鱼藤酮诱导的帕金森病大鼠模型中α-突触核蛋白累积、NLRP3 炎症小体激活、氧化应激与细胞凋亡之间的交互作用

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Crosstalk between α-Synuclein Accumulation, NLRP3 Inflammasome Activation, Oxidative Stress, and Apoptosis in a Rotenone-Induced Parkinson Rat Model

　　**摘要**帕金森病 (PD) 是一种复杂的神经退行性疾病，其特征是多巴胺能神经元的进行性丧失。本研究旨在阐明鱼藤酮诱导的大鼠 PD 模型中这些病理途径之间的动态相互作用。成年雄性 Wistar 大鼠接受鱼藤酮慢性处理。行为评估包括转棒实验、旷场实验、旋转杆实验和圆柱体实验。在第 7、14 和 21 天，通过 qPCR 量化了包括α-突触核蛋白、NLRP3 炎症小体成分 (NLRP3, ASC)、炎性细胞因子 (IL-1β, TNF-α, IL-6)、上游信号分子 (TLR4, NF-κB)、抗氧化防御因子 (Nrf2, HO-1)、凋亡调节因子 (Bax, Bcl-2, Caspase-3) 和酪氨酸羟化酶 (TH) 在内的关键标志物的基因表达水平。至关重要的是，使用 ELISA 验证了所有主要标志物的蛋白丰度，并进行了氧化应激标志物 (MDA 和 SOD) 的生化评估。鱼藤酮处理导致所有行为测试中的运动表现进行性下降 (p<0.001)，包括转棒潜伏期缩短、旷场距离减少、杆测试潜伏期增加以及圆柱体不对称性增加。PD 组表现出α-突触核蛋白、TLR4、NF-κB、NLRP3、ASC、IL-1β、IL-6、TNF-α、Bax、Caspase-3 和 MDA 水平的显著时间依赖性增加。相反，Nrf2、HO-1、Bcl-2 的表达水平和 SOD 活性显示显著下降 (p<0.01)。最后，TH 表达逐渐下降，在第 21 天降至对照水平的大约 50%。相关性分析确认了α-突触核蛋白积累、炎症、氧化损伤和神经元丢失之间的强烈联系。这些发现表明了一种协同的致病级联反应，其中α-突触核蛋白积累导致神经炎症和氧化应激，抑制抗氧化防御并激活凋亡途径，最终导致多巴胺能神经元死亡和严重的运动功能障碍。**引言**帕金森病 (PD) 是最常见且具有社会影响力的神经退行性疾病之一，目前全球影响超过 1600 万人 [1], [2]。PD 的核心病理标志是黑质 - 纹状体通路内多巴胺能 (DAergic) 神经元的进行性退化和丧失 [3]。PD 通常在长达 5 至 20 年的漫长时期内隐秘地演变，在此期间，明显的运动症状出现之前已经发生了显著的神经元丧失 [4]。该疾病在临床上被定义为一组运动障碍，包括运动缺失（启动运动困难）、运动迟缓（随意运动减慢）、静息性震颤（特征为肢体不自主抽动）和肌肉强直 [5], [6]。这些标志性症状直接归因于基底节回路内的功能障碍和退化 [7], [8]。虽然 PD 可能由特定的基因突变引起，但大多数病例是散发性的。一个核心的致病机制涉及蛋白质的错误折叠和聚集，导致路易体的形成 [9]。此外，线粒体功能障碍是疾病进展的一个公认贡献因素；它诱导氧化应激，最终触发神经元死亡 [10], [11]。大量确凿的证据确立了 PD 与α-突触核蛋白 (α-Syn) 过表达及异常聚集之间的强烈联系 [12]。α-突触核蛋白主要在调节神经递质释放、突触活性和突触可塑性方面发挥作用 [12]。α-突触核蛋白的错误折叠及随后的聚集构成了 PD 中多巴胺能神经元退化的主要驱动力。这种病理过程由各种因素触发，导致异常蛋白质形式的积累。当这些聚集物的生成和清除之间的平衡被破坏时，会发生进一步的沉积 [12], [13]。此外，这些有毒聚集物跨细胞边界和突触传播，扩散到大脑的不同区域 [14]。这种传播对神经元产生细胞毒性效应，最终导致 PD 的临床发作 [12], [13]。小胶质细胞过度激活，连同随之释放的促炎细胞因子，构成了驱动 PD 中神经炎症和神经退行性的关键机制 [15]。核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白 3 (NLRP3) 炎症小体是神经炎症级联反应中的关键元素。这个多蛋白复合物由三个主要成分组装而成：传感器蛋白 NLRP3、接头蛋白凋亡相关斑点样蛋白 CARD (ASC) 和效应蛋白前-caspase-1 [16]。小胶质细胞中 NLRP3 炎症小体的过度激活触发了间接导致多巴胺能神经元 (DANs) 退化的病理序列，从而加剧了 PD 的进展 [17]。凋亡在 PD 进展中发挥着关键作用，通过加速多巴胺能神经元的程序性死亡。Bcl-2 以其抗凋亡特性而闻名，而 Bax 的功能是促进程序性细胞死亡。Hong 等人表明，Bcl-2 的下调 coupled with Bax 的上调可能有助于 PD 早期阶段的发病机制 [18]。PD 的发病机制可能由多因素机制驱动，其中氧化应激起着特别突出的作用 [19]。例如，Nrf2 因其广泛涉及 PD 的发病机制而被广泛认可，在那里它调节各种应激诱导因子的表达和发育 [20]。然而，尽管对这些个别途径进行了广泛的研究，大多数现有研究都是独立调查氧化应激、神经炎症、α-Synuclein 聚集或凋亡。在这些机制之间的综合对话理解方面仍然存在显著空白。与独立检查这些因素的以往方法不同，我们的研究通过在一个单一的鱼藤酮诱导的大鼠模型中同时评估α-突触核蛋白积累、NLRP3 炎症小体激活、氧化应激和凋亡信号之间的动态相互作用，提供了一个新的视角。至关重要的是，本研究通过 ELISA 在蛋白质水平验证转录变化，并将这些分子级联与多个时间点（第 7、14 和 21 天）的详细行为缺陷相关联，从而提供了一个全面的分子图谱，确立了突触核蛋白病变驱动的炎症/氧化应激与随后的多巴胺能神经元丢失之间的直接联系。通过阐明这些途径如何相互影响以驱动神经元死亡，这项工作提供了一个比以前报道的更全面的 PD 发病机制分子图谱。**章节摘要****动物与实验设计**本研究使用了 60 只成年雄性 Wistar 大鼠，年龄为 10 周，平均体重为 205 ± 10 克。受试者被随机分配到两组：对照组 (n = 30) 和鱼藤酮诱导的帕金森病 (PD) 组 (n = 30)。动物在受控环境条件下饲养，具有 12 小时明暗循环，温度为 22 ± 2 °C，可不受限制地获取食物和水。所有实验程序均符合以下原则：**行为反应**双因素方差分析显示处理和时间的显著主效应，以及显著的交互效应 (p<0.001)，表明运动缺陷的进展依赖于鱼藤酮暴露的持续时间。在转棒实验 (图 1A) 中，虽然对照大鼠在所有时间点都保持高耐力 (>100 秒)，但 PD 组从第 0 天开始表现出显著下降，并在第 14 天和 21 天显著加剧。类似地，旷场实验 (图 1B)**讨论**PD 涉及产生多巴胺的神经元的进行性死亡，导致运动症状。虽然已知蛋白聚集体、炎症和氧化应激是驱动因素，但它们的确切相互作用尚未完全阐明。本研究探讨了这些机制在鱼藤酮诱导的大鼠模型中的相互作用，揭示了一个链式反应，其中蛋白积累驱动炎症，进而禁用细胞防御并激活细胞死亡途径。我们的发现显示了一个显著且**结论**总之，本研究提出了 PD 中的一种综合致病级联反应，其中α-突触核蛋白积累可能通过 TLR4/NF-κB 信号传导作为 NLRP3 炎症小体激活的关键驱动力，有效地将蛋白病变与神经炎症和神经元凋亡联系起来。观察到的 Nrf2/HO-1 抗氧化防御系统的崩溃进一步加剧了氧化应激，导致多巴胺能神经元丢失和运动功能障碍。基于这些发现，我们提出了两种潜在的治疗**CRediT 作者贡献声明****Maryam Tajeri:** 撰写 – 原稿。 **Saeid Abbasi-Maleki:** 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，监督，方法论，调查，概念化。 **Mohamad Alfateh:** 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，方法论。 **Sanaz Mirzayan Shanjani:** 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿。 **Homa Vali Pour:** 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，方法论**数据可用性**当前研究期间生成和/或分析的数据集不公开可用，但可根据合理要求从通讯作者处获取。**伦理批准**所有动物实验方案均按照赫尔辛基宣言的原则执行。所有实验程序均已获国际神经科学研究伦理委员会批准 (日期：2025 年 3 月 20 日/批准号：No. ICNR-2025-10035)。**利益冲突声明**作者声明本工作中不存在竞争利益。**资金**作者声明在项目实施期间未收到任何资金、拨款或其他支持。**利益冲突声明**? 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能会影响本论文中报告的工作。Homa Vali Pour|Mohamad Alfateh|Sanaz Mirzayan Shanjani|Maryam Tajeri|Saeid Abbasi Maleki土耳其昌克勒卡拉特金大学医疗辅助科学学院，昌克勒，土耳其