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引言
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帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是僅次于阿爾茨海默病的第二常見的神經退行性疾病。隨著人類平均壽命的延長，帕金森病的患者人數也將出現增長，預計到2040年，全球帕金森病病例將達到1400萬之巨。因此開發治療帕金森病的新藥已呈刻不容緩之勢。帕金森病的病理特征表現為兩個主要特點，一是中腦黑質（substantia nigra compacta，SNc）中的多巴胺能神經元丟失，二是α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-Syn）的錯誤折疊、聚集所導致的路易小體（Lewy body）的形成。最終表現為運動遲緩、僵直以及靜止性震顫等典型的臨床癥狀。
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醉茄素A（Withaferin A, WA）是從南非醉茄中分離出的一種甾體內酯類成分。醉茄素A被報道具有廣泛的抗炎、抗氧化效應，在多種神經系統疾病中均表現出了良好的保護作用。然而，醉茄素A發揮神經保護作用的分子靶點和分子機制仍不明確。在本文中，北京大學鄭瑞茂教授團隊在不同的帕金森病動物模型中分別驗證了醉茄素A對中腦多巴胺神經元的保護作用。使用高通量測序結合生物信息學手段，作者鑒定并驗證了DJ1-Nrf2-STING通路作為WA的靶點介導了WA抗帕金森病變的功能。本文闡明了醉茄素A治療帕金森病的分子機制，提示醉茄素A作為抗帕金森病藥物的線索。
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醉茄素A在不同帕金森模型小鼠中起到神經保護作用
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為了驗證WA在帕金森病中發揮神經保護作用，研究者首先在MPTP誘導的帕金森小鼠模型中分別腹腔給予WA（或對照）處理。通過多種組織學和蛋白質印跡檢測，發現相比給予溶劑對照，WA處理可以顯著抑制帕金森模型鼠黑質-紋狀體通路中多巴胺神經元的丟失。轉棒、爬桿等行為學實驗的結果表明，WA處理可以顯著減輕帕金森模型動物的運動障礙癥狀（圖1）。
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圖1 醉茄素A在MPTP誘導的帕金森模型動物中發揮神經保護作用
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本文中除了采用經典的藥物誘導帕金森動物模型之外，為了模擬人類帕金森患者從早期到晚期病情逐漸加深這一時間進程，研究者將攜帶了人類α-突觸核蛋白（human α- synuclein，h-αsyn）的腺相關病毒（adeno-associated virus，AAVs）AAV2/9-hsyn-αsyn-GFP注射在小鼠的一側黑質（圖2A）。組織學結果表明病毒注射后21天即可觀察到α-突觸核蛋白在黑質的TH陽性（TH是酪氨酸羥化酶，是多巴胺神經元的分子標志物）神經元中表達。α-突觸核蛋白的過表達導致了黑質區多巴胺能神經元的丟失，并對動物的運動功能造成了損害。蛋白質印跡實驗顯示，WA處理后小鼠腦組織中不溶性α-Syn和磷酸化的α-Syn（p-α-syn）含量相比溶劑對照處理均表現出下降趨勢。WA處理同時降低了黑質多巴胺神經元的丟失，并減輕了動物的運動損傷癥狀。
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?圖2 醉茄素A在過表達α-突觸核蛋白小鼠模型中起到抗多巴胺神經元丟失的作用
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在不同帕金森動物模型中的測試表明，醉茄素A處理可以顯著保護黑質的多巴胺能神經元，有效地緩解帕金森模型動物的運動能力損傷。這提示醉茄素A作為候選帕金森治療藥物的潛力。
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DJ1-NADJ1-Nrf2-STING軸是WA的作用靶點
為了破解WA發揮神經保護作用的分子機制。研究者采用全轉錄組測序的手段檢測了WA處理的帕金森小鼠黑質區各相關基因表達變化。測序結果提示，WA上調了多種與多巴胺合成、線粒體功能相關基因的表達，并穩定了MPTP導致的氧化應激、神經炎癥相關基因的改變。進一步分析表明，與干擾素刺激因子（stimulator of interferon genes，STING）相關的基因在MPTP誘導的模型小鼠的黑質中發生了高水平的改變，而WA處理則可以部分恢復這些基因表達的變化。這提示STING可能作為WA作用的重要分子靶點。STING是免疫相關的因子，可以被外源性的DNA或內源的線粒體DNA激活而導致免疫反應產生。生物信息學分析提示，帕金森相關基因DJ1和抗氧化因子Nrf2k可能與STING存在互作（圖3G）。而針對帕金森患者黑質組織測序結果的薈萃分析（meta-analysis）也表明這三個因子在帕金森病中發生了改變（圖3J）。因此以上結果提示STING相關通路可能參與了帕金森病的病理過程，而DJ1、Nrf2、STING則可能是WA發揮神經保護作用中的重要靶點。
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圖3 使用醉茄素A處理后的MPTP誘導帕金森模型小鼠黑質中的基因表達分析
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為了驗證DJ1-Nrf2-STING軸在WA介導帕金森病的神經保護作用發揮作用，研究者分別在帕金森模型小鼠和體外培養的人類多巴胺神經元細胞系（SH-SY5Y）中進行了測試。使用多種轉基因小鼠及相關測試，研究者證明STING作為一種新發現的DJ1-Nrf2的下游因子介導了一系列WA處理引發的抗神經炎癥反應，驗證了該通路作為WA的作用靶點，并提示STING作為抗帕金森的藥物新靶點的可能。
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圖4 醉茄素發揮神經保護作用依賴于DJ1
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本文中，研究者使用了帕金森動物模型制備、高通量測序及多種組織學、行為學技術，鑒定了DJ1-Nrf2-STING通路作為醉茄素A的分子靶點，參與了WA在帕金森病中對黑質多巴胺神經元的保護作用（圖5）。本文指出了STING介導的神經炎癥反應可能參與了帕金森病的病理過程，并揭示了其作為帕金森病治療的藥物靶點的潛力。本文為帕金森病發病機制的探索和新藥研發的提供了新的證據。
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原文鏈接：
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https://www.nature.com/articles/s41418-021-00767-2