Tetramethylpyrazine Nitrone 促进 α-突触核蛋白的清除：NRF2 介导的 UPS 活化

背景

帕金森病（Parkinson’s Disease，PD）是一种常见的神经退行性疾病，其主要特征是黑质（substantia nigra）中多巴胺能神经元（Dopaminergic Neurons）的退行性病变，以及Lewy小体（Lewy bodies）的形成，其中α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）的聚集是主要成分。这些病理特征在PD的家族性和散发性形式中都有所遗见。尽管目前关于PD神经元损失的详细分子机制尚不明确，但多种证据支持α-syn在PD病理机制中的关键作用。

目前的PD治疗策略主要包括多巴胺替代疗法，但这类疗法只能缓解运动症状，缺乏对疾病进展的修饰作用。基于α-syn在PD发病机制中的关键作用，围绕α-syn展开的治疗研究显得尤为重要，在药物开发中，α-syn的清除、其聚集的抑制和其表达水平的降低等策略都在探索之中。

NRF2（Nuclear Factor Erythroid 2-Related Factor 2）是细胞对抗氧化应激反应的主要转录调控因子。NRF2通过结合抗氧化反应元件（Antioxidant Response Element, ARE）来调控多种抗氧化酶和二相酶基因的表达。已有研究表明NRF2可以通过缩短α-syn的半衰期来加速其清除。同时，NRF2的缺乏和α-syn共存会促进蛋白质聚集、神经炎症和神经元死亡。

PGC-1α（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor γ Co-Activator 1α）是一个重要的转录共激活因子，与NRF2结合控制线粒体相关蛋白的表达，从而调节线粒体生物合成、呼吸和抗氧化防御系统。研究发现PGC-1α在PD大脑中表达下调，激活或过量表达PGC-1α可以减少α-syn的聚集。

在此背景下，本文提出了通过激活PGC-1α和NRF2信号通路来调控UPS（Ubiquitin–Proteasome System）以清除PD中的α-syn。

研究来源和作者信息

本文由Baojian Guo、Chengyou Zheng、Jie Cao、Xiaoling Qiu、Fangcheng Luo、Haitao Li、Simon Mingyuan Lee、Xifei Yang、Gaoxiao Zhang、Yewei Sun、Zaijun Zhang和Yuqiang Wang等学者共同撰写。研究团队来自济南大学的药学院、佩贾大学深圳研究生院、遵义医科大学、澳门大学和深圳市疾病预防控制中心等机构。论文发表在2024年《Neuromolecular Medicine》第26卷上。

研究工作流程

研究对象和样本处理

本文中使用了稳定表达人A53T突变α-syn的SH-SY5Y细胞模型和PC12细胞模型，还有同表达A53T突变α-syn的转基因小鼠模型（HA53T）。各对象被预处理后进行了不同的实验来测试TBN（Tetramethylpyrazine Nitrone）的作用，这些实验包括蛋白质提取、ELISA测量、西方印迹、免疫荧光染色、蛋白酶体活性测定和分子对接研究等。

行为测试

为了检测小鼠的运动功能，研究进行了杆测试和开放域测试。在实验中，HA53T transgenic mice被分为不同组，分别接受TBN或盐水处理，然后进行行为测试以评估TBN的神经保护效果。

蛋白质提取和测定

通过对细胞和小鼠样本进行蛋白质提取，研究测定了α-syn的含量及其磷酸化形式，并观察了TBN对PGC-1α、NRF2等相关蛋白的表达和活性的影响。

蛋白酶体活性测定

研究利用Proteasome-Glo™试剂盒测定了蛋白酶体中三种亚基的酶活性，包括胰蛋白酶样活性、胰酶样活性和胰凝乳蛋白酶样活性，来探讨TBN在体外对UPS的影响。

主要研究结果

TBN的神经保护效果

在HA53T小鼠模型中，TBN处理后，小鼠的体重没有显著变化，但其动作协调能力（杆测试）显著改善，活动距离增加，同时减少了血清中的α-syn水平，减少了氧化性损伤产物3-NT和4-HNE的生成。

TBN促进α-syn的清除

体外实验结果表明，TBN能够显著降低MPP+和6-OHDA诱导的α-syn过表达，并减少磷酸化α-syn（Ser 129）的表达。在PC12细胞中过表达突变α-syn的条件下，TBN显著增加了胰凝乳蛋白酶样活性，却不影响胰蛋白酶样和胰酶样活性。另一方面，mg132（蛋白酶体抑制剂）和CQ（溶酶体抑制剂）显著阻断了TBN的α-syn清除效果，表明TBN通过UPS和ALP途径加速α-syn的降解。进一步研究显示，TBN能显著上调PGC-1α和NRF2表达，在NRF2 siRNA作用下，TBN对α-syn清除的效果被完全阻断。

研究结论和意义

研究表明，TBN对PD的多种模型具有显著的神经保护作用。TBN通过激活PGC-1α/NRF2通路来增强UPS对α-syn的降解，并减轻氧化应激和突变α-syn引起的线粒体功能障碍，从而为潜在的PD疾病修饰疗法提供了一条新的途径。这项研究不仅揭示了TBN在PD治疗中的潜力，还强调了PGC-1α/NRF2激活作为PD基础机制的重要靶点。

研究亮点

• 发现和验证了TBN对多种PD模型的神经保护效果：这种小分子不仅可以显著减轻α-syn诱导的氧化损伤，还能够促进其清除。
• 深入探讨了TBN作用机制：证明了NRF2作为关键转导因子，通过PGC-1α/NRF2途径调控UPS活性以清除α-syn。
• 提出了一种潜在的疾病修饰疗法：相比于α-syn抗体，TBN在透过BBB和激活内源性细胞防御方面表现出了优势，为未来临床应用打下基础。

这项研究不仅为TBN提供了科学基础，同时也为PD治疗领域带来了新的希望。未来研究将进一步验证TBN的具体分子靶点和作用机制，从而促进其应用于临床，造福更多患者。