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遗传突变、RNA调控改变和蛋白质聚集是帕金森病(PD)这一神经退行性疾病的主要标志。对该疾病分子基础的研究揭示,转录后调控,特别是RNA加工,加剧了PD中神经元的脆弱性。已有报道,PD中影响神经元功能和细胞稳态基因的选择性剪接改变,包括SNCA、LRRK2、M
遗传突变、RNA调控改变和蛋白质聚集是帕金森病(PD)这一神经退行性疾病的主要标志。对该疾病分子基础的研究揭示,转录后调控,特别是RNA加工,加剧了PD中神经元的脆弱性。已有报道,PD中影响神经元功能和细胞稳态基因的选择性剪接改变,包括SNCA、LRRK2、MAPT、PRKN和BIN1。这些改变影响中枢神经元通路,包括细胞骨架维持、线粒体功能、突触活动、氧化应激和细胞内转运。本综述旨在概述关键PD基因转录本中的选择性剪接,重点关注其在发病机制和疾病进展中的作用。新兴数据表明,RNA结合蛋白(RBPs)的失调可能影响PD中的RNA加工。研究人员将检视当前关于PD中RNA调控网络的证据,强调转录本异构体和RBPs在神经元功能障碍中的作用。最后,研究人员将讨论新兴的实验模型,如3D脑类器官,这些模型为研究剪接调控提供了新的机会。
**1. Introduction**
帕金森病(PD)是一种神经退行性疾病,以黑质致密部(SNPc)多巴胺能神经元逐渐退化为特征。运动症状和非运动症状严重影响患者生活质量。超过20个基因的突变被确定为PD致病因素,衰老和环境因素也与发病相关。细胞骨架改变、线粒体功能障碍、氧化应激和囊泡运输异常等生物学通路参与PD病理生理。RNA转录后调控,特别是选择性剪接,在PD发病中起关键作用。本综述更新并批判性概述PD中的选择性剪接,重点讨论功能已表征或新兴的PD相关基因转录本异构体,包括SNCA、LRRK2、PRKN、MAPT和BIN1。同时,研究人员探讨选定RNA结合蛋白(RBPs)如DJ-1(PARK7)、TDP-43、PTBP1和PTBP2在PD相关剪接失调中的作用,并讨论基于人源的实验模型,特别是脑类器官。
**Literature Search Strategy**
本综述基于PubMed/MEDLINE、Scopus和Web of Science的系统文献检索,结合手动筛选相关参考文献。关键词包括“帕金森病”、“选择性剪接”、“RNA剪接”、“剪接变体”、“转录本异构体”、“RNA结合蛋白”、“PTBP1”、“PTBP2”、“TDP-43”、“DJ-1”、“SNCA”、“LRRK2”、“MAPT”、“BIN1”、“PRKN”和“脑类器官”。重点纳入近期发表物,同时包含关键原始研究,以提供历史背景。
**2. Alternatively Spliced Genes Involved in PD**
**2.1. SNCA**
α-突触核蛋白(α-synuclein)由SNCA基因编码,其全长异构体α-syn-140(140个氨基酸)位于突触前末梢,调控突触囊泡运输和神经递质释放。SNCA通过外显子3和5的选择性剪接产生α-syn-126、α-syn-112和α-syn-98异构体。外显子3跳跃减少N端膜结合能力,外显子5跳跃截短C端酸性结构域并增加聚集倾向。PD患者SNPc中α-syn-140和α-syn-126水平升高,而α-syn-112和α-syn-98呈区域特异性上调。α-syn-112聚集动力学快于全长形式,且低量即可促进α-syn-140聚集。α-syn-41(跳跃外显子3和4)异构体增加多巴胺摄取,但不影响细胞活力。RBMX(RNA结合基序蛋白X连锁)在氧化应激下调控外显子5跳跃,过表达RBMX减少α-syn-112 mRNA和聚集。长读长测序和单核RNA测序揭示SNCA存在数百种转录本,包括新型剪接事件和α-syn-115等蛋白变体,且异常转录本在PD和路易体痴呆(DLB)样本中富集于特定神经元亚型。
**2.2. LRRK2**
富含亮氨酸重复激酶2(LRRK2)基因编码多结构域蛋白,包括N端ARM、ANK、LRR结构域和C端WD40支架,以及催化核心Roc(Ras of complex proteins)、COR(C-terminal of Roc)和激酶结构域。LRRK2调控突触囊泡内吞、吞噬、高尔基网络维持、自噬和溶酶体稳态。p.G2019S(激酶结构域)是最常见的致病变体,增强激酶活性,促进α-synuclein包涵体形成。LRRK2存在22个转录本,其中7个编码蛋白。脑组织中发现缺乏外显子32-33(Roc-COR界面)的异构体,以及缺乏外显子42-43(激酶结构域)和外显子48-50(WD40结构域)的异构体,分别影响二聚化、激酶活性和蛋白相互作用。LRRK2过表达改变MAPT、SNCA和DST的剪接,并与ELAVL4/HuD相互作用,磷酸化后破坏其RNA结合功能。LRRK2 G2019S突变抑制ELAVL4介导的mRNA水平调控,增强剪接改变,导致α-synuclein和LRRK2异常积累及多巴胺能神经元变性。
**2.3. MAPT**
微管相关蛋白Tau(MAPT)基因编码Tau蛋白,通过外显子2、3、10的选择性剪接产生6种主要CNS异构体(0N/1N/2N与3R/4R组合)。外显子10包含产生4R Tau,跳跃产生3R Tau。成年人大脑4R与3R比例约为1:1,该平衡破坏与Tau过度磷酸化和神经原纤维缠结形成有关。MAPT H1单倍型与PD风险增加相关,并在成熟多巴胺能神经元中导致Tau剪接差异。1N/4R转录本表达降低与运动迟缓加重相关,PD死后脑中发现不溶性1N4R和0N3R Tau异构体积累。Tau与α-synuclein直接相互作用,促进其聚集和传播;Tau缺失减少α-synuclein病理。PTBP1和RBM20促进外显子6和10的跳跃,调节Tau异构体表达。
**2.4. BIN1**
桥接整合因子1(BIN1)基因编码BAR结构域蛋白,参与内吞和细胞骨架调控。BIN1通过外显子7、11、13-17的选择性剪接产生至少14种转录本,其中脑特异性异构体包含CLAP(网格蛋白和AP2结合)结构域。BIN1是AD的主要遗传风险因子,影响Tau聚集、传播和突触定位。外显子7包含减少与Tau缠结和认知下降相关,表明其保护作用。BIN1过表达导致神经元过度兴奋,Tau减少可减轻该效应。在PD中,罕见BIN1编码变体富集,且携带者发病年龄较晚,提示BIN1可能作为遗传修饰因子。GBA1相关PD中也发现BIN1 rs13403026变体与发病延迟相关。DLB的GWAS确认BIN1为重要风险位点,其RNA表达在兴奋性神经元中上调,且为潜在可药物靶点。
**2.5. PRKN**
帕金蛋白(Parkin)由PRKN基因编码,具有E3泛素连接酶活性,参与线粒体自噬、蛋白质降解和多巴胺释放。选择性剪接产生多种异构体,如跳跃外显子4导致C端RING结构域丢失,跳跃外显子5或外显子3-5产生保留C端RING的较短异构体。AR-JP患者中报道缺乏外显子4或外显子3-7的异构体。在PD毒素模型中,经典转录本减少,替代异构体H20和H3增加。PRKN外显子3缺失导致718个剪接事件改变,影响细胞投射组织和神经元分化。Parkin还作为转录因子调控p53、早老素1/2及PD基因SNCA和GBA1的表达。但PRKN剪接异构体的全面表征仍有限。
**3. RNA-Binding Proteins in Neuronal Homeostasis and Parkinson’s Disease**
**3.1. PTBP1 and PTBP2**
多聚嘧啶束结合蛋白(PTBP1/PTBP2)属于hnRNP家族,通过RRM结构域结合富含嘧啶序列,调控外显子跳跃和mRNA稳定性。PTBP1广泛表达,在未分化细胞中抑制神经元剪接程序;神经元分化时PTBP1下调,PTBP2上调,启动神经元成熟所需的剪接事件。PTBP1沉默在PD小鼠模型中曾被报道可将星形胶质细胞转化为多巴胺能神经元并改善运动缺陷,但后续研究使用谱系追踪未能重复该结果,仅在成熟神经元中观察到部分多巴胺能特征获得。PTBP1促进MAPT外显子10跳跃,维持3R/4R平衡,并调控外显子6剪接。PTBP1沉默增加SNCA水平,但直接调控α-synuclein剪接的证据仍缺乏。PTBP家族可能参与BIN1外显子7剪接调控。
**3.2. DJ-1**
DJ-1由PARK7基因编码,缺乏经典RNA结合结构域,但在应激条件下通过氢键和静电作用结合RNA,尤其在氧化应激下参与线粒体转录本稳定。DJ-1功能包括氧化应激保护、线粒体调控、分子伴侣活性和基因表达调控。DJ-1缺失促进α-synuclein纤维形成,并增加线粒体脆性。Cys106残基作为氧化还原传感器,其氧化修饰在散发性PD脑中被检测到。L166P突变破坏同源二聚化,导致早发性家族性PD。DJ-1在Lewy小体中被检测到,提示其可能参与聚集机制。尽管DJ-1作为非经典RBP,其在多巴胺能神经元中RNA代谢的直接靶点仍需进一步鉴定。
**3.3. TDP-43**
TAR DNA结合蛋白43(TDP-43)通过RRM1/2结构域结合UG重复序列,调控外显子包含、隐性外显子抑制和mRNA稳定性。TDP-43在突触可塑性、RNA轴突运输和应激反应中起关键作用。在LRRK2相关PD中,TDP-43沉积增加,且LRRK2 G2019S突变脑中出现TDP-43依赖性剪接改变。TDP-43在PD脑中出现细胞质错误定位,并招募至应激颗粒。TDP-43与α-synuclein直接相互作用,增强其聚集和毒性,形成高毒性混合聚集体。TDP-43通过与MAPT 3′UTR结合促进Tau mRNA不稳定,其功能丧失导致Tau表达增加。TDP-43功能障碍还导致线粒体ROS增加和ATP减少,以及突触mRNPg颗粒动力学异常,损害局部翻译。靶向TDP-43的ASO和PROTAC策略正在ALS和FTD中开发,可能适用于PD。
**4. 3D Cellular Models to Study PD Pathology and Splicing Events**
脑类器官由多能干细胞(iPSCs)衍生,模拟器官结构和功能。人源中脑类器官(hMOs)可重现PD特征,包括α-synuclein积累、多巴胺能功能降低、氧化应激和线粒体损伤。携带SNCA三倍体的hMOs显示α-synuclein聚集,而CRISPR/Cas9校正的等基因对照未见该表型。GBA1突变hMOs显示神经元分化缺陷。类器官已用于研究选择性剪接,如NRXN1在hiPSC类器官中的复杂剪接谱,以及视网膜类器官中发育阶段的异构体时序。MAPT剪接异常在PSP类器官中重现。在PD中,PARK7突变导致U1依赖性剪接位点识别受损、外显子3跳跃和DJ-1减少,而RECTAS联合苯丁酸治疗可挽救异常剪接并减少神经元丢失。SNCA-112异构体的研究可在类器官中进行。单细胞RNA测序和长读长测序结合类器官可鉴定细胞类型特异性剪接事件。ASO治疗在视网膜类器官中成功纠正剪接缺陷,提示在hMOs中测试剪接切换疗法的可行性。CRISPR等基因类器官有助于建立基因型-表型关系。
**5. Conclusions**
帕金森病中遗传突变、蛋白质聚集和RNA代谢改变相互作用,导致神经元功能障碍。选择性剪接通过调控SNCA、LRRK2、MAPT、PRKN和BIN1等基因,影响蛋白功能、聚集倾向、线粒体稳态、突触活动和细胞内转运。RBP如PTBP1、PTBP2、DJ-1和TDP-43参与PD进展。人iPSC来源脑类器官为研究生理相关背景下的剪接调控提供了新机会。理解PD特异性RNA加工机制可揭示发病机制,并促进精准医学生物标志物和治疗靶点的发现。