CD38抑制在帕金森病模型中提升神经元存活、减少α-突触核蛋白蓄积、升高脑内NAD+并改善运动功能

《Frontiers in Pharmacology》：CD38 inhibition increases neuronal survival and reduces α-synuclein in vitro, elevates brain NAD+, and reduces motor deficits in a Parkinson’s disease model

　　

引言：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide, NAD⁺）是多种细胞过程的重要辅因子，对细胞健康至关重要。NAD⁺水平随年龄增长而下降，其原因包括生物合成减少和消耗增加。这导致细胞功能障碍，进而加剧并促成年龄相关中枢神经系统（central nervous system, CNS）疾病（包括帕金森病（Parkinson’s disease, PD））的病理过程。CD38是一种NAD⁺消耗酶（NADase），其表达随衰老和疾病而增加，可能促成年龄相关的NAD⁺下降。CD38与PD之间的遗传关联为探索其在疾病中的功能提供了依据。

方法：研究人员利用来自人死后脑组织的NETSseq数据集评估CD38的细胞类型特异性表达。通过体外CD38酶活性测定、选择性谱分析、药代动力学和脑渗透研究，以及大鼠和小鼠的脑NAD⁺测量，表征了先前由研究人员描述的脑渗透性选择性抑制剂CVN14的药理学特性。在α-突触核蛋白（α-synuclein）攻击的大鼠中脑培养物以及大鼠AAV1/2-hA53T α-synuclein PD模型中评估了CD38抑制的效果。

结果：CD38在人脑星形胶质细胞中高度富集。CVN14有效抑制重组人、大鼠和小鼠CD38，IC₅₀值分别为19.0、5.1和2.4 nM。该化合物具有选择性，对其最接近的同源物CD157或其他NADase无活性。CVN14增加大鼠和小鼠脑内NAD⁺，但在CD38敲除小鼠中无额外效果，进一步证明其对其他NADase的选择性。在大鼠中脑培养物中，CVN14显示出在α-synuclein诱导的毒性后增加多巴胺能神经元存活并减少pSer129 α-synuclein阳性神经元数量的证据，从而支持进一步研究CD38抑制在清除病理蛋白中的潜在作用。在大鼠AAV1/2-hA53T α-synuclein PD模型中，CVN14改善了圆柱体试验中的运动功能。

结论：研究结果进一步支持将CD38抑制作为PD治疗策略进行研究。CVN14升高了大鼠和小鼠的脑NAD⁺，减少了大鼠α-synuclein模型中的运动缺陷，并与体外神经元存活增加和病理α-synuclein减少相关，凸显了CD38抑制在PD及其他α-突触核蛋白病中的治疗潜力。

**CD38抑制在帕金森病模型中的神经保护作用：从NAD⁺代谢到运动功能改善**

**1. 研究背景与目的**

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）是细胞氧化还原反应和能量代谢的关键辅因子，也是多种酶家族（如去乙酰化酶sirtuins、聚ADP核糖聚合酶等）的底物，参与调控细胞稳态。随着年龄增长，NAD⁺的生物合成减少而消耗增加，导致细胞功能障碍，并促进包括帕金森病（PD）在内的年龄相关中枢神经系统疾病的发生发展。CD38是脑内最主要的NAD⁺消耗酶，其表达随衰老和疾病而增加，被认为是年龄相关NAD⁺下降的重要驱动因素。人类遗传学研究提示CD38与PD风险相关，但方向性尚存争议。然而，缺乏能够穿透血脑屏障的CD38抑制剂，严重限制了在疾病模型中验证CD38抑制作为治疗策略的可行性。本研究旨在表征一种新型脑渗透性CD38抑制剂CVN14，并评估其在PD相关体外和体内模型中的神经保护效应及对运动功能的影响。

**2. 研究方法概述**

研究人员利用核富集转录本排序测序（NETSseq）数据（来自230名非神经退行性疾病对照脑捐赠者，涵盖多个脑库）分析CD38在人类脑内的细胞类型特异性表达。通过体外酶活性实验测定CVN14对人和啮齿动物CD38的抑制效力及选择性；在Sprague-Dawley大鼠和C57BL/6J小鼠中测定脑内NAD⁺浓度，并利用CD38基因敲除（KO）小鼠验证靶点特异性；在大鼠胚胎腹侧中脑混合培养体系中建立α-synuclein损伤模型，检测多巴胺能神经元存活和pSer129 α-synuclein水平；最后，采用单侧黑质注射AAV1/2-hA53T α-synuclein的大鼠PD模型，通过圆柱体试验评估运动功能，并通过免疫组化检测黑质pSer129 α-synuclein的病理变化。

**3. 研究结果**

**3.1 CD38在人脑星形胶质细胞中富集**
通过NETSseq转录组分析，CD38在人脑内主要表达于星形胶质细胞，尤其是在前脑和中脑（与PD病理密切相关的区域）表达水平较高，而神经元及其他胶质细胞中表达极低。免疫组化显示，在PD供者的黑质中，CD38阳性细胞聚集于存活的酪氨酸羟化酶阳性神经元周围，提示活化星形胶质细胞可能参与病理状态下的NAD⁺代谢调节。

**3.2 CVN14是有效的、选择性的、脑渗透性CD38抑制剂**
体外酶活性测定显示，CVN14对人、大鼠和小鼠重组CD38的半抑制浓度（IC₅₀）分别为19.0、5.1和2.4 nM，对最接近的同源物CD157以及PARP1、SIRT1、NAMPT等其他NAD⁺代谢酶无活性（IC₅₀ > 30,000 nM）。大鼠药代动力学研究显示，CVN14口服生物利用度良好（F=70%），半衰期超过6小时，脑/血浆分配比约为0.81（未结合比例下），证明其具备良好的脑渗透性，支持每日一次口服给药。

**3.3 CD38抑制升高脑内NAD⁺水平**
在大鼠中，口服CVN14（1、3、10 mg/kg）剂量依赖性地升高脑内NAD⁺浓度，10 mg/kg剂量下较载体组升高约3倍。在CD38 KO小鼠中，CVN14不再引起NAD⁺进一步升高，而野生型小鼠中10 mg/kg CVN14使脑NAD⁺从约30 μM升至88 μM，表明其作用严格依赖于CD38抑制，而非其他NADase。

**3.4 CD38抑制在体外增加神经元存活并减少pSer129 α-synuclein**
在α-synuclein预形成纤维攻击的大鼠腹侧中脑培养物中，α-synuclein处理后TH阳性神经元数量较对照减少55%，而300 nM CVN14处理可恢复至对照的86.69%，且剂量依赖性地减少pSer129 α-synuclein阳性神经元数目（从对照的132%降低至23.10%），阳性对照脑源性神经营养因子（BDNF）和烟酰胺单核苷酸（NMN）也显示保护作用，提示CD38抑制可促进病理蛋白清除和神经元存活。

**3.5 CD38抑制改善AAV1/2-hA53T α-synuclein大鼠模型的运动功能**
在注射AAV1/2-hA53T α-synuclein的大鼠中，42天每日口服CVN14（10 mg/kg）显著改善了圆柱体试验中的前肢不对称性，恢复至近乎对称的使用模式。黑质中pSer129 α-synuclein免疫阳性面积在CVN14治疗组有数值下降，但未达到统计学显著差异。该模型中，CVN14的神经保护机制可能部分通过升高NAD⁺、减轻炎症和增强蛋白清除途径实现。

**4. 讨论与结论**

讨论部分指出，CD38在星形胶质细胞中高表达，且其催化位点面向细胞外空间，可能通过降解细胞外NAD⁺前体（如NMN和NR）来调节神经元可利用的NAD⁺池。CD38抑制升高NAD⁺后，可通过增强代谢、改善线粒体功能、减少神经炎症和促进溶酶体途径介导的α-synuclein清除来发挥保护作用。尽管体内pSer129 α-synuclein的减少未达显著，但运动功能改善提供了明确的行为学证据。未来需要在自然衰老或PD老化模型中进一步验证，并将NAD⁺和α-synuclein作为靶点参与和疾病修饰的生物标志物。

结论：本研究首次提供药理学证据表明，选择性CD38抑制在PD相关的体外和体内模型中具有有益作用。CVN14可升高脑内NAD⁺、增加神经元存活、减少病理α-synuclein，并改善α-synuclein模型大鼠的运动缺陷，凸显了CD38抑制作为PD及其他α-突触核蛋白病疾病修饰疗法的潜力。