帕金森病基因VPS35突变致内体溶酶体DAT转运障碍的机制研究

Dopamine has a central role in Parkinson’s disease (PD) and endo-lysosome dysfunction is a major pathophysiological pathway of PD. The direct link between Dopamine disturbances and endo-lysosome dysfunction is a key to understanding the role of endo-lysosome dysfunction in PD. DAT is responsible for dopamine homeostasis. The membrane stability of DAT is maintained via e endolysosomal system. VPS35 is a key protein of endo-lysosomal system and responsible for redistribution of molecules. Our preliminary data suggests that VPS35 can directly interact with DAT whereas VPS35 D620N mutation reduces membrane DAT, leading to dopamine neuron degeneration. Endo-lysosomal PD gene α-synuclein and LRRK2 have direct interaction with DAT and VPS35, respectively. Therefore, we propose to study the molecular mechanism underlying VPS35 D620N-induced loss of membrane DAT and the potential role of α-synuclein and LRRK2 in cell, elegans and animal models. We believe that our proposed study is likely to provide insight in pathogenesis of VPS35-related PD as well as other forms of PD, which may identify new PD therapeutic targets.

多巴胺系统在帕金森病（PD）中处于核心地位。内体溶酶体紊乱是PD的重要机制。内体溶酶体紊乱如何直接影响多巴胺系统是理解PD发病的关键问题。神经元间多巴胺的稳态有赖于膜上多巴胺转运体（DAT）的功能，而内体溶酶体负责DAT的代谢与转运。VPS35是内体溶酶体中的分选蛋白，其D620N突变导致典型的PD。我们发现VPS35可以直接与DAT结合，D620N突变导致膜上DAT减少及多巴胺能神经元退变。PD基因α-synuclein和LRRK2是内体溶酶体相关基因，前者可直接结合DAT而后者与VPS35直接关联。我们认为VPS35-DAT通路是内体溶酶体与PD之间的重要桥梁，而α-synuclein和LRRK2可能参与其中。本课题以细胞、线虫及动物为平台，研究VPS35致DAT膜上减少的机制，探索α-synuclein和LRRK2的在其中的作用，为确定VPS35靶点及PD内体溶酶体机制提供新的思路。

帕金森病(PD)是中枢神经系统变性疾病，多巴胺系统在PD中处于核心地位。神经元间多巴胺的稳态有赖于膜上多巴胺转运体（DAT）的功能，而内体溶酶体负责DAT的代谢与转运。VPS35是内体溶酶体中的分选蛋白，其D620N突变导致典型的PD。我们在前期的基础上进一步研究VPS35致DAT膜上减少的机制，探索α-synuclein和LRRK2在其中的作用。我们根据计划首先建立了细胞、线虫模型，对VPS35与DAT的关系及其相关功能进行研究，发现VPS35 D620N突变可以造成DAT在循环内体中的功能障碍，导致DAT异常累积在早期内体，进而引起多巴胺能神经系统的障碍。同时，在腺相关病毒介导的过表达VPS35小鼠模型中发现过表达VPS35 D620N会导致纹状体中膜上DAT水平明显下降而DAT总蛋白水平相反有所上升。接着我们进一步探究了VPS35突变小鼠的PD相关病理改变及行为异常，提示VPS35 D620N导致细胞膜上DAT水平下降，突触间隙多巴胺清除减少，早期表现为过度兴奋。多巴胺在突触间隙聚集加重黑质多巴胺能神经元应激，最终导致神经元退变。此外，我们通过前期工作中建立了LRRK2的转基因线虫，发现G2019S突变的线虫增加了线虫对氧化应激剌激的敏感性。我们再利用牙龈卟啉单胞菌(PG)建立了LRRK2脑肠轴模型，该模型成功的复制了多巴胺神经元的退变，为进一步研究在体LRRK2与α-synuclein与VPS35打下了基础。 我们发现PG菌诱导LRRK2-R1441G的肠道α-synuclein的聚集增加及黑质多巴胺能神经元退变，并都与LRRK2的激酶活性有关。PG菌诱导LRRK2-R1441G的脑小胶质细胞活化及外周血中的IL-17A升高，提示LRRK2-R1441G脑的神经炎症可能是通过外周循环的炎症介质所介导。同时我们还发现LRRK2与AQP4及VPS35与AQP4存在相互作用。本研究为发现VPS35的致病机理及新治疗靶点提供基础。在研期间，我们共发表论文SCI论文17篇，其中4篇影响因子大于5分，完成目标。