α-突触核蛋白聚集与解聚动态中的分子伴侣竞争机制

本研究深入探讨了Hsp70系统与sHsps（小热休克蛋白）在α-突触核蛋白（α-synuclein）淀粉样纤维解聚过程中的相互作用。通过硫黄素T（ThT）荧光实验发现，sHsps（Hsp27与αB-crystallin）与Hsp70系统在纤维解聚中不存在协同效应，且在生理浓度单体存在时，Hsp70介导的解聚作用被显著抑制甚至逆转。研究揭示了分子伴侣在神经退行性疾病（如帕金森病）病理蛋白清除中的复杂调控网络，为靶向伴侣蛋白的治疗策略提供了重要理论依据。

　　

引言

α-突触核蛋白的淀粉样纤维聚集及其在神经细胞内形成路易体是帕金森病、多系统萎缩和路易体痴呆等突触核蛋白病的典型病理特征。纤维形成遵循成核依赖性聚合过程，经历滞后相、快速伸长相和平衡相，其中次级成核事件（如纤维断裂和表面成核）会加速聚集进程。分子伴侣系统作为对抗蛋白聚集的第一道防线，不仅能够抑制聚集，近年来还被发现参与淀粉样纤维的解聚过程。Hsp70伴侣系统（包括Hsp70、Hsp40共伴侣和核苷酸交换因子NEF）能通过ATP依赖的方式解聚α-突触核蛋白纤维，而小热休克蛋白（sHsps）如Hsp27（HSPB1）和αB-晶状体蛋白（HSPB5）虽能与纤维结合并抑制其伸长，但单独作用时无法有效解聚纤维。然而，这两类伴侣在生理条件下是否存在功能协同，以及游离单体对解聚动力学的影响尚不明确。

Hsp70系统从纤维末端移除α-突触核蛋白单体

通过硫黄素T（ThT）荧光监测和TIRF显微镜成像，研究发现Hsp70系统对超声处理的α-突触核蛋白“种子”（短纤维片段）的解聚速率和程度显著高于成熟纤维。Native-PAGE和免疫印迹分析表明，解聚过程主要从纤维末端释放单体形式，未检测到寡聚体或片段产物。这一结果支持了Hsp70系统通过末端“拆解”机制发挥解聚作用的模型。

单体α-突触核蛋白竞争性抑制Hsp70介导的解聚

在游离单体存在的情况下，Hsp70系统的解聚能力被显著抑制。低至2 μM的单体浓度即可使ThT荧光动力学从净解聚转变为净聚集，且这种效应随单体浓度增加而增强。尽管Hsp70和DNAJB1能通过结合纤维末端抑制伸长（发挥“holdase”作用），但ATP依赖的解聚活性在生理浓度单体（50 μM）下被完全掩盖。添加ATP再生系统排除能量耗尽的影响，进一步证实该现象源于动力学竞争而非ATP消耗。

sHsps不促进Hsp70介导的纤维解聚且无协同效应

sHsps（Hsp27和αB-crystallin）单独作用时无法解聚α-突触核蛋白种子，与既往研究一致。预孵育sHsps与种子后加入Hsp70系统，除高浓度Hsp27（种子:sHsp=1:10）轻微抑制解聚速率和程度外，多数条件下sHsps对Hsp70的解聚活性无显著影响。在单体存在条件下，sHsps与Hsp70系统共同作用时对种子伸长的抑制效果符合Bliss独立性模型预期的加和效应，而非协同或拮抗，表明两类伴侣可能竞争纤维末端结合位点。

生理浓度下Hsp70解聚作用促进纤维聚集

在模拟生理条件（50 μM单体、20 μM sHsps、14 μM HspA8）下，Hsp70系统的解聚活性反而导致ThT荧光净增加，且ATP存在时聚集程度显著高于无ATP组。这表明在病理环境下，Hsp70的解聚作用可能产生更多种子 competent 片段，加速纤维增殖和疾病扩散。sHsps与Hsp70的组合未显示协同保护效应，αB-crystallin甚至表现出轻微拮抗。

讨论与结论

本研究揭示Hsp70系统与sHsps在α-突触核蛋白纤维解聚中缺乏功能性协同，可能源于对纤维末端结合位点的竞争。游离单体的存在通过动力学竞争显著削弱Hsp70的解聚能力，使其转变为聚集抑制角色。在生理浓度下，Hsp70的解聚活性可能意外促进纤维增殖，这为理解神经退行性疾病中蛋白聚集的持续进展提供了新视角。不完全解聚产生的纤维片段可能具有更强的播种能力，从而加速病理传播。这些发现对开发靶向分子伴侣的神经退行性疾病治疗策略具有重要启示意义。