硫化氢对α-synuclein的硝基化修饰和自噬性降解的调节及机制研究

硫化氢（H2S）是近年来发现的气体信号分子家族的新成员之一, 在心血管和神经等多个系统发挥重要的功能。我们首次发现H2S与帕金森病(PD)的发生发展有关，能有效减少中脑多巴胺能神经元的缺失。多巴胺能神经元的缺失与细胞内α-synuclein的过度沉积密切相关。然而，H2S对α-synuclein过度沉积的影响尚未阐明。α-synuclein的硝基化修饰、错误折叠致多聚体形成以及代谢障碍是其在细胞内异常沉积的主要机制。我们前期研究发现，环境毒素能引起α-synuclein自噬性清除障碍。所以本项目将在此基础上，运用Western blot、免疫荧光共聚焦结合透射电镜等技术，分别在细胞和整体动物水平深入研究H2S对环境毒素诱导的α-synuclein异常沉积的影响，探讨其是否与调节细胞自噬功能、抑制硝基化等异常修饰有关。这对全面评估H2S的神经保护作用及新药研发具有重要的意义。

硫化氢是体内的重要气体信号分子之一，在心血管等系统发挥扩血管、抑制动脉粥样硬化等重要的生理和病理调节功能。然而，相对于外周，人们对硫化氢在中枢神经系统的功能了解甚少，尽管该气体分子在脑内的含量明显高于外周。本课题负责人前期工作已发现并证实硫化氢供体对多个帕金森病（PD）模型大鼠具有保护作用，能减轻黑质多巴胺（DA）神经元损伤，提示脑内硫化氢合成酶表达及硫化氢生成的异常可能参与PD发生发展，然而缺乏确切的证据。另外，硫化氢对PD发病的另一重要病理机制--SNCA/α-synuclein的蓄积是否具有影响，也没有相关报道。自噬溶酶体途径是SNCA等蛋白聚集体清除的主要机制。硝化应激引起的SNCA硝基化修饰是SNCA异常折叠聚集的重要机制之一。PD发病过程中，硝化应激通常是由于氧自由基和NO等过度生成引起。NO和硫化氢属于体内的气体信号分子，在心血管等系统的研究表明两者在不同的病理生理条件下可产生相似或相反的作用。因此，本课题提出假设“硫化氢可能通过抑制SNCA硝化修饰和促进自噬溶酶体通路功能而抑制SNCA异常折叠、蓄积”。在过去4年的项目执行过程中，课题组以PD关键致病蛋白SNCA为中心，在MPTP致急性PD小鼠模型上研究并发现硫化氢及其缓释剂通过抑制nNOS表达及NO生成，减轻硝化应激导致的SNCA硝化修饰的增加；离体实验研究也证明硫化氢可以通过S-巯基化修饰AMPK、调控AMPK-mTOR通路而增强自噬溶酶体通路功能，促进SNCA的降解、减少其在DA细胞内过度蓄积，基本实现了预期目标。另外，我们还在MPTP小鼠中发现硫化氢合成酶CBS高表达于星形胶质细胞，虽然PD模型中伴有星形胶质细胞增生，但纹状体内CBS仍特异性下降，硫化氢合成也受到抑制。以病毒感染方式促使CBS过表达，可以明显减轻MPTP诱导的DA神经毒性和小鼠运动能力的下降。综上，本项目研究成果以SNCA为中心，阐明硫化氢可以通过抑制NO生成而间接抑制SNCA硝化修饰，同时增强细胞自噬活性而减少SNCA在DA细胞内过度蓄积；而且，项目成果明确了PD模型小鼠中硫化氢水平降低的原因，进一步完善支持了内源性硫化氢及其合成酶表达异常参与PD发生发展这一假说。上述所有成果充分表明靶向调控硫化氢有可能成为PD治疗新策略。