ALDH2通过增强PRDX6酶活性抑制多巴胺能神经元铁死亡的新机制及其在帕金森病中的作用

《npj Parkinson's Disease》：ALDH2 protects against dopaminergic neuronal cell ferroptosis by enhancing the enzyme activity of PRDX6 in Parkinson’s disease

本研究揭示了ALDH2（乙醛脱氢酶2）在帕金森病中的神经保护新机制。研究人员发现ALDH2通过直接结合并增强抗氧化酶PRDX6（过氧化物还原酶6）的酶活性，从而抑制多巴胺能神经元的铁死亡（ferroptosis）。ALDH2 rs671基因突变会削弱这种相互作用，增加帕金森病易感性。该发现为帕金森病的治疗提供了新的潜在靶点。

　　

在神经退行性疾病研究领域，帕金森病作为第二大常见神经退行性疾病，其发病机制一直是科学家们关注的焦点。随着人口老龄化进程加快，帕金森病的患病率呈现上升趋势，在60岁以上人群中达到1%，80岁以上人群更是高达3%，给社会和家庭带来了沉重负担。这种疾病最典型的病理特征是中脑黑质区多巴胺能神经元的选择性丢失，导致患者出现运动功能障碍等典型症状。

长期以来，研究人员对多巴胺能神经元死亡的具体机制进行了深入探索，发现包括细胞凋亡、自噬、坏死等多种细胞死亡方式都参与其中。近年来，一种新型的程序性细胞死亡方式——铁死亡（ferroptosis）引起了广泛关注。这种细胞死亡方式与铁依赖的脂质过氧化物积累密切相关。有趣的是，早在"铁死亡"这一概念被提出之前，研究人员就已经发现帕金森病患者黑质区存在铁浓度异常升高的现象。动物实验也表明，铁螯合剂能够改善帕金森病模型小鼠的运动功能障碍，这暗示铁死亡可能在帕金森病的发病机制中扮演重要角色。

在众多与帕金森病相关的分子中，乙醛脱氢酶2（ALDH2）引起了研究人员的特别关注。ALDH2是人体细胞内19种ALDH同工酶之一，主要负责代谢多种毒性醛类物质，包括4-羟基-2-壬烯醛（4-HNE）、丙二醛（MDA）以及多巴胺代谢产物3,4-二羟基苯乙醛（DOPAL）。这些醛类物质在帕金森病患者脑内异常升高，可能通过促进α-突触核蛋白聚集、破坏神经营养信号通路、刺激活性氧（ROS）生成等机制，加速多巴胺能神经元的死亡。

特别值得注意的是，ALDH2基因存在一个重要的单核苷酸多态性位点rs671，该位点的突变（鸟嘌呤G变为腺嘌呤A）会导致第504位的谷氨酸被赖氨酸取代，造成酶活性显著下降。这种突变在东亚人群中尤为常见，约30-50%的个体携带ALDH2 * 2等位基因。临床研究表明，携带rs671突变的帕金森病患者更容易出现认知功能障碍和睡眠障碍等非运动症状，提示ALDH2功能异常可能与帕金森病的发生发展密切相关。

尽管已有研究提示ALDH2可能通过调节线粒体功能、氧化应激和毒性醛类物质代谢等途径发挥神经保护作用，但其是否参与调控铁死亡过程，以及具体的作用机制尚不清楚。为了解决这一科学问题，来自上海交通大学医学院附属第一人民医院神经内科的研究团队在《npj Parkinson's Disease》上发表了最新研究成果，系统揭示了ALDH2通过调控PRDX6酶活性影响铁死亡的新机制。

研究人员主要采用了细胞分子生物学技术（包括细胞培养、质粒转染、蛋白质免疫印迹、免疫共沉淀、免疫荧光等）、动物行为学测试（旷场实验、爬杆实验、悬挂实验）、电子显微镜观察、酶活性检测（总谷胱甘肽过氧化物酶和含硒谷胱甘肽过氧化物酶活性检测）、代谢组学分析（液相色谱-质谱联用技术检测生物活性脂质）以及元素分析（电感耦合等离子体质谱检测总铁含量）等方法。研究使用了ALDH2基因敲除（KO）小鼠和ALDH2 rs671点突变敲入（KI）小鼠模型，通过MPTP（1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶）诱导建立帕金森病小鼠模型。

ALDH2缺失加剧MPTP诱导的小鼠行为障碍和多巴胺能神经元丢失

研究人员首先通过行为学实验评估了ALDH2基因敲除对MPTP诱导的帕金森病模型小鼠运动功能的影响。旷场实验结果显示，MPTP处理显著降低了小鼠的总行走距离和平均速度，而ALDH2敲除进一步加剧了这种运动功能障碍。爬杆实验和悬挂实验的结果一致表明，ALDH2缺失小鼠在MPTP处理后表现出更严重的运动迟缓和协调功能障碍。

在分子水平上，研究人员检测了酪氨酸羟化酶（TH）阳性神经元的数量，发现ALDH2敲除显著加剧了MPTP诱导的黑质区多巴胺能神经元丢失。这些结果明确表明ALDH2在保护多巴胺能神经元免受MPTP毒性损害中发挥重要作用。

ALDH2 rs671变异加重MPTP诱导的行为障碍和多巴胺能神经元丢失

考虑到rs671是ALDH2最常见的基因多态性，研究人员进一步研究了rs671点突变对帕金森病模型的影响。行为学实验结果显示，rs671突变小鼠在MPTP处理后表现出更严重的运动功能障碍，特别是在旷场实验和悬挂实验中。同时，免疫组化和蛋白质印迹分析证实，rs671突变加剧了MPTP诱导的黑质区TH阳性神经元丢失，表明ALDH2 rs671变异增加了多巴胺能神经元对神经毒素的敏感性。

ALDH2表达变化和rs671突变对帕金森病模型铁死亡相关表型的影响

为了探究ALDH2影响多巴胺能神经元存活的具体机制，研究人员检测了铁死亡相关指标。结果显示，MPTP处理导致小鼠脑内谷胱甘肽（GSH）水平显著降低，而ALDH2敲除或rs671突变进一步加剧了GSH的耗竭。电感耦合等离子体质谱分析发现，ALDH2缺失或rs671突变小鼠在MPTP处理后脑内总铁含量显著升高。

脂质过氧化产物分析显示，ALDH2敲除小鼠脑内特定的磷脂氢过氧化物（如PE18:0/20:4-OOH）水平显著升高。此外，多不饱和脂肪酸衍生的生物活性脂质代谢物（如8,9-DHET、11,12-DHET、14,15-DHET和11,12-EET）在ALDH2缺失小鼠中也异常升高。这些结果提示ALDH2可能通过调节铁死亡通路影响多巴胺能神经元的存活。

ALDH2表达和rs671突变对SH-SY5Y细胞铁死亡的影响

在细胞水平上，研究人员使用人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞进行了系列实验。细胞活力检测结果表明，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）能够显著减轻MPP+（1-甲基-4-苯基吡啶离子）诱导的细胞毒性，而铁死亡诱导剂RSL-3则加剧了MPP+的毒性作用。特别值得注意的是，ALDH2过表达增强了细胞对MPP+和RSL-3的抵抗能力，而ALDH2敲低则使细胞更加敏感。

电子显微镜观察发现，ALDH2过表达能够减轻RSL-3诱导的线粒体损伤，表现为线粒体形态更加完整，嵴结构相对正常。生化分析显示，ALDH2过表达减轻了MPP+诱导的GSH耗竭、丙二醛（MDA）积累和活性氧（ROS）生成，而ALDH2敲低则加剧了这些铁死亡相关异常。这些结果进一步证实ALDH2通过调节铁死亡通路影响多巴胺能神经元的存活。

ALDH2与PRDX6的相互作用

为了阐明ALDH2调控铁死亡的具体分子机制，研究人员通过蛋白质免疫共沉淀-质谱分析技术筛选了与ALDH2相互作用的蛋白质。结果发现，ALDH2与多个过氧化物还原酶（PRDX）家族成员存在相互作用，其中PRDX6引起了研究人员的特别关注。

PRDX6是哺乳动物组织中发现的非硒过氧化物酶家族成员，与铁死亡关键蛋白GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）类似，PRDX6也能利用谷胱甘肽（GSH）还原过氧化氢、短链氢过氧化物、脂肪酸氢过氧化物和磷脂氢过氧化物。此外，PRDX6还具有aiPLA2（酸性钙离子非依赖性磷脂酶A2）和LPCAT（溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶）活性，能够减少脂质过氧化。

进一步的实验证实，ALDH2与PRDX6存在直接相互作用。免疫共沉淀实验显示，ALDH2能够与PRDX6蛋白结合，而rs671突变削弱了这种相互作用。体外pull-down实验和免疫荧光共定位分析进一步验证了这两个蛋白质之间的直接相互作用。

功能实验表明，PRDX6敲低部分抵消了ALDH2过表达对细胞活力和GSH含量的保护作用。脂质氢过氧化物（LOOH）含量检测结果也支持这一结论，表明ALDH2至少部分通过调控PRDX6影响铁死亡通路。

ALDH2对GPX4和PRDX6酶活性的影响

研究人员进一步检测了ALDH2对GPX4和PRDX6酶活性的影响。通过比较总谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）活性和含硒GPx（主要代表GPX4）活性，研究人员能够评估PRDX6的酶活性（总GPx活性与含硒GPx活性的差值主要代表PRDX6的酶活性）。

结果显示，ALDH2表达水平的变化不影响GPX4的酶活性，但与PRDX6酶活性呈正相关。在MPP+处理条件下，ALDH2过表达能够减轻PRDX6酶活性的下降，而ALDH2敲低则加剧了酶活性的降低。重要的是，rs671突变抵消了ALDH2对总GPx活性和PRDX6酶活性的增强作用，但不影响GPX4的酶活性。体外酶活性实验进一步证实，ALDH2重组蛋白能够显著增强PRDX6的酶活性。

研究结论与意义

本研究系统揭示了ALDH2在帕金森病中铁死亡调控中的新机制。研究发现ALDH2通过直接结合PRDX6并增强其酶活性，从而抑制多巴胺能神经元的铁死亡过程。ALDH2 rs671基因突变削弱了ALDH2与PRDX6的相互作用，降低了PRDX6的酶活性，使得多巴胺能神经元更容易发生铁死亡。

这一发现具有重要的理论和临床意义。首先，它揭示了ALDH2除已知的醛类物质代谢功能外，在调控铁死亡中的新角色，为理解帕金森病的发病机制提供了新视角。其次，研究明确了PRDX6作为ALDH2下游效应分子在铁死亡调控中的作用，丰富了铁死亡的调控网络。第三，ALDH2 rs671多态性与帕金森病易感性的关联为疾病风险评估提供了新的分子标志物。

从转化医学角度，本研究为帕金森病的治疗策略开发提供了新思路。ALDH2激动剂（如Alda-1）可能通过增强ALDH2-PRDX6信号通路，发挥神经保护作用。事实上，已有研究表明Alda-1能够减轻rotenone（鱼藤酮）和MPTP诱导的多巴胺能神经元死亡，降低ROS和4-HNE水平，改善线粒体功能。本研究为这些保护作用的机制提供了新的解释。

需要注意的是，PRDX6在神经退行性疾病中的作用存在争议。一些研究显示PRDX6可能通过其aiPLA2活性促进神经炎症，而另一些研究则表明PRDX6能够减轻氧化应激，发挥神经保护作用。这种双重角色可能与PRDX6不同酶活性的平衡有关。本研究重点探讨了PRDX6的过氧化物酶活性在铁死亡中的作用，未来研究需要进一步阐明不同酶活性在帕金森病中的具体贡献。

此外，最近的研究发现PRDX6敲低能够上调核因子E2相关因子2（NRF2）蛋白表达，通过影响血红素加氧酶1（HMOX1）调节细胞内铁稳态，进而影响铁死亡敏感性。这提示ALDH2-PRDX6轴可能通过多种机制调控铁死亡，值得进一步探索。

本研究也存在一些局限性。虽然证实了ALDH2与PRDX6的相互作用，但这一相互作用是否直接负责PRDX6酶活性的调控还需要更多证据。未来研究需要通过结构域定位突变或功能缺失实验，进一步明确这种相互作用的功能必要性。此外，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1在体内的治疗效果也需要在帕金森病模型中进行评估。

总之，本研究首次揭示了ALDH2通过增强PRDX6酶活性抑制多巴胺能神经元铁死亡的新机制，为帕金森病的发病机制理解和治疗策略开发提供了重要线索。随着对ALDH2-PRDX6信号通路功能的深入探索，有望为帕金森病患者带来新的治疗希望。