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为探究 Synphilin-1 的生物物理功能，研究人员利用弹性支柱阵列和不同硬度基质分析细胞牵引力与硬度感知能力，结合转录组和蛋白质组学分析。发现 Synphilin-1 过表达损害硬度感知，与 Zyxin 互作并减少 YAP 核转位，为神经退行性疾病如 PD 的 ECM 改变机制提供新视角。
论文解读
在神经退行性疾病领域，细胞如何感知细胞外基质（ECM）硬度变化并传递机械信号的机制尚不完全明确。帕金森病（PD）患者脑内 ECM 成分改变，尤其是胶原蛋白 I（COL1A1/COL1A2）水平升高导致组织硬度增加，但神经元如何响应这种机械微环境变化的研究仍存在空白。Synphilin-1 作为 α- 突触核蛋白的互作蛋白，虽在 PD 病理中被广泛研究，但其生物物理功能如机械转导调控作用尚未被揭示。为填补这一领域的知识缺口，来自韩国亚洲大学（Ajou University）和韩国成均馆大学（Sungkyunkwan University）的研究团队开展了相关研究，成果发表于《Journal of Nanobiotechnology》。
研究背景与科学问题
大脑作为人体最柔软的器官之一，其低硬度依赖于富含糖蛋白和蛋白聚糖的 ECM。PD 患者脑内 ECM 成分改变，COL1A1/COL1A2 表达显著上调，导致组织硬度增加，进而可能影响细胞行为。机械转导是细胞通过感知机械刺激（如基质硬度）调控形态、增殖和迁移的关键过程，粘着斑（FA）和 Yes 相关蛋白（YAP）在其中发挥核心作用。Zyxin 作为粘着斑中的 LIM 结构域蛋白，参与肌动蛋白动力学和信号转导，但 Synphilin-1 是否通过与 Zyxin 互作调控机械转导尚不清楚。
关键技术方法
- 弹性支柱阵列（Elastomeric Pillar Arrays）：用于测量单细胞牵引力和局部收缩能力，分析细胞对基质硬度的响应。
- 不同硬度聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质：制备 5 kPa（软）和 2 MPa（硬）基质，模拟生理与病理硬度环境。
- 转录组学（RNA Sequencing）与蛋白质组学（LC-MS/MS）：整合多组学分析揭示 Synphilin-1 过表达的分子机制。
- 免疫共沉淀（Co-IP）与免疫荧光（IF）：验证 Synphilin-1 与 Zyxin 的互作及 YAP 的亚细胞定位。
- AlphaFold 3 结构预测：解析 Synphilin-1 与 Zyxin 的蛋白互作模型。
研究结果
Synphilin-1 过表达损害细胞硬度感知能力
- 过表达 Synphilin-1 的 HEK293 细胞（Synph-293）在软 / 硬基质上的铺展面积、粘着斑形成均无显著变化，而敲低 Synphilin-1（Synph-293-KD）可恢复硬度响应能力。
- 弹性支柱阵列显示，Synph-293 细胞的局部收缩频率降低，牵引力方向性参数（γ 值）升高，表明其无法有效感知基质硬度。
多组学揭示 Synphilin-1 调控的分子网络
- 转录组学筛选出 2690 个差异基因，蛋白质组学鉴定出 2455 个差异蛋白，整合分析显示 Synphilin-1 过表达抑制 “粘着斑形成”“细胞铺展”，激活 “细胞突起收缩”“细胞收缩”。
- 关键基因如 CCND1、F2R 上调，CDKN2A、MYO3A 下调；蛋白如 RHOA、PAK4 上调，ITGB1、VCL 下调，均与机械转导功能相关。
Synphilin-1 与 Zyxin 互作抑制 YAP 核转位
- 免疫共沉淀证实 Synphilin-1 与 Zyxin 在胞质内直接互作，AlphaFold 3 预测显示两者通过结构域紧密结合。
- Synph-293 细胞中 YAP 的核定位显著减少，磷酸化 YAP（Ser127）水平升高，表明 YAP 激活受阻，而在软基质（50 kPa PA 凝胶）中无此差异，提示硬度依赖的调控机制。
Synphilin-1 对 PD 相关 ECM 改变的保护作用
- PD 患者黑质和纹状体中 COL1A1 表达显著升高，Synph-293 细胞在高浓度胶原 I 基质上的存活率显著高于对照组，提示其对 ECM 硬度相关毒性的抵抗作用。
结论与意义
本研究首次揭示 Synphilin-1 通过与 Zyxin 互作，抑制 YAP 核转位，从而损害细胞对基质硬度的感知能力。多组学整合分析明确了其调控的分子网络，包括粘着斑动力学和肌动蛋白细胞骨架重塑。此外，Synphilin-1 对胶原 I 诱导的细胞毒性具有保护作用，为 PD 中 ECM 硬化相关的神经元损伤机制提供了新解释。这些发现拓展了 Synphilin-1 在机械生物学中的功能，为开发靶向 ECM - 机械转导通路的神经保护策略提供了潜在靶点。未来研究可进一步探索 Synphilin-1 在神经元中的特异性作用及与其他粘着斑蛋白的互作网络，深化对神经退行性疾病机械微环境的理解。
