嗜铬粒蛋白A通过促进α-突触核蛋白在突触的病理性转化驱动帕金森病发病

《Cell Reports》：Chromogranin A promotes the pathological conversion of α-synuclein at the synapse in Parkinson’s disease

本刊推荐：为阐明帕金森病(PD)中α-突触核蛋白(αSyn)异常聚集的起始机制，研究人员聚焦于致密核心囊泡基质蛋白嗜铬粒蛋白A(CgA)的作用。研究发现CgA通过与αSyn互作产生新型淀粉样纤维株系(αSyn/CgA PFF)，该株系具有更强的蛋白酶抗性和致病性；基因敲除CgA可显著缓解αSyn预成型纤维(PFF)诱导的突触功能障碍、树突棘丢失和多巴胺能神经元退变。该研究揭示了突触囊泡微环境调控神经退行性疾病病理蛋白转化的新范式，为PD早期干预提供了新靶点。

　　

当我们观察帕金森病患者的大脑时，经常会看到一些像小团块一样的异常结构——路易体，它们的主要成分是一种叫做α-突触核蛋白(αSyn)的蛋白质。这些蛋白质原本应该保持可溶状态，但在疾病过程中却错误地折叠并聚集在一起。尽管科学家们已经知道αSyn的聚集是帕金森病的核心特征，但有一个关键问题一直悬而未解：在复杂的神经元环境中，究竟是什么因素启动了这种病理性聚集的"第一推动力"？特别是在神经信息传递的关键部位——突触，这里微环境独特，含有各种囊泡和信号分子，是否为αSyn的病理转化提供了"温床"？

为了解决这一科学难题，来自同济大学的研究团队将目光投向了嗜铬粒蛋白A(CgA)，这是一种主要存在于致密核心囊泡(LDCV)中的基质蛋白。CgA在神经内分泌细胞中负责富集单胺类神经递质，维持高效突触传递。有趣的是，在阿尔茨海默病和路易体痴呆患者中，研究人员曾观察到CgA的异常表达与病理蛋白聚集存在关联，但CgA是否直接参与αSyn的病理过程仍不清楚。

在这项发表于《Cell Reports》的研究中，科学家们通过多层次的实验设计，揭示了CgA在促进αSyn病理性转化中的关键作用。他们发现，仅仅1天的αSyn预成型纤维(PFF)处理，就足以在神经元突触前部位诱导出磷酸化αSyn(p-αSyn)的聚集。而当我们把目光聚焦于CgA时，一个令人惊讶的现象出现了：过表达CgA能够显著加速αSyn的磷酸化和聚集过程，这种效应在多种实验模型中均得到验证，包括原代海马神经元、诱导多能干细胞分化的人多巴胺能神经元以及转基因小鼠模型。

为了探究背后的机制，研究人员进行了一系列精细的实验。他们从大鼠肾上腺中分离出天然的致密核心囊泡，发现这些含有CgA的囊泡与αSyn PFF共同处理细胞时，能够显著增强αSyn的聚集和路易体样包涵体的形成。更深入的研究表明，CgA并非简单地"旁观"这一过程，而是直接与αSyn相互作用，改变其聚集路径，形成一种独特的纤维株系。

关键技术方法包括：利用透射电子显微镜表征纤维形态，蛋白质酶K消化实验分析纤维稳定性，多电极阵列记录神经元网络活动，免疫电镜观察突触超微结构，器官型脑片培养评估病理扩散，以及通过基因敲除动物模型进行行为学和组织学分析。人脑组织样本来自中南大学提供的正常个体和帕金森病患者中脑组织块。

CgA加速αSyn在细胞和PD小鼠模型中的聚集

研究人员首先在αSyn A53T稳转细胞系中过表达突触素1(小清亮囊泡标记物)或CgA(致密核心囊泡标记物)，发现CgA过表达在PFF转导后6小时即可加速αSyn磷酸化，并增加αSyn聚集物。免疫电镜证实CgA和p-αSyn纳米金颗粒共同位于致密核心囊泡内。在αSyn A53T转基因小鼠中，CgA与p-αSyn信号在多个脑区共分布且表达水平升高。过表达CgA在原代海马神经元和iPSC来源的人多巴胺能神经元中均显著加速αSyn聚集。

CgA维持αSyn聚集体的种子活性

通过建立Transwell共培养系统，研究人员发现CgA能够通过细胞外途径增强αSyn PFF的致病性。从αSyn A53T细胞中提取可溶性和不溶性组分后，发现CGα表达细胞的不溶性组分中αSyn寡聚体条带增加，点印迹分析显示构象特异性αSyn抗体信号更强。用提取的不溶性聚集体处理细胞时，CgA来源的"种子"表现出更高的p-αSyn病理诱导能力。

CgA调节αSyn纤维的构象和降解抗性

将αSyn单体与CgA重组蛋白共同震荡7天制备αSyn/CgA PFF，硫黄素T(ThT)实验显示CgA加速纤维形成达到平台期。蛋白质酶K消化实验发现αSyn/CgA PFF产生不同的酶切条带模式，电镜显示其长度更短且分布左移。在海马脑片培养模型中，αSyn/CgA PFF表现出更强的抗降解能力。多电极阵列记录表明，αSyn/CgA PFF处理进一步加剧了神经元网络活动的抑制。

CgA缺陷挽救αSyn病理背景下的突触缺陷

在海马神经元中，αSyn/CgA PFF处理导致路易体样包涵体的大小和数量显著增加。使用商业获得的CgA基因敲除(KO)小鼠，发现CgA KO神经元中p-αSyn信号强度和包涵体数量显著减少。树突棘分析显示CgA KO部分挽救了αSyn PFF引起的脊柱丢失，特别是蘑菇型和细长型脊柱。电生理记录表明CgA缺陷改善了αSyn PFF诱导的突触传递障碍。

CgA缺陷减轻αSyn PFF诱导的运动行为缺陷、αSyn病理和多巴胺能神经元丢失

在体内实验中，向3月龄野生型(WT)和CgA KO小鼠背侧纹状体立体定向注射αSyn PFF，3个月后行为学测试显示CgA KO小鼠挽救了钢丝悬挂和旋转杆性能缺陷。组织学分析发现CgA缺陷减轻了p-αSyn病理在全脑的扩散，并提高了多巴胺能神经元的存活率。在海马注射模型中，CgA KO同样表现出病理信号减弱和扩散受限。

研究结论与讨论部分指出，这项工作揭示了致密核心囊泡在αSyn病理起始中的重要作用，发现CgA作为一种新型"辅助因子"能够稳定αSyn病理"种子"。CgA通过其C端的Catestatin结构域与αSyn相互作用，产生具有独特生物物理特性的纤维株系，这种株系具有更强的降解抗性和致病性。基因敲除CgA不仅减轻了病理蛋白的积累和扩散，还保护了突触功能和多巴胺能神经元。这些发现强调了突触微环境在神经退行性疾病发病中的重要性，为理解帕金森病早期事件提供了新视角，也为治疗干预提供了潜在靶点。值得注意的是，CgA的异常聚集也见于路易体痴呆患者，表明囊泡功能障碍可能是αSyn相关突触核蛋白病中一个普遍的初始过程。