《Journal of Environmental Management》：Iron-manganese inputs shape the coupling between deposit morphology and microbiome during the early-stage corrosion on cement mortar-lined pipe walls under drinking-water conditions
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微囊素-LR通过直接结合VPS35蛋白破坏溶酶体稳定性，抑制Wnt1/β-catenin信号通路，减少多巴胺合成与释放，临床研究表明血清MC-LR水平升高与帕金森病风险及运动功能障碍程度呈正相关。
吴彤|严明昊|刘毅|吴慧芳|马成晓|刘学坤|郭阳|张慧雅|刘一凡|徐云|张阳|韩晓东
中国江苏省南京市南京大学医学院分析化学国家重点实验室（生命科学方向），解剖学与组织胚胎学分会，邮编210093
摘要
微囊藻毒素（MCs）是一类由淡水蓝藻产生的单环七肽天然毒素。它们可通过受污染的水或食物进入人体。目前，世界卫生组织已将微囊藻毒素认定为健康风险因素，其中微囊藻毒素-亮氨酸-精氨酸（MC-LR）是最常见且毒性最强的毒素。我们之前的研究表明，长期暴露于MC-LR会减少黑质中多巴胺（DA）神经元的释放，导致小鼠出现类似帕金森病（PD）的运动功能障碍。运动功能障碍与DA水平降低密切相关。然而，MC-LR降低DA释放的分子机制尚不清楚。此外，血清中MC-LR的水平是否是一般人群患PD的风险因素，以及它是否与患者的运动功能障碍相关，这些都需要进一步研究。多巴胺在多巴胺能神经元内合成后，通过囊泡单胺转运蛋白2（VMAT2）储存在突触小泡中。VMAT2的稳定性依赖于retromer复合体及其核心成分VPS35。我们发现MC-LR可以直接与VPS35结合，破坏retromer复合体的稳定性，从而增加VMAT2在溶酶体中的降解。同时，MC-LR通过下调Wnt1信号通路来抑制Wnt1/β-连环蛋白信号通路，进一步降低VPS35的转录和VMAT2的水平。这些因素共同导致多巴胺水平下降。为了进一步评估MC-LR与PD之间的临床相关性，我们对人类群体进行了横断面研究。结果表明，血清中MC-LR水平升高与PD风险增加和运动功能障碍有关。结合体内实验、体外实验和人类群体研究的结果，本研究证实了MC-LR暴露与PD之间的关联。
引言
微囊藻毒素（MCs）是一类由淡水蓝藻产生的单环七肽天然毒素，在全球淡水生态系统中广泛存在（Ho等人，2019年）。人类可通过多种途径接触MCs，包括食物链、皮肤接触以及摄入受污染的水和食物，已有研究证实MCs存在于人体血液中（Greer等人，2018年；Lee等人，2017年；Zhang等人，2021年）。目前，世界卫生组织已将MCs认定为健康风险因素（Zhao等人，2016年）。在MCs异构体中，微囊藻毒素-亮氨酸-精氨酸（MC-LR）分布最广且毒性最强。我们之前的研究发现，长期暴露于MC-LR可穿透血脑屏障，在中脑的黑质中积累，并损害多巴胺能神经元，导致小鼠出现类似帕金森病（PD）的运动功能障碍（Yan等人，2023年；Yan等人，2022年）。然而，MC-LR降低DA的分子机制尚不清楚。此外，MC-LR是否与PD的发病机制具有临床相关性，也需要进一步研究。
帕金森病（PD）是全球第二大常见的神经退行性疾病，环境污染被认为是PD发生的重要风险因素（Pringsheim等人，2014年）。PD患者的临床运动症状（如震颤和动作迟缓）主要是由于多巴胺能神经元退行性坏死及DA水平降低所致（Dodson等人，2016年）。DA是一种单胺类神经递质，在神经元内合成后，通过囊泡单胺转运蛋白2（VMAT2）储存在突触小泡中，并释放到突触间隙以调节运动信号（Calabresi等人，2007年；Rademacher和Nakamura，2024年）。我们之前的研究发现高浓度的MC-LR会抑制DA的合成（Wu等人，2024年）。在本研究中，我们发现低浓度的MC-LR不会影响DA的合成，但会显著降低细胞外DA水平，这表明低浓度的MC-LR可能干扰囊泡的储存和释放过程。然而，MC-LR降低多巴胺释放的分子机制仍不清楚。
DA的储存和释放依赖于VMAT2的稳定表达及其在细胞内的精确定位，VMAT2是一种位于突触小泡膜上的转运蛋白（Wei等人，2025年）。多巴胺外泌后，VMAT2通过逆向膜转运途径重新进入细胞质，并返回高尔基体，在那里最终重新整合到新的突触小泡中（Wu等人，2016年）。这种动态回收过程对膜蛋白的回收和重新定位至关重要（Seaman，2012年）。retromer复合体由VPS35（核心成分）、VPS26和VPS29组成，在介导膜蛋白回收中起关键作用（Bhalla等人，2012年）。具体而言，VPS35直接与VMAT2结合，促进其逆向转运，从而防止VMAT2在溶酶体中的降解（Seaman，2012年；Wu等人，2016年）。研究发现，异常或突变的VPS35表达会破坏retromer复合体的稳定性，影响其逆向转运功能（Mecozzi等人，2014年）。我们的蛋白质组学实验表明VPS35可能是MC-LR的潜在结合靶点（Yan等人，2025年）。分子对接研究表明，MC-LR和VPS35可通过氢键和疏水相互作用形成结合。研究表明，retromer复合体可以结合某些蛋白质的短肽序列，例如阳离子独立的甘露糖-6-磷酸受体和SORLA（Marquer等人，2016年；Willnow和Andersen，2013年）。基于此，我们假设MC-LR可能直接与VPS35结合，破坏retromer复合体的功能，进而影响VMAT2介导的DA储存和释放。在本研究中，我们建立了长期暴露于MC-LR的小鼠模型，并研究了其对retromer复合体的影响，以探索DA储存和释放减少的机制。
DA缺乏可能会加剧运动功能障碍，这为MC-LR与PD症状之间的机制联系提供了依据。事实上，MCs在环境中普遍存在，已有研究在人类血液中检测到MCs的存在，这些人类通过食物链和受污染的饮用水暴露于MCs（Greer等人，2018年；Lee等人，2017年；Zhang等人，2021年）。然而，关于血清中MC-LR暴露与人类PD发病之间关系的流行病学研究尚缺乏。因此，我们对人类群体进行了病例对照研究，测量了血清中MC-LR的水平，并探讨了MC-LR暴露与PD之间的临床相关性。
在本研究中，我们建立了长期暴露于MC-LR的小鼠模型，直接观察了MC-LR与VPS35之间的相互作用，并研究了其对retromer复合体的影响，以探索DA储存和释放减少的机制。同时，我们测量了PD患者和健康对照者的血清MC-LR水平，证实高浓度的MC-LR暴露是PD的风险因素，且其浓度与运动功能障碍的严重程度相关。
通过结合实验和流行病学证据，本研究进一步阐明了环境污染物与神经退行性疾病之间的关系，可能为预防和治疗策略提供新的靶点。
试剂
MC-LR（纯度≥95%）购自台湾藻类科学公司（中国台湾），并用二甲基亚砜（DMSO）溶解至最终浓度1 μg/mL。本文使用的抗体及其稀释因子列在附录A表S1中。MSAB（HY-120697）、SKL2001（HY-101085）和TPT260（HY-13769A）购自MedChemExpress（MCE）（中国上海浩源生物）。胎牛血清（FBS）购自Sigma（美国）。链霉素/青霉素已获得
低浓度的MC-LR影响DA的释放
在本研究中，6周大的BALB/c小鼠被随机分为四组（每组15只），通过饮用水暴露于浓度为0、1、7.5或15 μg/L的MC-LR，持续15个月。免疫荧光分析显示MC-LR进入中脑的黑质并减少多巴胺能神经元的数量（图1a和附录A图S1g）。
黑质中的DA合成依赖于酪氨酸羟化酶（TH）和多巴胺脱羧酶（DDC），而DA在突触小泡中的储存由...
讨论
帕金森病（PD）是全球增长最快的神经系统疾病，其运动功能障碍与DA水平下降密切相关（Wianny等人，2022年）。作为调节运动控制、奖赏通路和学习的关键神经递质，DA的合成、储存和再摄取依赖于TH、DDC和VMAT2等关键蛋白（Meiser等人，2013年）。VMAT2是一种位于突触小泡表面的跨膜蛋白，其功能是将多巴胺从...
结论
总结来说，我们建立了长期暴露于MC-LR的小鼠模型，并确定VPS35是MC-LR的直接靶点。MC-LR与VPS35之间的相互作用破坏了retromer复合体的稳定性，导致VMAT2的加速降解。同时，我们发现MC-LR降低了Wnt1蛋白的表达，抑制了Wnt1/β-连环蛋白信号通路，进而影响了VPS35的转录活性，进一步损害了retromer复合体的稳定性
作者贡献声明
吴彤：数据分析、研究设计、概念构思、方法学、软件应用、验证、初稿撰写、数据整理。严明昊：研究设计、概念构思、方法学、软件应用、验证、监督。刘毅：数据分析、研究设计、初稿撰写、监督。吴慧芳：数据分析、概念构思、方法学。马成晓：研究设计、监督。刘学坤：软件应用、验证。郭阳：软件应用、验证。张慧雅：
作者贡献声明
吴彤：初稿撰写、软件应用、方法学、数据分析、研究设计、数据整理。严明昊：初稿撰写、方法学、研究设计、数据整理。刘毅：修订与编辑、方法学、数据分析、数据整理。吴慧芳：软件应用、数据分析。马成晓：软件应用、方法学、数据分析。刘学坤：初稿撰写、研究设计。郭阳：软件应用、数据分析。张慧雅：方法学
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家生物技术发展中心（项目编号STI2030-Major Projects-2022ZD0211800）和南京大学医学院附属鼓楼医院临床试验（项目编号2024-LCYJ-PY-69）的支持。
