帕金森病是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，其特征是多巴胺生成神經(jīng)元的喪失，以及大腦中 α-突觸核蛋白的積累。錯(cuò)誤折疊的 α-突觸核蛋白聚集被認(rèn)為會(huì)通過(guò)一種稱為星形膠質(zhì)細(xì)胞的非神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞觸發(fā)慢性炎癥。

星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)于神經(jīng)元功能至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)執(zhí)行許多重要的支持功能來(lái)維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。這些功能包括調(diào)節(jié)離子和水分水平，維持血腦屏障，清除廢物，并以糖原形式儲(chǔ)存能量。

在反應(yīng)性星形膠質(zhì)增生過(guò)程中，病理性刺激會(huì)導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞從靜息狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S狀態(tài)。根據(jù)刺激的性質(zhì)，星形膠質(zhì)細(xì)胞的反應(yīng)狀態(tài)可能是：

• A1 型：神經(jīng)毒性，常見于帕金森病患者死后腦組織

• A2 型：神經(jīng)保護(hù)性，通常與缺血性損傷相關(guān)

理解星形膠質(zhì)細(xì)胞如何轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻Φ难装Y狀態(tài)，對(duì)于揭示帕金森病的新治療策略至關(guān)重要。

在倫敦大學(xué)學(xué)院(UCL)、Francis Crick 研究所和韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST)最近的一項(xiàng)合作研究中，D’Sa 等人探討了星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì) α-突觸核蛋白的反應(yīng)。該研究發(fā)表在《Science Advances》上。研究人員從六位健康供體的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(hiPSC)中生成了皮層星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元。對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)物的檢測(cè)結(jié)果確認(rèn)了細(xì)胞類型準(zhǔn)確且具備功能成熟度。這確保了后續(xù)的炎癥刺激能夠在一個(gè)與人體生理高度相關(guān)的模型中進(jìn)行評(píng)估。

隨后，研究人員測(cè)試了 α-突觸核蛋白寡聚體(α-syn-O)的細(xì)胞反應(yīng)，這些寡聚體由單體在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)聚集而成。測(cè)試在三種體外培養(yǎng)體系中進(jìn)行：

• 僅含星形膠質(zhì)細(xì)胞

• 僅含神經(jīng)元

• 星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元混合培養(yǎng)

圖1. [圖片來(lái)自 D’Sa 等人] 從五位健康供體的 hiPSC(人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞)中生成了星形膠質(zhì)細(xì)胞(藍(lán)色)，并從第六位健康供體中生成了皮層神經(jīng)元(粉色)。D’Sa 等人比較了在僅含星形膠質(zhì)細(xì)胞、僅含神經(jīng)元以及星形膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元混合培養(yǎng)體系中，細(xì)胞對(duì) α-syn-O 的反應(yīng)。

研究人員在三種培養(yǎng)體系上使用單細(xì)胞 RNA 測(cè)序，分析在有或沒(méi)有 α-syn-O 處理情況下的基因差異。結(jié)果識(shí)別出八個(gè)細(xì)胞簇，其中兩個(gè)是星形膠質(zhì)細(xì)胞簇(AC1 和 AC2)，六個(gè)是神經(jīng)元簇。

AC1：過(guò)度表達(dá)細(xì)胞因子和免疫通路基因，呈炎癥性特征

AC2：富含形態(tài)發(fā)生和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，呈保護(hù)性特征

比較結(jié)果提示，人類星形膠質(zhì)細(xì)胞可以呈現(xiàn)預(yù)設(shè)的、分化的反應(yīng)狀態(tài)，類似于體內(nèi)經(jīng)典的 A1 神經(jīng)毒性和 A2 神經(jīng)保護(hù)性表型。

研究人員觀察到外源性 α-突觸核蛋白在星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元及共培養(yǎng)體系中的內(nèi)吞情況。通過(guò) FRET 生物傳感器檢測(cè)，結(jié)果顯示星形膠質(zhì)細(xì)胞攝取單體的水平高于神經(jīng)元，但兩種細(xì)胞類型中寡聚體形成水平相似。

值得注意的是，該研究團(tuán)隊(duì)此前的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，α-突觸核蛋白寡聚體(alpha synuclein-O)處理原代星形膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)引發(fā)炎癥反應(yīng)。為了在 hiPSC 星形膠質(zhì)細(xì)胞模型中誘導(dǎo)這一機(jī)制，研究人員同樣使用 α-突觸核蛋白寡聚體處理細(xì)胞。結(jié)果顯示，寡聚體處理導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)過(guò)度生成，之后研究人員通過(guò)二氫乙啶(dihydroethidium)氧化進(jìn)行測(cè)定。由于 ROS 過(guò)表達(dá)引起的細(xì)胞死亡程度較低，提示炎癥反應(yīng)已被誘導(dǎo)。該實(shí)驗(yàn)步驟也進(jìn)一步確認(rèn)，hiPSC 來(lái)源的星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠精準(zhǔn)再現(xiàn)原生細(xì)胞中觀察到的關(guān)鍵生物應(yīng)激反應(yīng)。

StressMarq 的 α-突觸核蛋白單體(SPR-321)和 β-突觸核蛋白單體(SPR-405)在當(dāng)前模型中進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示它們能夠誘導(dǎo)細(xì)胞因子釋放。與培養(yǎng)基對(duì)照組相比，α-突觸核蛋白寡聚體處理 hiPSC 來(lái)源的星形膠質(zhì)細(xì)胞顯著促進(jìn)了促炎性細(xì)胞因子的分泌，包括 TNF-α、IL-6、IL-8、IL-1β 和 IFN-γ。進(jìn)一步通過(guò)整體 RNA 測(cè)序結(jié)合形態(tài)學(xué)分析，研究人員觀察到星形膠質(zhì)細(xì)胞在寡聚體暴露后發(fā)生細(xì)胞骨架重塑及 GFAP 極化。

這些結(jié)果共同揭示了病理性 α-突觸核蛋白在驅(qū)動(dòng)星形膠質(zhì)細(xì)胞向炎癥效應(yīng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化中的關(guān)鍵作用。后續(xù) RNA 測(cè)序還顯示，細(xì)胞呈現(xiàn)出類抗病毒反應(yīng)，與細(xì)胞因子水平的顯著升高相一致。這一現(xiàn)象提示，固有免疫通路，尤其是與病毒識(shí)別相關(guān)的信號(hào)機(jī)制，可能在該過(guò)程中被激活。

在共培養(yǎng)體系中，α-syn-O 處理?xiàng)l件下導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)和神經(jīng)損傷程度顯著高于單獨(dú)星形膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)。共培養(yǎng)體系分泌更高濃度的細(xì)胞因子，并在兩種細(xì)胞類型中產(chǎn)生活性氧，同時(shí)伴隨更高水平的細(xì)胞死亡和神經(jīng)元放電受損。分析顯示，星形膠質(zhì)細(xì)胞向炎癥性亞型 AC1 轉(zhuǎn)變，直接削弱神經(jīng)元的抵抗力。

在寡聚體處理后，星形膠質(zhì)細(xì)胞及共培養(yǎng)體系中 ADAR1 表達(dá)顯著增加。該酶在雙鏈 RNA 中將腺苷(A)轉(zhuǎn)化為肌苷(I)。在干擾素敏感啟動(dòng)子的控制下，ADAR 轉(zhuǎn)錄本從核內(nèi) p110 轉(zhuǎn)變?yōu)榘|(zhì)型 p150，這可能是一種反饋機(jī)制，用于限制過(guò)度抗病毒信號(hào)并維持 RNA 穩(wěn)態(tài)，同時(shí)增強(qiáng)神經(jīng)炎癥期間的 RNA 編輯活性。

研究發(fā)現(xiàn)，含星形膠質(zhì)細(xì)胞的樣本在 3′ UTR 和編碼區(qū)表現(xiàn)出編輯位點(diǎn)數(shù)量增加和編輯率升高，提示 RNA 編輯可能增強(qiáng)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)。對(duì)帕金森病患者死后腦組織的分析顯示，整體 A-to-I RNA 編輯水平顯著升高，且最-顯著的富集出現(xiàn)在星形膠質(zhì)細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄本中，將這一機(jī)制與疾病病理聯(lián)系起來(lái)。

本研究成功構(gòu)建了一個(gè)人源 iPSC 模型，生成星形膠質(zhì)細(xì)胞和類神經(jīng)元細(xì)胞，用于探究 α-突觸核蛋白對(duì)人腦的影響。研究揭示，寡聚 α-突觸核蛋白處理會(huì)刺激 ROS 過(guò)度生成和炎癥性細(xì)胞因子釋放，星形膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出類似抗病毒的反應(yīng)，并上調(diào) ADAR1，導(dǎo)致 RNA 編輯增加，促進(jìn)慢性神經(jīng)炎癥。

與這些發(fā)現(xiàn)一致，研究人員還在帕金森病患者死后腦樣本中觀察到 A-to-I 編輯水平升高。這項(xiàng)研究為揭示帕金森病相關(guān)的神經(jīng)退行性機(jī)制提供了關(guān)鍵見解，并提示 ADAR1 上調(diào)和增強(qiáng)的 RNA 編輯可能是推動(dòng)神經(jīng)炎癥的重要因素。

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