雌激素抑制异常聚集α-syn在DA神经元间传递的分子机制研究

It is observed that estrogen has a neuroprotection effect on dopamine (DA) neuron clinically and experimentally, but the molecular mechanism has not been clear yet. The transmission between neurons of abnormally aggregated α-synuclein (α-syn) is one of the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD), which means suppressing this pathological process may be an important therapeutic target for PD. It is reported that the secretion and intake of α-syn of DA neuron is dependent on GTPase-mediated vesicle formation, which could be enhanced when autophagy is impaired in neuron. On the other hand, estrogen is found not only to be able to inhibit the expression of GTPase family, but also could induce the process of autophagy. Hence, we hypothesize that estrogen could reduce the secretion and intake of α-syn of DA neuron to protect DA neuron, through the suppression of GTPase expression by enhanced autophagy. The objective of this study is to study the impact of estrogen on the transmission of α-syn between DA neurons in vitro and in vivo; then, it will be verified whether the effect of estrogen on it is dependent on the pathway of estrogen-PI3K/Akt-autophagy-GTPase, with a hope for further understanding on the pathogenesis of PD and discovery of novel therapeutic target for PD.

观察发现雌激素对多巴胺(DA)神经元具有保护作用，但具体机制尚不十分清楚。异常聚集的α-突触核蛋白(α-syn)在DA神经元间的传递是帕金森病(PD)的发病基础之一，抑制该病理过程可能是治疗PD的重要靶点。研究发现，DA神经元对α-syn的分泌和摄取依赖于GTPase家族蛋白介导的细胞囊泡的形成，这一作用在自噬失调时可明显增强。雌激素不仅可抑制GTPase家族蛋白的表达，还可通过抑制PI3K/Akt通路，诱导细胞自噬的发生。因此，雌激素可能通过促进DA神经元自噬，抑制GTPase家族蛋白的表达，进而减少对异常聚集α-syn的分泌和摄取，最终发挥神经元保护作用。基于此，本项目拟通过体内外实验，研究雌激素对异常折叠α-syn在DA神经元间传递作用的影响，分析雌激素- PI3K/Akt-自噬-GTPase信号通路可能在此发挥的作用，以增进对PD发病机制的认识，为寻找治疗PD的新靶点提供科学依据。

研究发现，异常折叠并聚集的α-syn在神经元间传递，并最终导致DA神经元功能丧失/障碍是帕金森病(PD)发生发展的重要病理生理学基础。流行病学调查结果及前期实验结果提示，雌激素对DA神经元具有一定的保护作用，其表达异常可能对PD的发生发展具有一定的作用。本项目研究，首先在体内PD动物模型内发现，雌激素可使移植至纹状体内的胎鼠中脑腹侧DA神经元中人源α-syn及pSer129-α-syn表达量明显减少，提示雌激素可抑制异常聚集的α-syn在神经元间传递。进一步，在SH-SY5Y的PD细胞模型中，我们通过荧光显微镜、荧光酶标仪和Western blot等发现雌激素可有效抑制神经元分泌包含有大量异常聚集α-syn的exosome，并阻止正常神经元吸收胞外包含异常聚集α-syn的exosome (Western blot检测CD9,63,81等相关蛋白标志物)；通过对分子机制探索，我们发现雌激素抑制神经元分泌和摄入exosome的作用，依赖于其对神经元自噬机制的正向调控(免疫荧光共聚焦/Western blot检测LC3-II/LC3-I比值等)；而这一作用则通过ER-PI3K/Akt/mTOR信号通路激活(Western blot检测PI3K, p-PI3K, Akt, p-Akt, mTOR, p-mTOR, p70S6K, p-p70S6K)；最后，我们发现在雌激素促进神经元自噬后，神经元中与exosome分泌及摄入相关的GTPase蛋白表达明显减少(Western blot, 免疫荧光)。综上，本项目结果提示雌激素可能通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路，促进神经元自噬调控作用，减少GTPase蛋白表达，进而减少exosome的分泌或摄入，阻止了异常聚集的α-syn再神经元间的传递，从而保护了DA神经元。本项目研究结果为今后临床运用雌激素治疗PD提供了实验数据和理论基础。在今后的研究中，我们将结合PD的病因学或病理生理学研究，利用示踪等实验手段，进一步完善雌激素治疗PD的动物实验数据和机制研究