SNCA基因重复通过破坏波形蛋白网络介导帕金森病患者中脑神经元突触缺陷

本研究针对SNCA基因重复(SNCADupl )导致的帕金森病(PD)神经突触缺陷，通过建立等基因校正hiPSC模型，结合多组学分析发现波形蛋白(vimentin)网络失调是关键机制。研究发现SNCADupl 引起波形蛋白表达上调、截断增加和分布异常，而靶向干预可恢复β-微管蛋白-III(bTubIII)水平和突触形态，为α-突触核蛋白(aSyn)介导的神经退行性变提供了新的治疗靶点。

　　

帕金森病是一种常见的神经退行性运动障碍，其病理特征是中脑多巴胺能神经元的进行性退化以及路易小体(Lewy bodies)的形成。α-突触核蛋白(aSyn)的异常聚集被认为是帕金森病发病的核心环节，而SNCA基因的重复或突变与家族性帕金森病密切相关。然而，SNCA基因剂量增加如何导致神经元损伤的具体机制仍不清楚，特别是其对神经元突触结构和功能的影响亟待阐明。

针对这一科学问题，国外研究人员在《SCIENCE ADVANCES》发表了一项重要研究。该团队利用携带SNCA基因重复(SNCA^Dupl
)的帕金森病患者来源的人诱导多能干细胞(hiPSC)，通过CRISPR-Cas9基因编辑技术构建了等基因对照细胞系(SNCA^Iso
)，并结合转录组测序(RNA-seq)、染色质可及性测序(ATAC-seq)和蛋白质组学等多组学分析方法，系统研究了SNCA基因剂量增加对神经元分化和突触形态的影响及其分子机制。

研究采用了多项关键技术：1)从SNCA^Dupl
患者获取皮肤活检样本建立hiPSC系；2)CRISPR-Cas9介导的基因编辑构建等基因对照；3)小分子诱导的中脑神经元分化方案；4)多组学分析(RNA-seq、ATAC-seq和质谱蛋白质组学)；5)免疫细胞化学和图像分析技术定量神经元形态；6)使用okadaic acid和withaferin A进行药理学干预。

研究结果主要包括以下几个方面：

SNCA重复改变神经元分化过程中aSyn的动态变化和分布
研究发现SNCA^Dupl
导致神经前体细胞(NPC)和早期分化神经元中aSyn水平显著升高，但随着分化进程，aSyn水平反而低于对照组。同时，SNCA^Dupl
神经元表现出aSyn聚集增加和突触中aSyn积累增多，表明SNCA剂量增加扰乱了aSyn的时空动态平衡。

SNCA重复损害突触形态并通过校正SNCA剂量恢复
与SNCA^Iso
神经元相比，SNCA^Dupl
神经元表现出突触密度降低、直径和体积减小等形态缺陷，同时伴随β-微管蛋白-III(bTubIII)水平下降。这些表型在SNCA剂量校正后得到恢复，证实了SNCA基因剂量对突触结构的特异性影响。

SNCA重复改变影响神经元分化和功能的基因表达
多组学分析发现SNCA^Dupl
导致3011个转录本上调和909个下调。通路分析显示细胞外基质(ECM)组织相关基因显著上调，而神经元分化和突触功能相关基因如PAX6显著下调。蛋白质组学结果与转录组数据高度一致(Pearson=0.64)。

SNCA重复改变染色质可及性景观
ATAC-seq分析发现SNCA^Dupl
导致3476个远端位点可及性增加和4939个位点减少。基序分析鉴定出AP-1、FOXA1等转录因子结合位点的富集，这些因子参与神经发育和突触可塑性调控。

SNCA重复降低神经元分化过程中PAX6表达
多种方法证实SNCA^Dupl
导致PAX6在mRNA和蛋白水平显著下调，这一变化在NPC阶段就已出现并持续至分化后期。PAX6作为重要的神经发育调控因子，其下调可能与观察到的神经元分化异常相关。

SNCA重复破坏波形蛋白水平、截断、组织和突触分布
研究发现SNCA^Dupl
引起波形蛋白(vimentin)表达显著上调、截断形式增加、从细胞骨架网络解离以及从突触向胞体重新分布。类似变化在散发性帕金森病患者死后脑组织中也观察到，提示这一现象的病理相关性。

靶向干预波形蛋白逆转SNCA重复诱导的bTubIII和突触紊乱
使用okadaic acid和withaferin A干扰波形蛋白网络后，SNCA^Dupl
神经元的波形蛋白异常得到改善，同时bTubIII水平和突触形态学参数也显著恢复，证实了波形蛋白在aSyn介导的神经退行性变中的关键作用。

这项研究的重要意义在于：首次系统阐明了SNCA基因剂量增加通过破坏波形蛋白网络导致突触缺陷的分子机制；建立了SNCA^Dupl
特异性hiPSC模型，为研究基因剂量效应提供了理想平台；发现波形蛋白可能是干预aSyn毒性的新靶点，为帕金森病的治疗策略开发提供了新思路。特别是，研究证实药理学干预波形蛋白网络可以挽救SNCA^Dupl
引起的细胞骨架紊乱和突触异常，这一发现具有重要的转化医学价值。

该研究的创新性体现在多组学方法的整合应用，以及从基因剂量变化到蛋白质网络失调再到细胞表型的完整证据链构建。未来研究可以进一步探索aSyn调控波形蛋白表达和修饰的具体分子机制，以及这一通路在其他类型突触核蛋白病中的普遍性。此外，优化波形蛋白靶向药物的选择性和安全性，推动其向临床转化也值得期待。