Transl Neurodegener | 帕金森发病机制影响线粒体功能

文章来源：《Transl Neurodegener》

关键词：天玑济世；Phecdamed；线粒体自噬；线粒体保护剂；帕金森病；PD

文章信息

帕金森病（PD）是一种进行性神经退行性疾病，其特征是黑质中多巴胺能神经元的丢失，导致出现多种运动症状。PD的确切病因尚不清楚，但普遍认为遗传和环境因素共同作用促使其发病。

研究背景

流行病学研究已证实，接触农药与PD风险升高之间存在密切关联。这些与PD相关的化合物包括1 - 甲基 - 4 - 苯基 - 1,2,3,6 - 四氢吡啶（MPTP）、鱼藤酮、百草枯和大豆苷元锰，所有这些化合物都已被证明可有效用于建立PD模型。其中，MPTP是一种明确的可诱发PD的神经毒素，在给予致病剂量时会导致大量多巴胺能神经元死亡。MPTP代谢为1 - 甲基 - 4 - 苯基吡啶离子（MPP⁺）后，能够成功穿过血脑屏障并转运至多巴胺能神经元。现有证据表明，MPTP/MPP⁺会选择性地破坏线粒体复合物I（CI）的功能，导致能量耗竭、氧化应激、线粒体形态改变，最终引发细胞凋亡。CI在能量代谢中起着核心作用。长期以来的研究表明，PD患者的黑质中存在CI缺陷。仅CI功能障碍就足以诱发渐进性、类似人类帕金森病的症状。然而，MPTP诱导CI功能障碍的确切机制仍不清楚。

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近期，上海交通大学医学院附属医院Suzhen Lin 和Jianqing Ding研究团队在Transl Neurodegener在线发表了《Deficient AMPK-SENP1-Sirt3 signaling impairs mitochondrial complex I function in Parkinson’s disease model》，研究证明了体内外暴露于MPTP均会破坏腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）-小泛素样修饰蛋白特异性蛋白酶1（SENP1）-沉默调节蛋白3（Sirt3）轴，导致线粒体功能受损。具体而言，MPTP抑制了AMPK的激活，阻碍了SENP1进入线粒体。线粒体中SENP1的缺乏导致小泛素样修饰蛋白化的Sirt3水平升高，从而抑制了其去乙酰化酶活性。这导致CI亚基NDUFS3和NDUFA5的乙酰化水平显著增加，进而导致CI活性降低和线粒体功能抑制，最终导致多巴胺能神经元死亡。

研究过程

线粒体酶活性在很大程度上受乙酰化修饰的调节。为了研究MPTP对线粒体蛋白乙酰化的影响，研究团队将MPTP或生理盐水连续5天给予3月龄的野生型雄性小鼠。在第12 - 14天评估运动功能，在第15天处死小鼠以进行后续实验。研究结果表明，暴露于MPTP会改变线粒体蛋白的乙酰化状态，可能会影响其功能。

Sirt3是一种主要的线粒体 NAD⁺依赖性去乙酰化酶，在调节线粒体蛋白乙酰化和维持线粒体功能方面起着关键作用，其酶活性受SUMO化修饰的调控。鉴于观察到MPTP诱导的线粒体蛋白乙酰化增加，研究团队考察了MPTP 对Sirt3酶活性的影响，结果表明，与生理盐水处理组相比，MPTP 处理组中SUMO化Sirt3的水平显著升高，MPTP暴露后观察到的乙酰化水平升高与MPTP诱导的Sirt3 SUMO化上调密切相关。

研究团队接下来研究了这种变化是否会导致CI功能受损。实验结果表明，与生理盐水处理的对照组相比，MPTP处理的小鼠线粒体CI活性显著下降，与培养基处理的细胞相比，MPP⁺处理的SH - SY5Y细胞线粒体CI活性也显著下降。MPTP/MPP⁺可能通过涉及Sirt3 SUMO化的机制损害线粒体CI活性。线粒体CI由45个亚基组成。研究团队随后研究了MPTP是否通过调节其亚基的活性来损害CI功能。在SH - SY5Y细胞中，研究人员发现Sirt3在提取的线粒体组分中特异性结合NDUFS3、NDUFA9和NDUFA5。此外，MPP⁺处理导致NDUFS3和NDUFA5的乙酰化水平显著升高。这些观察结果不仅证实了MPTP暴露导致线粒体CI活性下降，还进一步揭示了这种下降与MPTP诱导的Sirt3 SUMO化增加有关，从而导致NDUFA5和NDUFS3的乙酰化水平升高，损害其活性。

研究团队以此继续探究了MPTP提高Sirt3的SUMO化水平的具体机制。Sirt3的SUMO化受SENP1动态调控，SENP1是一种介导去SUMO化的SUMO特异性蛋白酶，这一过程需要SENP1转位至线粒体。实验结果证实，MPTP处理组腹侧中脑的SENP1向线粒体的转位显著减少，线粒体SUMO化蛋白显著上调，而SENP1的总水平保持不变。既往研究表明，p-AMPK可促进SENP1向线粒体转运。实验结果证实，MPTP处理组动物腹侧中脑的p-AMPK水平显著降低，而总AMPK水平未发生改变。研究团队将分析扩展到使用MPP⁺处理SH-SY5Y细胞的体外系统，也观察到p-AMPK水平显著降低，而总AMPK水平不受影响。同样评估了SENP1的线粒体转运情况，MPP⁺处理组细胞中SENP1的线粒体转运显著减少，SUMO化的Sirt3水平和线粒体SUMO化蛋白水平显著升高，线粒体裂解物中乙酰化蛋白水平升高，这表明线粒体蛋白去乙酰化的下游过程受到破坏。另外还检测了细胞活力，发现MPP⁺处理组细胞的活力显著下降。综上所述，MPTP/MPP⁺会破坏p-AMPK，损害SENP1的线粒体转运，并引发一系列线粒体功能障碍，最终导致细胞活力降低。

进一步研究 Sirt3 的 SUMO 化增加在 MPTP 所致线粒体损伤中的作用，研究团队使用了表达 Sirt3 突变体的细胞和小鼠，这种突变恢复了 Sirt3 的活性，因此能够评估 SUMO 化缺失是否可以减轻 MPTP 引起的线粒体功能障碍和相关表型。

研究发现，MPP⁺处理显著增加了野生型和Sirt3 K288R细胞中SUMO化Sirt3的水平，与Sirt3野生型细胞相比，Sirt3 K288R细胞中的增加幅度较小。统计分析结果显示，Sirt3 K288R突变部分缓解了MPP⁺诱导的Sirt3 SUMO化上调。此外，MPP⁺处理显著增加了两种细胞类型中的蛋白质乙酰化水平，与Sirt3野生型细胞相比，Sirt3 K288R细胞中的增加幅度较小。相应地，在暴露于MPP⁺后，两种细胞类型的Sirt3活性均显著降低，但在Sirt3 K288R细胞中降低幅度较小。此外，暴露于MPP+显著损害了Sirt3野生型和Sirt3 K288R细胞中的CI活性，但统计分析结果表明与Sirt3 WT细胞相比，Sirt3 K288R细胞中CI活性的下降不太明显。同样，体内分析证实了这些结果。研究团队还验证了MPP+对CI亚基乙酰化水平的影响。暴露于MPP+显著增加了Sirt3 WT和Sirt3 K288R细胞中NDUFS3和NDUFA5的乙酰化水平，但在Sirt3 K288R细胞中这种增加不太明显。

上述实验表明，Sirt3 的 SUMO 化改变显著影响 NDUFS3 和 NDUFA5 的乙酰化水平，进而影响 CI 活性。而后还评估了 Sirt3 的 SUMO 化对线粒体功能的影响，MPTP 给药后 Sirt3 K223R 小鼠的线粒体形态损伤较轻。

最后，研究团队使用 DHE 和 8-OHdG 作为氧化应激的指标，进一步发现 MPTP 处理显著增加了 Sirt3 WT 和 Sirt3 K223R 小鼠黑质的氧化应激水平，但 Sirt3 K223R 小鼠的氧化应激增加程度不如 Sirt3 WT 小鼠明显。三磷酸腺苷（ATP）生成和氧消耗是线粒体呼吸功能的关键指标。MPTP 给药显著降低了两种基因型小鼠腹侧中脑的 ATP 生成，但 Sirt3 K223R 小鼠的降低程度不太明显。同样，暴露于 MPP⁺降低了 Sirt3 WT 和 Sirt3 K288R 细胞的 ATP 生成，Sirt3 K288R 细胞的下降程度较小。MPP⁺处理还显著降低了 Sirt3 WT 和 Sirt3 K288R 细胞的细胞内和细胞外氧消耗。然而，Sirt3 K288R 细胞中细胞内氧消耗的降低不太明显。以线粒体膜电位（MMP）作为线粒体完整性的关键指标，暴露于 MPP⁺后，Sirt3 WT 和 Sirt3 K288R 细胞的 MMP 显著降低，而 Sirt3 K288R 细胞的降低程度明显较小。上述结果表明，Sirt3 去 SUMO 化修饰可以减轻 MPTP/MPP⁺引起的线粒体损伤。

研究团队考察了这些变化是否最终会影响 MPTP 诱导的神经退行性表型和行为缺陷。结果显示，在 Sirt3 野生型和 Sirt3 K223R 小鼠的黑质中，MPTP 给药显著减少了多巴胺能神经元的数量，并增加了小胶质细胞的活化。然而，与 Sirt3 WT 小鼠相比，Sirt3 K223R 小鼠的这些变化明显较轻。在纹状体中也观察到了类似的趋势。为了进一步阐明 AMPK-SENP1-Sirt3 通路在神经炎症调节中的作用，继续评估了 SENP1 敲低对 BV2 小胶质细胞炎症细胞因子产生的影响，结果显示 AMPK-SENP1-Sirt3 通路在抑制小胶质细胞炎症反应中起重要作用。研究团队利用白质印迹分析，评估了 Sirt3 K223R 突变对酪氨酸羟化酶（TH）水平的影响。MPTP 处理显著降低了 Sirt3 野生型和 Sirt3 K223R 小鼠黑质和纹状体中的 TH 水平。然而，与 Sirt3 WT 小鼠相比，Sirt3 K223R 小鼠在这两个脑区的 TH 水平降低程度较轻。CCK8 检测显示，MPP⁺处理显著降低了 Sirt3 WT 和 Sirt3 K288R 细胞系的细胞活力。然而，与 Sirt3 WT 细胞相比，Sirt3 K288R 细胞的活力降低程度显著较轻。行为学测试结果发现，与 Sirt3 WT 小鼠相比，Sirt3 K223R 突变减轻了 MPTP 诱导的行为损伤，表现为转棒试验中的表现更好、爬杆试验时间更短、悬线试验时间更长、以及旷场试验中移动的距离更远。这些结果表明，Sirt3 去 SUMO 化可以减轻 MPTP 诱导的多巴胺能神经元丢失和运动障碍。

文章小结

这项研究首次揭示了MPTP通过AMPK-SENP1-Sirt3轴损害线粒体复合物I功能的分子机制，并证实了Sirt3去SUMO化在帕金森病中的保护作用。这些发现不仅深化了对PD发病机制的理解，还为开发线粒体保护新药、联合抗氧化应激、炎症等的治疗PD策略提供了理论依据。

天玑济世帕金森病临床进展

目前，天玑济世针对帕金森病的临床Ⅱ期多中心双盲试验（涉及7个研究中心）正在进行中，2025年6月13日已完成150例的帕金森患者入组，计划2025年10月出II期临床研究结果。从目前已经完成治疗并出组的受试者的改善效果来看，TJ0113表现了极大的治疗潜力。