多系统萎缩中星形胶质细胞和神经元α-突触核蛋白包涵体的不同超微结构表型
脑部多系统萎缩中胶质和神经元中的α-突触核蛋白包涵体的不同超微结构表型
引言
多系统萎缩(MSA) 是一种严重的神经退行性疾病，其特征是α-突触核蛋白 (α-Synuclein, Asyn) 在脑部特定区域的异常积聚，形成病理性包涵体，主要见于神经胶质细胞（尤其是少突胶质细胞）的胞质内(Glial Cytoplasmic Inclusiones, GCIs) 这是与其他以α-Syn突触核蛋白异常为特征的疾病（如帕金森氏症和路易体痴呆）相区别的一个重要特征。这些受影响的区域主要包括黑质和壳核。然而，关于这些包涵体的形成机制，目前的理解仍然非常有限。
研究背景
该研究由Basel大学、Lausanne联邦理工学院、Vrije Amsterdam大学医学中心等多家机构的研究人员合作进行，并于2024年在《Brain》期刊上发表。研究人员包括Carolyn Böing, Marta di Fabrizio, Domenic Burger, John G.J.M. Bol, Evelien Huisman, Annemieke J.M. Rozemuller, Wilma D.J. van de Berg, Henning Stahlberg和Amanda J. Lewis。
研究方法
研究团队使用了光电相关显微术 (Correlative Light and Electron Microscopy, CLEM) 来研究八名脑组织捐献者 (分别为多系统萎缩 - 帕金森氏症变种病例) 的黑质和壳核中的α-Syn病理变化。这些捐献者的脑组织切片厚度从15μm到60μm不等。通过这种结合了光学显微镜和电子显微镜的技术，研究者们能够从细胞层面上详细观察α-Syn的病理性积聚情况。
受试者去世后脑样品处理
研究中包括的八名捐赠者提供了明确的书面同意，允许脑部尸检和脑组织用于研究。所有样品都遵照严格的伦理和法律规定处理，并经过了Vrije大学医学中心机构审查委员会的审批。脑样品分别在4%甲醛中固定24小时，然后根据需要进行进一步处理和电子显微镜成像。
光电相关显微术(CLEM)流程
为了更详细地研究α-Syn包涵体在不同细胞类型中的出现和形态，研究人员对组织切片进行了最大400倍和630倍光学显微镜观测，并用电子显微镜进一步分析关键区域。特定的病理结构在光学显微镜下用α-Syn抗体标记后，通过光电相关显微术进行进一步的电子显微镜成像，以此来确保观察到的病理结构在相同位置的光学显微镜和电子显微镜图像中都存在。
研究结果
胶质胞质包涵体 (GCIs)
研究团队在八名多系统萎缩患者中观察到196个α-Syn免疫阳性的包涵体，主要发生在黑质和壳核。通过这些高质量的成像，研究者们在少突胶质细胞中找到了128个纤维状的胞质包涵体 (GCIs)。这些包涵体的显微结构呈现出长而不分支的纤维束，且纤维束与不同程度的无定形蛋白质和细胞小泡、细胞器（包括线粒体）混杂在一起。此外，研究还发现不少GCI与自噬体、溶酶体及过氧化物酶体混合在一起，这为MSA病程中自噬路径在α-Syn积聚中的角色提供了实验证据。
神经元胞质包涵体 (NCIs)
相比于GCIs，研究人员在神经元中发现的20个NCIs在显微结构上表现出了高度的异质性，既有纤维状结构，也有膜性包涵体。在一些包涵体中，线粒体成簇分布在包涵体的周围，与近期的帕金森氏症研究结果一致，但没有发现细胞核内的纤维。
黒细胞
另外在五名患者中，研究者发现了47个形态特殊的“黑细胞”，这些细胞的细胞核明显畸形，且核质和胞质高度致密。研究发现这些细胞中存在两种不同类型的α-Syn积聚：一种是类似于GCIs的纤维束样包涵体，另一种则是未见明显的超微结构但含有大量蛋白质物质和膜片段的包涵体。
结论与意义
此项研究揭示了MSA中GCIs，NCIs及“黑细胞”显微结构的异质性。这种异质性不仅揭示了α-Syn在不同细胞类型中的多个累积和传递机制，还表明这些结构间可能存在复杂的相互作用。这些发现提供了新的视角来看待α-Syn的传递与积聚，强调了在不同类型的细胞和不同病程阶段中，α-Syn积聚可能表现出不同的形态与机制。
研究亮点
首次揭示：研究首次揭示了MSA患者脑中α-Syn免疫阳性“黑细胞”的存在及其潜在的病理学意义。
多层次的结构特征：通过CLEM，研究细致地揭示了多系统萎缩中不同细胞类型（包括少突胶质细胞和神经元）中α-Syn包涵体的多层次结构特征。
自噬通路的参与：研究观察到在MSA脑部多处GCIs中存在自噬相关的溶酶体和过氧化物酶体，这进一步支持了自噬-溶酶体路径在这些疾病中的关键作用。
展望
未来的研究应通过更全面的超结构分析，不断探索细胞特异性及阶段特异性的α-Syn积聚路径，以及通过实验模型进一步验证α-Syn在细胞间的传递机制。这不但对理解MSA的发病机制具有重要意义，还可能在α-Syn相关疾病的早期诊断和干预方面提供新的思路。