，但二者对活性氧（ROS）、线粒体质量、葡萄糖摄取或细胞死亡无显著影响。
6. 氯喹的作用：氯喹是一种抗疟和抗风湿药物，可降低类风湿关节炎患者患 PD 的风险。在 3K 细胞系模型中，氯喹处理可显著减少 αSyn 包涵体的数量，改变其 Fi 值，且其作用效果取决于处理时间。此外，氯喹还能调节 αSyn 的传播，但油酸预处理会阻止氯喹清除富含 LDs 的 αSyn 包涵体。
7. 基因网络分析：通过加权基因共表达网络分析（WGCNAs）发现，TAX1BP1 和 ADAMTS19 与线粒体基因、脂质稳态基因等在某些模块中聚集，表明它们功能相关。敲低 TAX1BP1 或 ADAMTS19 后，差异表达基因（DEGs）在 PD 患者中比健康对照富集更多罕见变异，这些 DEGs 聚集在 PD 中 αSyn 路易小体病理高发的脑区的共同基因表达模块中，且 TAX1BP1 是其中一个模块的 “枢纽” 基因 。

研究结论与意义

该研究揭示了 TAX1BP1 和 ADAMTS19 在 αSyn 稳态中的重要作用，它们通过影响 αSyn 与脂质的相互作用、相分离等过程，参与 PD 的发病机制。同时，研究还发现相关基因网络中罕见风险变异的增加会导致关键细胞功能失调，进而引起 αSyn 稳态失衡，为理解散发性 PD 的遗传结构提供了新的视角。此外，氯喹对 αSyn 包涵体的影响表明其可能成为治疗 PD 的潜在药物，但作用机制仍需进一步研究。然而，该研究也存在一定局限性，如 FRAP 实验可能无法完全捕捉 αSyn 包涵体的物质状态，氯喹的作用机制尚未明确等，为后续研究指明了方向。