新的证据揭示了帕金森氏症是如何发生的

贝勒医学院和德克萨斯儿童医院的研究人员发现了一种名为帕金森病的早期帕金森病的发展过程中意想不到的新的关键因素。这些关键角色是神经酰胺，细胞膜内发现的脂质分子家族。研究人员提出，神经酰胺是连接先前确定的细胞缺陷和独立已知与帕金森病相关的基因的关键，并提出了一种可能导致这种疾病的机制。该研究结果发表在该杂志上细胞代谢，可能会在未来产生预防或治疗这种疾病的新策略。

“许多基因与帕金森病或帕金森样疾病有关;然而，对于这些基因是如何导致这些疾病的，我们仍然知之甚少，”通讯作者、贝勒医学院分子与人类遗传学和神经科学教授、霍华德·休斯医学研究所研究员雨果·贝伦博士说。“在这项工作中，我们已经确定了导致这种疾病的新因素，我们认为可以在以前不相关的疾病之间提供联系基因以及这些疾病中观察到的细胞缺陷。”

“当我加入贝伦博士的实验室时，我决定研究人类PLA2GA6基因。该基因的突变会导致神经退行性疾病，包括帕金森症，”第一作者、贝勒大学分子和人类遗传学博士后林光博士说。PLA2G6基因编码一种磷脂酶，这种酶可以修饰一种叫做磷脂的脂肪。磷脂是我们神经系统的主要组成部分，但它们还没有被很好地描述。我们认为我们应该研究这种磷脂酶在这些疾病中起了什么作用。”

林和他的同事通过敲除果蝇中与人类PLA2GA6基因相当的iPLA2-VIA，开发了一种人类状态的果蝇模型，研究人员确定该基因在神经元和其他类型的细胞中表达。这些突变体果蝇它们的寿命约为正常果蝇寿命的三分之一，并呈现出与PLA2G6基因突变的人类相似的细胞特征。

林说:“我们还观察到，没有iPLA2-VIA基因的果蝇在年轻时是健康的，并表现出年龄依赖性神经退行性疾病，这证实了其他研究人员之前的结果。”

此外，研究人员还首次研究了这种突变对另外两项测量的影响:爆炸声敏感度和视觉系统的运作。邦敏是指果蝇对机械压力的反应。他们观察到，虽然正常的果蝇对爆炸没有敏感性，这意味着它们可以立即从撞击中恢复，但缺乏iPLA2-VIA基因的果蝇需要更长的时间恢复;他们在撞击后瘫痪了一段时间，这表明他们的神经系统有问题。

为了确定视觉系统的工作原理，研究人员进行了视网膜电图，以测量成年果蝇生命中不同时间内光感受器(感觉光线的神经元)的电反应。他们发现突变果蝇的电活动逐渐丧失，这一发现再次表明这些果蝇的神经系统存在缺陷。

“我们进一步进行了电子显微镜研究，以更仔细地观察神经元的结构。我们发现，在生病的果蝇中，光感受器的膜上有许多包体，块状结构，这是一种症状，说明有些事情不对劲。正常细胞中不存在内含物，”贝伦说，他也是德克萨斯州儿童医院简和丹·邓肯神经研究所的成员。“我们还在大多数线粒体中发现了结构畸形，这通常是帕金森病的一个特征，以及溶酶体的急剧增大，溶酶体是参与膜和其他细胞成分循环的细胞内结构。总之，这些结果表明iPLA2-VIA基因对维持适当的膜结构和形状很重要。”

一个惊人的发现

贝伦说:“因为果蝇iPLA2-VIA基因编码磷脂酶，一种修饰磷脂的酶，我们预计缺乏iPLA2-VIA基因的果蝇磷脂会发生变化，这与我们在果蝇中观察到的结构和功能缺陷有关。”“令人惊讶的是，我们的分析显示磷脂是正常的。我们没有预料到这一点。”

那么，什么地方不正常呢?

研究人员观察了许多类型的脂质，发现在缺乏iPLA2-VIA基因的果蝇中，几乎所有神经酰胺(对膜结构和功能很重要的脂质)的数量都增加了。这表明该基因在产生神经酰胺的途径中起作用。

贝伦说:“我们测试了去西帕明和肉豆蔻素这两种阻断神经酰胺合成的药物对缺乏iPLA2-VIA基因的果蝇的影响。”“正如预期的那样，这两种药物都导致细胞中神经酰胺的数量减少。有趣的是，与未接受药物治疗的突变果蝇相比，接受药物治疗的突变果蝇也表现出更少的神经退行性变、更少的bang敏感性、更好的视网膜电图和更少的溶酶体变化。”

为了更深入地研究这些结果，研究人员研究了细胞用于再利用和回收细胞膜中存在的神经酰胺衍生脂质的过程。细胞对这些脂质进行再利用和循环，以保持细胞膜内脂质的平衡供应。细胞通过逆转录酶介导的细胞内运输来重用这些脂质。逆转录酶可以识别这些脂质，在它们被回收之前将它们提取出来，并将它们带回膜中。没有以这种方式重复使用的脂质被运送到溶酶体，在那里它们被分解成神经酰胺，然后被纳入细胞膜。神经酰胺水平的增加使膜变硬。这进一步破坏了逆转录酶的功能，导致更多的脂质穿梭到溶酶体，在那里它们被分解产生更多的神经酰胺。这就产生了一个正反馈循环，导致神经酰胺积累并导致神经退行性变。

他们的研究结果揭示了一些线索，表明缺乏iPLA2-VIA基因的果蝇神经酰胺平衡被破坏。这些变异果蝇Vps35和Vps26的水平下降，这是retromers中对其功能至关重要的蛋白质。研究人员发现，通常iPLA2-VIA蛋白与Vps35和Vps26结合，这种结合增强了逆转录酶的功能。缺乏iPLA2-VIA蛋白会导致Vps35和Vps26的减少，并导致逆转录酶功能的破坏，这表明iPLA2-VIA蛋白稳定了逆转录酶及其功能，这是以前所不知道的。

贝伦说:“这些观察让我们预测，如果逆转录酶体有缺陷，那么溶酶体就会有额外的工作，应该会扩张，这就是我们观察到的。”“我们测试的所有改善逆转录酶功能的方法也改善了我们在缺乏iPLA2-VIA基因的果蝇中观察到的缺陷。有趣的是，vps35基因突变也会导致帕金森氏症。”

贝伦和他的同事在实验室培养的脊椎动物神经元中证实了这些结果。

此外，研究人员脊椎动物神经元中α -突触核蛋白水平高，是帕金森病的标志，会导致逆转录酶体功能障碍、溶酶体扩张和神经酰胺积累。有趣的是，这些由过量的α -突触核蛋白引发的缺陷，也可以通过同样的药物处理来减少，这些药物可以改善在缺乏iPLA2-VIA基因的果蝇中观察到的缺陷。

总之，这项工作提供了新的证据，表明新的和以前确定的已知与帕金森病之谜有关的片段之间的联系，并提出了一种可能导致这种情况的机制。

“我们发现，磷脂酶PLA2G6的缺失导致神经酰胺积累、逆转录酶功能缺陷、渐进性溶酶体扩张，最终导致进行性神经退行性变，其特征与帕金森病中观察到的特征相同。干扰神经酰胺合成的药物也能改善这种情况。我们还发现α -突触核蛋白在疾病之谜中占有一席之地，”林说。

贝伦说:“我们认为我们的工作很重要，因为它指出了导致帕金森症甚至帕金森病的潜在机制。”“我们认为磷脂酶PLA2G6的缺失或Vps35的减少会导致逆转录酶功能的中断，从而给细胞带来潜在的压力，这可能是这些情况的根源。如果逆转录酶功能被破坏，神经元就不能重用一些神经酰胺衍生的脂质，更多的脂质就会转移到溶酶体，而溶酶体必须随着时间的推移更加努力地工作，因此开始扩张。另外,随着神经酰胺细胞生成神经酰胺，神经酰胺重新分布到细胞膜和其他细胞器(如线粒体)的膜上，破坏膜的功能。我们认为，由于嵌入神经酰胺使膜变硬，这一途径逐渐变得越来越紊乱，这逐渐造成了更大的压力，以及线粒体功能障碍，最终会导致帕金森病和帕金森病。”