前言
? ? ? ?帕金森氏?。≒D）是一種以運動協調障礙和認知障礙為特征的第二大神經退行性疾病，其病因主要是投射到紋狀體的多巴胺能神經元過度死亡。紋狀體是調節精神活動與運動功能的重要腦區，主要接收來自中腦黑質（合成多巴胺的重要核團）致密部（SNc）的多巴胺能信號傳入。紋狀體屬于大腦基底神經節之一，紋狀體的中等棘狀神經元（MSNs）是GABA能神經元，直接通路MSNs（dMSNs）直接投射到基底神經節輸出端（蒼白球內部：GPi/黑質網狀部：SNr）并表達有D1類多巴胺受體。直接途徑的激活減少了基底神經節的輸出，解除對丘腦神經元的抑制作用并促進運動的產生。而間接途徑MSNs（iMSNs）通過蒼白球外側部（GPe）中的GABA能神經元和丘腦底核（STN）中的谷氨酸能神經元間接投射到基底神經節輸出端，并表達D2類多巴胺受體。該通路的激活可增加基底神經節輸出，抑制丘腦神經元的活性進而抑制運動的產生。在PD中，多巴胺功能紊亂會導致直接通路和間接通路之間的調控失衡（減弱直接通路并增強間接通路，激活基底神經節輸出端，增強對丘腦神經元的抑制作用），從而引起行為異常。這種失衡的原因是由于dMSNs和iMSNs的異常神經興奮性、多巴胺耗竭、紋狀體MSNs樹突棘可塑性改變引起。然而，其中的分子機制目前還不明確。
? ? ? ?細胞分裂周期因子42（Cdc42）是Rho GTP酶家族成員，在調節樹突棘可塑性中起重要作用。Cdc42在GDP結合的非活性狀態和GTP結合的活性狀態之間循環，而只有活性狀態的Cdc42才能與下游效應分子相互作用。例如，抑制Cdc42-p21激活激酶（PAK）通路損害海馬樹突結構和功能可塑性。異常的Cdc42信號與精神疾病和神經退行性疾病相關，在PD患者中發現Cdc42基因表達下調，但作用機制至今仍不清楚。
? ? ? ?2022年4月12日，南方醫科大學基礎醫學院張璐、張琳教授與實驗動物管理中心劉怒云教授合作在《Aging Cell》發表研究論文，證明D2R陽性神經元的Cdc42信號可調節PD樣行為。在該研究中，作者發現PD小鼠尾殼核（CPu）中的Cdc42信號顯著降低。此外，CPu中過表達組成性活性Cdc42逆轉了PD小鼠的樹突棘異常并改善了行為缺陷。D2R條件性敲除誘導的iMSNs樹突棘丟失、運動協調和認知的缺陷可被CPu中組成性活性Cdc42的過度表達所逆轉。CPu中D2R陽性神經元條件性敲除Cdc42足以誘導類似于在PD小鼠中觀察到的樹突棘和行為缺陷?？偟膩碚f，上述結果表明D2R調節的Cdc42信號受損在PD的樹突棘丟失和行為缺陷中起著重要作用。
結果
01
Cdc42活性降低導致樹突棘發生障礙和誘導PD樣行為
? ? ? ?為了研究Cdc42是否參與PD小鼠的病理生理學過程，研究人員在注射1-甲基-4苯基-1,2,3,6-四氫吡啶（MPTP）后，檢測CPu腦區Cdc42的表達變化，發現Cdc42的總蛋白水平無明顯變化，但是活性狀態的Cdc42表達明顯降低，且Cdc42下游信號分子神經系統特異的Wiskott-Aldrich 癥候蛋白（N-WASP）、PAK、Cofilin（絲切蛋白）的磷酸化水平也顯著降低，提示PD小鼠CPu腦區Cdc42信號通路出現功能障礙。
圖1. PD小鼠CPu腦區Cdc42信號水平降低
? ? ? ?隨后將Cdc42的活性病毒Cdc42-ca和Cdc42的失活病毒Cdc42-dn分別注射到CPu腦區，發現Cdc42-ca能顯著增加Cdc42的下游信號，并促進樹突棘的密度。而Cdc42-dn顯著抑制Cdc42的下游信號，并降低樹突棘的密度。
圖2. Cdc42調節CPu腦區的樹突棘發生
? ? ? ?那么活性狀態的Cdc42是否能改善PD小鼠的相關行為學呢？在PD小鼠CPu腦區注射Cdc42-ca進行運動功能、認知功能和情緒行為的檢測，行為學實驗發現Cdc42-ca能明顯改善PD小鼠的運動障礙和認知缺陷，但不影響PD小鼠的情緒行為。
02
D2R陽性神經元的Cdc42活性調節樹突棘發生和PD樣行為
? ? ? ?CPu主要的神經元類型是D1R和D2R陽性神經元，因此研究人員關注是何種類型神經元的Cdc42的活性降低介導PD樣行為。發現在PD小鼠中特異性敲除CPu的D2R后會導致Cdc42的活性明顯降低，而在PD小鼠中特異性敲除D1R后不會顯著改變Cdc42的活性。
? ? ? ?既然敲除D2R會導致Cdc42的活性降低，那么在D2R陽性神經元增加Cdc42的活性是否會改善樹突棘發生呢？進一步研究發現敲除D2R后導致神經元的樹突棘密度明顯降低，而在D2R陽性神經元中增加Cdc42的活性則可以增加D2R陽性神經元的樹突棘密度。
圖3. D2R陽性神經元增加Cdc42活性促進樹突棘發生
? ? ? ?最后研究人員關注在D2R陽性神經元增加Cdc42活性是否會改善PD小鼠的行為學。行為學實驗發現敲除D2R能誘導小鼠出現PD樣行為，而在D2R陽性神經元中增加Cdc42的活性則可以改善PD小鼠的運動障礙和認知功能。
圖4. D2R陽性神經元增加Cdc42活性改善PD樣行為
結論
? ? ? ?本文作者運用多種轉基因鼠，通過病毒操縱基因表達、藥理學手段、樹突棘重構和行為學檢測，發現增強PD小鼠的CPu腦區D2R陽性神經元的Cdc42信號，可改善PD小鼠的行為學和相關的疾病表型，為治療PD相關的運動和認知功能障礙提供了一個潛在的治療靶點。
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