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帕金森病（PD）是常见神经退行性疾病，全基因组关联研究（GWAS）发现 α- 氨基 -β- 羧基粘康酸 -ε- 半醛脱羧酶（ACMSD）基因附近单核苷酸多态性与 PD 有关，但缺乏模型验证。研究人员构建斑马鱼 acmsd 缺陷模型，发现其无 PD 相关异常。该研究为明确 ACMSD 在 PD 中的作用提供依据。
帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一种常见的、逐渐进展的神经退行性疾病，它的主要病理特征是黑质中的多巴胺能神经元不断丢失。想象一下，大脑中的这些神经元就像一个个精密的小工厂，原本有序地生产着重要的神经递质多巴胺，维持着人体正常的运动功能。但在帕金森病患者体内，这些 “小工厂” 却接二连三地停工，导致多巴胺分泌不足，患者就会出现手抖、行动迟缓等症状，严重影响生活质量。
随着研究的深入，人们发现神经炎症在帕金森病的发病过程中扮演着重要角色。同时，全基因组关联研究（Genome - wide association studies，GWAS）也识别出了超过 90 个与散发性帕金森病相关的遗传风险变异。其中，α - 氨基 - β - 羧基粘康酸 - ε - 半醛脱羧酶（α - amino - β - carboxymuconate - ε - semialdehyde decarboxylase，ACMSD）基因引起了科学家们的注意。它位于 GWAS 峰值之下，其附近至少有四个单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphisms，SNPs）被证实与帕金森病存在显著关联。从理论上来说，ACMSD 在色氨酸通过犬尿氨酸途径的分解代谢过程中起着关键作用。在 ACMSD 正常工作时，犬尿氨酸途径会产生具有神经保护和抗炎作用的吡啶甲酸（Picolinic acid，PIC）；但当 ACMSD 功能缺失时，就会生成具有神经毒性的喹啉酸（Quinolinic acid，QUIN）。QUIN 就像一个捣乱分子，它不仅能直接激活 N - 甲基 - D - 天冬氨酸受体（N - Methyl - D - aspartic acid receptor，NMDA 受体）引发兴奋性毒性，还会增加谷氨酸的释放，抑制其再摄取和降解，同时诱导神经炎症，简直是 “多管齐下” 破坏神经元的正常功能。
然而，尽管 ACMSD 与帕金森病的这种潜在联系看起来很有研究价值，但由于一直缺乏合适的模型来进行生物学验证，ACMSD 作为帕金森病风险基因的地位始终不够稳固。为了解开这个谜团，来自英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）等机构的研究人员决定深入探索。他们构建了斑马鱼 acmsd 缺陷模型，希望通过这个模型来研究 acmsd 缺陷对帕金森病相关机制的影响，这一研究成果发表在《npj Parkinson's Disease》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用 CRISPR/Cas9 技术对斑马鱼的 acmsd 基因进行编辑，成功构建了 acmsd 基因功能缺失的斑马鱼模型（acmsd-/-）。接着，通过定量聚合酶链反应（Quantitative polymerase chain reaction，qPCR）检测相关基因的表达水平；运用整体原位杂交（Wholemount in situ hybridization，WISH）技术观察基因的表达位置和多巴胺能神经元的数量变化；采用高效液相色谱（High - performance liquid chromatography，HPLC）测定斑马鱼大脑中多巴胺和血清素的浓度；借助代谢组学分析来探究犬尿氨酸途径代谢物的变化情况 。
下面来看具体的研究结果：
- acmsd-/-突变是斑马鱼中的功能缺失突变：研究发现，斑马鱼的 acmsd 基因与人类 ACMSD 基因有较高的同源性，在斑马鱼的肝脏、肠道等组织中均有表达。利用 CRISPR/Cas9 技术构建的突变体，其 acmsd 基因发生了 1 bp 插入和 71 bp 缺失，导致外显子 6 完全跳过，产生提前终止密码子，引发无义介导的 mRNA 降解。与正常斑马鱼（acmsd+/+）相比，acmsd-/-斑马鱼幼体和成年大脑组织中的 acmsd mRNA 水平显著降低。
- acmsd-/-斑马鱼未出现明显的神经退行性表型：尽管 acmsd 基因在斑马鱼中持续表达，且成功构建了功能缺失突变，但成年 acmsd-/-斑马鱼依然存活、可育，没有明显的形态异常，寿命也与野生型相近。在与帕金森病相关的表型研究中，无论是幼体还是成年阶段，acmsd-/-斑马鱼的自发运动与 acmsd+/+斑马鱼相比没有显著差异。通过对多巴胺能神经元数量的检测，发现 acmsd-/-斑马鱼与 acmsd+/+斑马鱼在这方面也没有明显区别，并且它们对经典帕金森病神经毒素 1 - 甲基 - 4 - 苯基吡啶离子（1 - methyl - 4 - phenylpyridinium，MPP+）的敏感性相同。这表明 acmsd 缺陷不会导致斑马鱼多巴胺能神经元的丢失。
- acmsd-/-幼体未出现炎症表型：之前有假设认为 ACMSD 缺陷可能通过促炎机制促进帕金森病的发生。但研究发现，acmsd-/-幼体大脑中的小胶质细胞数量和激活比例与 acmsd+/+幼体相似，促炎细胞因子 cxcl8、il - 1β 和 mmp9 的表达水平也没有差异，这说明 acmsd 缺陷并没有引发炎症反应。
- 代谢组学分析揭示喹啉酸增加和犬尿氨酸途径酶上调：代谢组学分析证实，acmsd-/-斑马鱼体内的喹啉酸显著增加，同时犬尿氨酸途径的两个分支出现上调。其中，犬尿喹啉酸与犬尿氨酸的比例以及 3 - 羟基犬尿氨酸与犬尿氨酸的比例均有所增加，这表明犬尿氨酸转氨酶（Kynurenine aminotransferase，KAT）和犬尿氨酸 - 3 - 单加氧酶（Kynurenine - 3 - monooxygenase，KMO）的活性增强。
综合上述研究结果，在这个斑马鱼模型中，acmsd 缺陷并没有导致与帕金森病相关的表型。这一结论意义重大，它表明 ACMSD 作为帕金森病风险基因的证据并不充分。之前关于 ACMSD 与帕金森病的关联大多基于基因层面的初步发现，缺乏足够的生物学验证。而这项研究通过构建斑马鱼模型进行深入探究，为进一步明确 ACMSD 在帕金森病发病机制中的作用提供了重要依据。同时，研究中发现的犬尿氨酸途径的补偿性上调，也为理解帕金森病的发病机制和寻找潜在治疗靶点提供了新的思路。未来，还需要更多的研究来深入探讨 ACMSD 以及犬尿氨酸途径在帕金森病中的作用，也许在不断探索中，我们能找到攻克帕金森病的新方向。
