GSK3β与ERK1磷酸化亨廷顿蛋白在亨廷顿病神经元功能障碍和细胞死亡中的拮抗作用机制研究

本研究针对亨廷顿病(HD)中亨廷顿蛋白(HTT)异常磷酸化导致神经元死亡的机制，通过定量质谱蛋白质组学、果蝇遗传学及激酶抑制剂实验，首次揭示GSK3β和ERK1对HTT的磷酸化具有拮抗作用：GSK3β加剧多聚谷氨酰胺(polyQ)扩展引起的轴突运输缺陷，而ERK1通过磷酸化HTT发挥神经保护功能。该发现为靶向GSK3β/ERK1通路治疗HD提供了新策略。

　　

亨廷顿病(HD)是一种由HTT基因CAG重复扩增导致的致命神经退行性疾病，患者表现为运动障碍、认知衰退和过早死亡。尽管已知突变HTT会形成毒性聚集体，但其如何干扰神经元内运输和存活信号仍不清楚。尤其值得注意的是，HTT作为一种支架蛋白参与膜相关过程（如内吞和囊泡运输），但polyQ扩展如何改变HTT的膜结合特性及其与激酶的相互作用尚未阐明。

美国纽约州立大学布法罗分校的Thomas J. Krzystek团队在《Cell Death and Disease》发表的研究，首次系统揭示了GSK3β和ERK1通过磷酸化HTT在HD中发挥拮抗作用的分子机制。研究人员利用HD患者来源的诱导多能干细胞(iPSC)分化的神经元，结合定量质谱、激酶活性分析和果蝇模型，发现polyQ扩展导致HTT相关膜蛋白组和激酶组的显著重编程，其中GSK3β和ERK1共同靶向HTT的Ser²⁶⁵⁷位点，但产生相反的表型效应。

关键技术方法包括：1) 从Q17(正常)和Q109(HD) iPSC神经元分离HTT相关膜组分进行定量质谱分析；2) 体外激酶实验验证GSK3β/ERK1对HTT的磷酸化；3) 利用APPL-GAL4驱动的果蝇HD模型（表达HTTex1-Q103-eGFP）评估激酶抑制剂的表型挽救效果；4) 通过TUNEL染色和轴突运输分析量化神经元死亡与功能障碍。

研究结果分为四个关键发现：

1. 致病性HTT破坏膜相关激酶网络
   质谱分析显示HD神经元中GSK3α/β膜结合增加且活性增强（pTyr²⁷⁹/pTyr²¹⁶），而ERK1和AKT1减少。HTT免疫沉淀物中鉴定出56个激酶异常富集，涉及PI3K/AKT、MAPK和mTOR通路。

2. GSK3β与ERK1均可磷酸化正常/突变HTT
   体外激酶实验证实GSK3β和ERK1直接磷酸化HTT，且CHIR99021(GSK3β抑制剂)和SCH772984(ERK抑制剂)分别阻断该过程。值得注意的是，两种激酶共享Ser²⁶⁵⁷磷酸化位点，提示交叉调控可能。

3. GSK3β加剧HD病理表型
   在果蝇模型中，抑制GSK3β可挽救HTT-Q103引起的运动缺陷（速度从2.1提升至3.8 cm/min）、减少轴突中HTT/CSP蛋白堵塞（下降62%），并降低神经元死亡（TUNEL⁺细胞减少75%）。相反，过表达sgg（果蝇GSK3β同源基因）加重表型。

4. ERK1发挥神经保护作用
   ERK抑制导致HTT-Q103果蝇运动能力进一步恶化（速度降低40%），增加脑内HTT聚集（升高2.3倍）。而过表达rl（果蝇ERK同源基因）可逆转这些表型，证实ERK通过清除HTT聚集体发挥保护功能。

这项研究的突破性在于揭示了HTT磷酸化的双向调控机制：GSK3β通过促进HTT异常聚集和运输障碍加剧神经退化，而ERK1通过拮抗这些过程维持神经元存活。特别值得注意的是，两种激酶共享Ser²⁶⁵⁷位点，为开发"双靶点"调节剂提供了结构基础。目前已有GSK3β抑制剂（如锂盐）和ERK激活剂（如Fisetin）处于临床前研究阶段，该发现为优化这些药物的联合应用策略提供了理论依据。此外，研究建立的iPSC-果蝇跨物种模型为快速筛选HD治疗靶点提供了新平台。未来需要进一步解析Ser²⁶⁵⁷磷酸化如何改变HTT的构象及其与分子马达（如kinesin-1/dynein）的相互作用，以开发更精准的干预措施。