Science：维生素K2：帕金森患者的新希望

科学家用维生素K2成功修复了引起帕金森病的一个遗传缺陷。该研究于5月10日发表在Science杂志网站上，为帕金森病人带来了新希望。

　　

生物通报道：神经学科学家Patrik Verstreken与VIB研究所和KU Leuven鲁汶大学合作，利用维生素K2成功修复了引起帕金森病的一个遗传缺陷。该研究为帕金森病人带来了希望。Patrik Verstreken与美国Northern Illinois大学的同事共同完成的这项研究，于5月10日发表在Science杂志网站上。

“我们的研究显示vitamin K2可能帮助帕金森患者。不过，这一现象仍需要深入研究，”Patrik Verstreken说。

能量站故障是帕金森症的发病机理

如果我们把细胞看做一个小工厂，线粒体就是为生产供给能源的发电站，它们通过转运电子生成能量。帕金森患者的线粒体活性和电子转运被扰乱，使线粒体不能继续为细胞生产足够的能量。这一现象的主要后果是大脑内特定部位的细胞开始死亡，神经元之间的通信被中断。从而造成典型的帕金森症状：失去运动能力（akinesia）、颤抖和肌肉僵硬。

这种神经退行性疾病的确切起因还是未知的。不过近年来，科学家在帕金森患者体内发现了一些遗传学缺陷（突变）。其中包括被称为PINK1 和Parkin的突变，而这两种突变都会削弱线粒体活性。科学家希望通过研究这些突变阐明帕金森症的潜在机制。

瘫痪的果蝇

果蝇（Drosophila）在实验室中经常使用，因为与其他生物相比果蝇的寿命和繁殖周期短。每只雌性果蝇都能在出生两星期内产下数以百计的后代。通过基因改造的果蝇，科学家得以研究特定基因和蛋白的功能。Patrik Verstreken及其团队使用与帕金森患者相似的PINK1或Parkin基因缺陷型果蝇进行研究。他们发现PINK1或Parkin基因突变的果蝇失去了飞行能力。

进一步研究发现，就如同帕金森患者那样，这些果蝇的线粒体功能也存在缺陷。正因如此，它们线粒体生产的细胞内能量减少了，而这些能量是果蝇飞行所必需的。给这些果蝇维生素K₂后，其线粒体内的能量生产恢复了，飞行能力也得到改善。研究者发现该现象的原因是维生素K₂能增强线粒体内的电子转运，从而提高能量生产。

人类位于线粒体上的UBIAD1将维生素K₁ 转化为维生素K₂。维生素K₂被广泛认为是一种凝血辅助因子，但在细菌中它是一种膜结合电子载体。而人们还不知道维生素K₂是否在真核细胞也发挥着类似的载体功能。研究者认为果蝇UBIAD1/Heix是pink1的调节基因，在帕金森疾病中pink1基因突变会影响线粒体功能。研究发现维生素K₂对于果蝇线粒体中的电子转运是必要的。维生素K₂能恢复Heix突变引起的严重线粒体缺陷。维生素K₂与泛醌ubiquinone类似都能在果蝇线粒体中转运电子，生成更多有效三磷酸腺苷（ATP）。维生素K₂能作为线粒体电子载体，帮助恢复ATP的正常生产，rescue线粒体功能障碍。

结论

Vitamin K2在缺陷型线粒体的能量产生中扮演着重要作用。由于帕金森患者体内的也存在PINK1 或Parkin突变的粒体缺陷，vitamin K2可能为帕金森疾病治疗提供了新希望。

（生物通编辑：叶予）

 

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Vitamin K₂ Is a Mitochondrial Electron Carrier That Rescues Pink1 Deficiency

Human UBIAD1 localizes to mitochondria and converts vitamin K₁ to vitamin K₂. Vitamin K₂ is best known as a cofactor in blood coagulation, but in bacteria it is a membrane-bound electron carrier. Whether vitamin K₂ exerts a similar carrier function in eukaryotic cells is unknown. We identified Drosophila UBIAD1/Heix as a modifier of pink1, a gene mutated in Parkinson’s disease that affects mitochondrial function. Here, we found that vitamin K₂ was necessary and sufficient to transfer electrons in Drosophila mitochondria. Heix mutants showed severe mitochondrial defects that were rescued by vitamin K₂, and, similar to ubiquinone, vitamin K₂ transferred electrons in Drosophila mitochondria, resulting in more efficient adenosine triphosphate (ATP) production. Thus, mitochondrial dysfunction was rescued by vitamin K₂ that serves as a mitochondrial electron carrier, helping to maintain normal ATP production.