靶向Cdc42改善帕金森病小鼠运动表型并揭示α-突触核蛋白毒性的年龄依赖性易感机制

《iScience》：Targeting Cdc42 improves motor phenotype in Parkinson’s disease mice and reveals age-dependent susceptibility to α-synuclein

本刊推荐：为解析衰老与α-突触核蛋白(α-syn)寡聚体在帕金森病(PD)中的协同作用，研究人员利用可诱导α-syn寡聚体小鼠模型，发现相同暴露时长仅引起老年小鼠运动缺陷，且α-syn寡聚体形成早于表型出现。单核RNA测序(snRNA-seq)揭示基底节神经元中PD相关转录特征与衰老特征部分重叠。药理抑制小GTP酶CDC42可改善老年症状小鼠运动功能而不影响寡聚体负荷，表明靶向衰老相关通路而非单纯清除α-syn寡聚体或为PD治疗新策略。

　　

当我们谈论帕金森病时，有两个因素始终占据核心地位：衰老和α-突触核蛋白的异常聚集。这种神经退行性疾病通常在中老年时期发病，患者会经历震颤、肌肉僵硬和运动迟缓等一系列症状，严重影响生活质量。尽管科学家们已经知道α-突触核蛋白的异常折叠和聚集是帕金森病的关键病理特征，但一个根本问题一直悬而未决：为什么这种疾病主要在老年阶段表现出来？是α-突触核蛋白寡聚体需要长时间积累才能引发症状，还是衰老本身使得大脑变得脆弱，更容易受到蛋白质异常聚集的伤害？

为了回答这个问题，德国神经退行性疾病研究中心和多所大学的研究团队进行了一项深入研究，他们的成果发表在《iScience》期刊上。研究人员采用了一种精巧的可诱导α-突触核蛋白寡聚体小鼠模型，这种模型允许他们精确控制α-突触核蛋白表达的时间和时长。通过比较不同年龄阶段的小鼠对α-突触核蛋白寡聚体的反应，他们发现了一个令人惊讶的现象：年轻小鼠即使表达α-突触核蛋白寡聚体长达5个月，也不会出现明显的运动障碍；而老年小鼠在同样时长的暴露下，却表现出明显的帕金森病样运动缺陷。

更为关键的是，研究人员发现α-突触核蛋白寡聚体的形成实际上早于运动表型的出现。年轻小鼠脑中已经存在相当水平的寡聚体，但它们并未表现出运动障碍。这一发现提示我们，单纯的α-突触核蛋白寡聚体可能不足以引发疾病，还需要其他因素的参与——而衰老很可能就是这个“催化剂”。

研究团队随后将目光投向了一个与衰老密切相关的分子——CDC42。这种小GTP酶在多种组织和细胞类型中随年龄增长而活性增强，并与衰老相关表型有关。当他们使用特异性抑制剂CASIN抑制CDC42活性时，取得了显著效果：老年症状小鼠的运动功能得到明显改善，而α-突触核蛋白寡聚体水平却没有变化。这一发现表明，针对衰老相关通路的干预可能比单纯试图清除α-突触核蛋白聚集更为有效。

为了深入探索分子机制，研究人员采用了单核RNA测序技术，对小鼠脑组织中的不同细胞类型进行了全面分析。他们特别关注了基底节中的GABA能神经元（GABA-Rgs9集群），因为这些神经元在运动控制中起着核心作用，并且在帕金森病中受影响显著。通过比较不同实验条件下的基因表达差异，他们鉴定出了两个关键的基因特征：“PD起始特征”（在症状出现前就已发生变化）和“PD特征”（与严重运动缺陷相关）。

主要技术方法包括：使用可诱导α-突触核蛋白寡聚体小鼠模型（S1/S2模型）进行年龄分层对照实验；通过加速旋转棒测试评估运动功能；采用尺寸排阻色谱和高斯荧光素酶活性检测分析α-突触核蛋白寡聚体特征；应用单核RNA测序技术解析细胞类型特异性转录组变化；通过蛋白质组学分析差异表达蛋白；利用CDC42特异性抑制剂CASIN进行药理干预实验。所有动物实验均遵循德国动物福利法规定。

研究结果

年龄而非寡聚体暴露时长决定运动表型

研究人员设计了精巧的实验方案，在不同年龄阶段（年轻、中年、老年）诱导α-突触核蛋白寡聚体表达，并比较了短期表达（5个月）与终身表达对运动功能的影响。结果显示，年轻小鼠（1-6个月）无论是否表达α-突触核蛋白寡聚体，运动能力均无显著差异。然而，当小鼠进入中年（11-16个月）和老年阶段（19-24个月）时，α-突触核蛋白寡聚体表达导致明显的运动功能下降。值得注意的是，老年阶段才开始表达α-突触核蛋白寡聚体的小鼠（仅表达5个月）与终身表达的小鼠表现出相似程度的运动障碍，这表明年龄而非寡聚体暴露时长是决定表型的关键因素。

α-突触核蛋白寡聚体特征与运动表型解离

通过生化分析，研究人员发现了一个有趣的现象：年轻小鼠脑中已经存在丰富的α-突触核蛋白寡聚体，其组成特征与老年小鼠相似。这表明α-突触核蛋白寡聚体的形成早于运动表型的出现。随着年龄增长和表达时长增加，寡聚体组成发生变化，较大的聚集物（>430 kDa）和8-16聚体在终身表达的老年小鼠中更为丰富。然而，这些变化与运动缺陷的严重程度并不完全对应，进一步支持了“寡聚体必要但不充分”的观点。

CDC42抑制改善运动功能而不影响寡聚体负荷

基于CDC42在衰老过程中的已知作用，研究团队测试了抑制CDC42活性对帕金森病表型的干预效果。他们在症状出现前后（12个月和20个月）给小鼠注射CASIN，发现这种处理显著改善了老年小鼠的运动功能。尤为重要的是，CASIN治疗并未降低α-突触核蛋白寡聚体水平，说明其 beneficial effects 是通过调节衰老相关通路而非清除病原性蛋白质实现的。

单核RNA测序揭示PD与衰老的分子交集

通过单核RNA测序分析，研究人员在基底节GABA能神经元中鉴定出了PD特异性转录特征。网络分析显示，cAMP信号通路在疾病早期就发生紊乱，包括腺苷酸环化酶5（Adcy5）、磷酸二酯酶7B（Pde7b）和10A（Pde10a）的下调，导致cAMP稳态失调和蛋白激酶A（PKA）活性降低。这一早期变化可能通过影响下游的钙信号、谷氨酸代谢型受体5（Grm5）相互作用，最终导致蛋白酶体功能和细胞骨架（轴突/肌动蛋白系统）的紊乱。特别值得注意的是，肌动蛋白基因表达下降，而肌球蛋白/动力蛋白/微管蛋白水平升高，提示轴突运输机制发生显著改变。

PD与衰老特征的分子重叠

研究人员进一步比较了PD特征基因与衰老特征基因，发现了一个包含8个基因的“病理性衰老”特征（Calm3、Ubb、Actb、Dynll1、Tubb5、Acp1、MYH10和LRRC47），这些基因在PD和衰老过程中都扮演核心调控角色。在人类帕金森病脑组织数据中，这些基因的表达变化与小鼠模型中的发现一致，验证了其临床相关性。衰老特征还显示蛋白酶体活性随年龄增长而下降，氧化损伤增加，进一步支持了衰老过程中蛋白酶体功能紊乱的观点。

研究结论与意义

这项研究提供了令人信服的证据，表明衰老不仅仅是帕金森病的时间背景，而是主动参与疾病发生的关键因素。α-突触核蛋白寡聚体在疾病早期引发cAMP/PKA信号通路紊乱，但单凭这一点不足以导致症状出现。只有当衰老相关的分子变化（如细胞骨架重组、氧化损伤和蛋白酶体功能障碍）叠加时，才会触发表型转化。

这一发现对帕金森病的治疗策略具有重要启示：针对衰老过程本身可能比单纯靶向α-突触核蛋白聚集更为有效。CDC42抑制的成功案例证明，即使不改变病原性蛋白质负荷，通过调节衰老相关通路也能改善症状。这种“ geroscience ”（衰老科学） approach 可能不仅适用于帕金森病，也对其他与年龄相关的神经退行性疾病有借鉴意义。

研究的局限性包括使用神经元通用启动子而非特异性针对多巴胺能神经元，以及人类α-突触核蛋白在鼠源背景下的表达可能影响聚集动力学。此外，CDC42参与多种细胞过程，其抑制的具体作用机制仍需进一步阐明。

总之，这项研究深化了我们对帕金森病年龄依赖性易感机制的理解，为开发新的治疗策略提供了重要线索。它提醒我们，在面对复杂的年龄相关疾病时，可能需要将目光从单纯的病原体清除转向更全面的机体状态调节，这或许是战胜神经退行性疾病的新希望。