DNAJC12基因敲除小鼠中枢生物胺缺陷与探索行为障碍的机制研究及其在帕金森病治疗中的意义

本研究针对DNAJC12基因突变导致的生物胺合成障碍及相关神经系统疾病，通过构建Dnajc12敲除小鼠模型，揭示了DNAJC12作为分子伴侣与TH、TPH、GCH1等关键酶的相互作用机制，发现其缺失会导致多巴胺(DA)和5-羟色胺(5-HT)合成减少、探索行为异常，为开发针对DNAJC12缺陷相关帕金森病(PD)和肌张力障碍的治疗策略提供了重要依据。

　　

在神经系统疾病研究领域，DNAJC12基因的突变一直是个令人困惑的谜题。这个编码分子伴侣蛋白的基因，当其发生双等位基因突变时，会导致一系列复杂的神经系统症状——从早发性帕金森病到婴儿肌张力障碍，从发育迟缓到智力障碍。更令人费解的是，这些患者往往伴随着中枢多巴胺(DA)和5-羟色胺(5-HT)系统的显著缺陷。虽然临床上发现补充左旋多巴(L-DOPA)和5-羟色氨酸(5-HTP)可以缓解部分症状，但长期治疗效果有限，且缺乏系统的动物模型来深入研究其分子机制。

DNAJC12属于热休克蛋白40(HSP40)家族，被认为是通过与芳香族氨基酸羟化酶(AAAHs)相互作用来调节生物胺合成的辅助分子伴侣。这些羟化酶包括苯丙氨酸羟化酶(PAH)、酪氨酸羟化酶(TH)和色氨酸羟化酶(TPH)，它们都需要四氢生物蝶呤(BH₄)作为辅因子。然而，DNAJC12如何精确调控这些酶的稳定性、活性和相互作用，以及其缺陷导致神经系统症状的具体机制，仍然是未解之谜。

美国佛罗里达大学的研究团队在《npj Parkinson's Disease》发表的研究，通过构建Dnajc12敲除小鼠(DKO)模型，系统研究了DNAJC12在生物胺合成和神经系统功能中的作用。研究人员采用基因编辑技术构建了模拟人类DNAJC12 c.79-2A>G(p.V27WfsTer14)突变的小鼠模型，这个突变会导致外显子2缺失和移码，产生截短蛋白并引发无义介导的mRNA降解。

研究采用了多种关键技术方法：通过免疫共沉淀验证DNAJC12与TH、TPH1和GCH1的相互作用；利用基因编辑技术构建Dnajc12敲除小鼠；采用高效液相色谱(HPLC)检测纹状体生物胺水平；使用快速扫描循环伏安法(FSCV)测量电刺激诱导的DA释放；通过免疫印迹和免疫荧光分析蛋白表达和磷酸化状态；以及全面的行为学测试评估运动功能。

在"DNAJC12 interacts with TH,TPH,GCH1,and HSC70 in vitro"部分，研究人员证实了DNAJC12与TH、TPH1、GCH1和热休克同源蛋白70(HSC70)形成复合物。过表达GCH1增强了DNAJC12与TH/TPH1的相互作用，而敲低DNAJC12则破坏了TH-GCH1复合物的稳定性。有趣的是，同时过表达TH和GCH1能增加内源性DNAJC12水平，暗示了一个正反馈调节机制。

"DKO mice have a loss of Dnajc12"部分显示，纯合DKO小鼠在中脑(MB)和纹状体(STR)中完全缺失Dnajc12蛋白表达。免疫共沉淀证实了内源性Th和Gch1的相互作用，这与体外实验结果一致。

行为学测试("DKO mice have impaired locomotion and exploratory behavior in open field testing at 3 M")发现，3月龄DKO小鼠在旷场实验中表现出明显的探索行为缺陷：活动距离减少、活动时间缩短、站立次数减少、平均速度降低，同时静止时间增加。这些变化提示Dnajc12缺失导致类似帕金森病的运动功能障碍。

"Th protein and its phosphorylated forms are altered in MB and STR"部分揭示了TH蛋白磷酸化的复杂变化。虽然总TH蛋白水平不变，但其磷酸化状态发生区域特异性改变：在中脑，Th Ser31和Ser40磷酸化均增加；而在纹状体，pSer31减少而pSer40增加。这些变化可能反映了对DA合成减少的代偿性反应。

"DKO mice have reduced striatal DA and 5-HT"部分通过HPLC分析显示，DKO小鼠纹状体DA及其代谢物DOPAC、HVA显著减少，5-HT及其代谢物5-HIAA也明显降低。血浆苯丙氨酸(Phe)水平升高，符合DNAJC12缺陷患者的高苯丙氨酸血症(HPA)特征。

电生理研究("Loss of Dnajc12 reduces electrically-evoked DA peak response in striatal brain slices")发现，DKO小鼠纹状体切片中电刺激诱导的DA释放峰值显著降低，但DA再摄取动力学未受影响，这与纹状体DA含量减少的结果一致。

在"Expression of endocytic and/or synaptic proteins is altered in STR of 3 M DKO mice"部分，研究人员发现突触相关蛋白出现选择性变化：突触体相关蛋白25(SNAP25)减少，而内吞蛋白A1(Endo A1)增加，提示突触小泡循环和神经递质释放过程受到影响。

讨论部分指出，这项研究首次在动物模型中系统再现了人类DNAJC12缺陷的主要特征：生物胺合成障碍、运动行为异常和轻度HPA。特别重要的是，研究揭示了DNAJC12通过稳定TH-GCH1复合物来调节DA合成的分子机制。TH磷酸化的区域特异性变化可能反映了神经元胞体(中脑)和轴突末端(纹状体)对DA缺乏的不同代偿策略。

这项研究的临床意义在于：首先，DKO小鼠为测试BH₄补充疗法和基因治疗策略提供了理想的临床前模型；其次，发现同时靶向DA和5-HT系统的联合治疗可能比单一疗法更有效；最后，纹状体突触蛋白的变化提示DNAJC12缺陷可能影响神经传递的多个环节，这为开发新的治疗靶点提供了思路。

未来研究可以进一步探索DNAJC12在不同神经元亚群中的特异性作用，以及年龄增长对DKO小鼠表型的影响。此外，开发组织特异性敲除模型将有助于解析DNAJC12在外周和中枢神经系统中的不同功能。这些工作将推动针对DNAJC12缺陷相关疾病的精准治疗策略的开发。