神经炎症诱导的α-突触核蛋白片段化在帕金森病中的作用及机制研究

The main pathological features of Parkinson's disease (PD) are the degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra and the appearance of Lewy bodies which composed of fibrillar alpha-synuclein (α-Syn), and chronic microglia activation and neuroinflammation are observed in the early stage of PD. Caspase-1, which plays an important role in innate immunity and neuroinflammation, has been reported to cleave full-length α-Syn (α-Syn FL) at the C-terminus, and produce a truncated α-Syn1-121 (α-Syn121). The previous studies of the applicants found that α-Syn121 aggregates much faster than α-Syn FL, and the cytotoxicity of α-Syn121 is much stronger than α-Syn FL. Moreover, the aggregates of α-Syn121 could promote the activation of Caspase-1 and the intracellular deposition of α-Syn. Applicants hypothesized that neuroinflammation caused by innate immunity activates NLRP3 inflammasome, which in turn recruits and activates Caspase-1 to cleave α-Syn FL to generate α-Syn121. α-Syn121 forms aggregates rapidly and facilitate the aggregation and deposition of α-Syn FL. Meanwhile, the aggregates of α-Syn121 could stimulate NLRP3 inflammasome to further activate Caspase-1 and produce more α-Syn121, which reveals a hidden vicious cycle in the onset and progression of PD. This project will make the use of molecular biology and cell biology related techniques to clarify the key role of α-Syn121 in α-Syn deposition and neuron degeneration caused by innate immune or neuroinflammation at the cellular and animal levels, and demonstrates the related molecular mechanism. The results will reveal a new mechanism of PD pathology and provide a new target for the treatment of PD.

帕金森病（PD）的主要病理特征是大脑黑质中出现多巴胺能神经元死亡和由纤维化的α-突触核蛋白（α-Syn）组成的路易体，并伴随慢性的小胶质细胞激活及神经炎症。研究报道神经炎症中的关键分子胱天蛋白酶1可剪切α-Syn生成α-Syn121。申请人前期研究发现α-Syn121的聚集性及细胞毒性均较全长增强，并且可促进细胞内胱天蛋白酶1的活化及α-Syn蛋白的蓄积。申请人推测：在PD的进程中，神经炎症激活胱天蛋白酶1，并剪切α-Syn生成α-Syn121；α-Syn121快速聚集，带动α-Syn全长蛋白的聚集并促进α-Syn蛋白的沉积，同时刺激胱天蛋白酶1进一步活化，形成一个恶性循环。本项目将运用分子生物学和细胞生物学技术，在细胞和动物水平阐明α-Syn121在神经炎症导致的α-Syn蛋白沉积及神经元退化中的关键作用以及分子机制。本项目的研究结果将揭示PD发生发展的新机制，为疾病的治疗提供新靶点。

天然免疫及其介导的神经炎症可能在帕金森病（PD）的发生发展中起到重要作用。NLRP3型炎性小体的关键成分Caspase-1可以在α-Syn蛋白的C端进行剪切生成α-Syn1-121截短蛋白（α-Syn121）。我们的前期研究发现，α-Syn121体外聚集性以及细胞毒性均强于α-Syn全长。然而NLRP3型炎性小体的激活与聚集性蛋白的病理沉积以及神经元退化的内在关联仍未研究清楚。本项目主要研究了α-Syn121聚集物对α-Syn全长聚集性及细胞毒性的影响及其通过炎症通路损伤细胞的机制，同时使用细胞毒性实验以及聚集性相关实验在抗痴呆中草药活性成分中筛选出可以同时抑制α-Syn121细胞毒性及聚集性的活性分子。我们发现α-Syn121的聚集物可以加速α-Syn全长的聚集，并增强α-Syn全长的细胞毒性和膜毒性；同时α-Syn121聚集物可以激活细胞内炎症通路，促进炎症因子释放，并产生更多内源的α-Syn121。我们从76种抗痴呆中草药活性成分中筛选出了可以α-Syn121细胞毒性和聚集性，并且具有抗炎活性的化合物胡萝卜苷（TSG）。在细胞层面，我们也证实了TSG可以通过抑制炎症激活和减少内源α-Syn沉积减轻α-Syn121聚集物造成的细胞损伤。此外，我们通过立体定位注射技术将α-Syn121聚集物和α-Syn全长聚集物注射入小鼠纹状体，结果表明α-Syn121聚集物可以更有效地诱发小鼠运动障碍，后续将进一步探索α-Syn121聚集物对小鼠神经元的损伤情况及损伤机理，并探索TSG对该小鼠的治疗效果。本项目的研究为神经炎症诱导PD发生发展的α-Syn机制提供了基础，筛选出了TSG这种可以同时抑制蛋白聚集与炎症通路的多功能化合物并在细胞上验证了其治疗效果，为同时靶向蛋白聚集与神经炎症治疗PD提供了新思路。