自噬療法：神經退行性疾病的未來之路
自噬是細胞通過溶酶體降解蛋白質或細胞器的過程。當細胞生長或受到外部刺激時，細胞內蛋白質或細胞器需要通過自噬或蛋白酶系統(tǒng)清除或更新。一些小分子物質或短壽命蛋白質主要通過泛素-蛋白酶體途徑降解，而細胞質中的長壽命蛋白質或受損細胞器則通過自噬-溶酶體途徑降解。越來越多的研究發(fā)現，自噬在神經細胞的發(fā)育和突觸的功能中起著重要作用。自噬水平異常會導致神經系統(tǒng)損傷，包括自噬體聚集、神經元萎縮、線粒體耗竭以及軸突和樹突萎縮。異常蛋白質在患者的大腦中積聚，導致神經元的慢性進行性變性和喪失，可導致帕金森病(PD)、阿爾茨海默病(AD)、亨廷頓氏病(HD)、肌萎縮側索硬化癥和路易體癡呆癥等神經退行性疾病。因此，神經退行性疾病與自噬功能異常密切相關，靶向自噬可能是神經退行性疾病治療的潛在策略。
1. 自噬適配器TRIAD3A通過相分離促進tau蛋白纖維化
多種神經退行性疾病的特征是tau蛋白的異常積聚。美國約翰霍普金斯大學醫(yī)學院神經科學系Wenchi Zhang團隊報道了一種RING-type E3連接酶，TRIAD3A，它的功能是作為tau的自噬適配器[1]。研究表明，TRIAD3A E3連接酶催化混合的K11/K63多泛素鏈并自組裝成液-液相分離(LLPS)液滴。Tau泛素化并在TRIAD3A LLPS液滴中積累，并通過LC3相互作用區(qū)域靶向Tau進行自噬降解(圖1)。在沒有tau過渡液相的情況下，被隔離在TRIAD3A液滴中的tau迅速轉化為纖維聚集體。體內研究表明，TRIAD3A在tau蛋白病小鼠模型中減少了磷酸化tau蛋白的積累，并且TRIAD3A的疾病相關突變增加磷酸化tau的積累，加劇膠質增生并增加病理性tau擴散。在人類AD大腦中，TRIAD3A以多種組織學形式與tau淀粉樣蛋白共定位，提示其在tau蛋白穩(wěn)態(tài)中起作用。這些結果表明TRIAD3A是一種自噬接頭，利用E3連接酶和LLPS作為捕獲貨物的機制，似乎與神經退行性疾病特別相關。
圖1 自噬接頭TRIAD3A介導的降解途徑示意圖
2. 黑磷納米片通過降解聚集性α-syn和清除PD中的ROS來保護神經元
盡管有證據表明，黑質多巴胺神經元中α-synuclein(α-syn)的異常積累是PD的主要病理特征，但沒有一種同時具有α-syn抗聚集和α-syn降解功能的化合物在臨床上成功治療該病。貴州醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院分子醫(yī)學工程研究中心Chunlin Zhang團隊表明，黑磷納米片(BPNS)直接與α-syn原纖維相互作用，引發(fā)其分解以治療PD[2]。此外，BPNS通過范德華力對α-syn具有特異性親和力。BPNS被發(fā)現可以激活自噬以維持α-syn穩(wěn)態(tài)，改善線粒體功能障礙，降低活性氧水平，并挽救PC12細胞中的神經元死亡和突觸損失。還觀察到BPNS穿透血腦屏障，防止多巴胺神經元損失，緩解1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)誘導的小鼠模型和hA53Tα-syn轉基因小鼠的行為障礙(圖2)?？傊@項研究表明，BPNS有潛力成為一種新型的綜合納米藥物，用于神經系統(tǒng)疾病的臨床診斷和治療。
圖2 BPNS對秀麗隱桿線蟲和小鼠PD模型的神經保護作用的示意圖
3. 自噬優(yōu)先降解非原纖維polyQ聚集體
含有擴增聚谷氨酰胺(polyQ)重復序列的蛋白質聚集是一組顯性遺傳性神經退行性疾病的細胞病理學標志，包括HD。亨廷頓蛋白(Htt)是HD的疾病蛋白，通過液固相轉變形成淀粉樣纖維。自噬已被提出用于清除polyQ聚集物，但效率有限。德國馬克斯普朗克生物化學、分子機器與信號研究所Florian Wilfling團隊使用低溫電子斷層掃描來觀察原位培養(yǎng)細胞中自噬體與polyQ聚集體的相互作用[3]。他們發(fā)現，在徑向組織的polyQ原纖維旁邊存在無定形聚集相。自噬體優(yōu)先吞噬這種無定形物質，這是由自噬受體p62/SQSTM1和非纖維聚集體表面之間的相互作用介導的(圖3)。相比之下，淀粉樣纖維排斥p62并逃避清除，導致自噬結構被捕獲。這些結果表明，自噬清除polyQ聚集體的效率有限是由于自噬體無法與不可變形的纖維狀疾病聚集體有效相互作用。
圖3 自噬優(yōu)先降解非原纖維polyQ聚集體
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相關動物模型
帕金森病(PD)小鼠模型
建模方法：
阿爾茨海默病(AD)大鼠模型
建模方法：
麻醉大鼠，麻醉后繼而固定于腦立體定位儀上。按照大鼠腦立體定位圖譜，以前囟為零起點，前囟后3.5mm處為穿刺點，中線右側旁開2mm，而后牙科鉆鉆開顱骨，采用微量注射器自腦表面垂直進針3mm，即：(AP=-3.5mm, ML=2.0mm, DV=3.0mm)，雙側海馬CA1區(qū)緩慢勻速注射Aβ1-40各10μg(1μL)，留針5min，退針后縫合傷口。造模后3d后，開始尾靜脈注射，注射生理鹽水，大鼠每只給藥100μl/次/d，連續(xù)給藥21d后，進行水迷宮行為學檢測。
參考文獻
[1]Zhou J, Chuang Y', Redding-Ochoa J, et al. The autophagy adaptor TRIAD3A promotes tau fibrillation by nested phase separation. Nat Cell Biol. 2024;26(8):1274-1286. (IF=17.3)
[2]He M, Zhang X, Ran X, et al. Black Phosphorus Nanosheets Protect Neurons by Degrading Aggregative α-syn and Clearing ROS in Parkinson's Disease. Adv Mater. 2024;36(30):e2404576. (IF=27.4)
[3]Zhao DY, B?uerlein FJB, Saha I, Hartl FU, Baumeister W, Wilfling F. Autophagy preferentially degrades non-fibrillar polyQ aggregates. Mol Cell. 2024;84(10):1980-1994.e8. (IF=14.5)