Parkin缺失导致hTau小鼠海马区磷酸化tau增加及突触线粒体功能障碍的分子机制研究

本研究针对阿尔茨海默病(AD)中tau病理与突触功能障碍的关联，通过构建hTau/PKO和hTau/ParkinW402A新型小鼠模型，揭示了Parkin在tau诱导的突触线粒体功能障碍中的保护作用。研究发现Parkin缺失加剧突触线粒体呼吸和糖酵解功能损伤，导致海马齿状回磷酸化tau(pTau)水平升高；而ParkinW402A突变虽未显示保护效应，但通过定量蛋白质组学分析发现其可特异性调节突触蛋白质组变化。该研究为AD中tau病理与线粒体质量控制机制的关联提供了新见解。

　　

在探索阿尔茨海默病(AD)发病机制的过程中，科学家们发现两个关键病理特征：由过度磷酸化tau蛋白组成的神经原纤维缠结，以及突触功能障碍。其中，突触线粒体作为神经传递的能量工厂，其功能异常与认知衰退密切相关。有趣的是，tau病理与线粒体质量控制之间的分子对话仍存在诸多未解之谜。Parkin作为一种E3泛素连接酶，在清除损伤线粒体(线粒体自噬)过程中发挥关键作用，但其在tau病理背景下对突触线粒体的调控机制尚不清楚。

为解答这一科学问题，L. Daniel Estrella团队在《Neurobiology of Disease》发表了创新性研究。研究人员采用hTau小鼠(表达全部六种非突变人tau亚型)为模型，通过与Parkin敲除(PKO)或Parkin^W402A突变小鼠杂交，构建了两种新型小鼠品系。研究综合运用 Seahorse线粒体压力测试、免疫印迹、免疫荧光和定量蛋白质组学等技术，系统评估了Parkin调控对突触线粒体功能、突触蛋白质组和tau磷酸化的影响。

在技术方法方面，研究首先通过基因工程构建了hTau/PKO和hTau/Parkin^W402A小鼠模型。采用Seahorse XFe96分析仪检测突触体线粒体呼吸(OCR)和糖酵解功能(ECAR)；通过超速离心结合Percoll梯度分离突触体和突触线粒体；运用质谱技术对9297种突触体蛋白进行定量分析；借助IPA和STRING等生物信息学工具进行通路分析；最后采用共聚焦显微镜定量海马区磷酸化tau水平。

"Absence of parkin in hTau mice leads to synaptic mitochondrial dysfunction"部分揭示，Parkin缺失显著损害hTau小鼠突触体的最大线粒体呼吸和糖酵解能力，而Parkin^W402A则无显著保护作用。这一发现通过Seahorse实验得到验证，表明Parkin介导的线粒体质量控制对维持突触代谢至关重要。

"Synaptic mitochondria from hTau mice exhibited increased association of parkin"部分显示，hTau小鼠突触线粒体中Parkin和泛素水平显著增加，提示损伤线粒体被标记降解。值得注意的是，Parkin^W402A导致脑内Parkin蛋白水平降低，可能与突变引起的蛋白稳定性改变有关。

"Quantitative synaptosome proteomics identified changes to molecular networks"部分通过蛋白质组学发现，hTau小鼠突触体蛋白质组发生显著改变，涉及氧化磷酸化、突触长时程增强(LTP)和钙稳态等通路。Parkin缺失或Parkin^W402A表达均引起独特的蛋白质组变化，特别是与线粒体代谢和突触可塑性相关的蛋白。

"Absence of parkin led to increased levels of pTau in the hippocampal Dentate Gyrus"部分证实，Parkin缺失使hTau小鼠海马齿状回的磷酸化tau水平升高，而Parkin^W402A无此效应。这一发现为Parkin在调节tau磷酸化中的作用提供了直接证据。

讨论部分强调，该研究首次在非突变人tau过表达模型中系统阐明了Parkin的神经保护作用。Parkin通过维持突触线粒体功能、调控突触蛋白质组动态平衡，并抑制tau过度磷酸化，从而对抗tau病理的进展。特别值得注意的是，Parkin^W402A虽在体外显示组成型活性，但在体内却导致Parkin蛋白水平下降，这一发现对开发Parkin激活疗法具有重要启示意义。

该研究的创新性在于：首次揭示Parkin在tau诱导的突触线粒体功能障碍中的保护机制；发现Parkin缺失特异性地增加海马齿状回而非其他脑区的磷酸化tau水平；通过定量蛋白质组学绘制了tau病理下突触蛋白质组的全景变化。这些发现不仅深化了对AD发病机制的理解，也为开发针对线粒体质量控制的新型治疗策略提供了理论依据。