撰文 | tac.G

帕金森氏病（Parkinson氏病）是伴有運動障礙的神經退行性疾病，已被證實其與黑質內核團多巴胺能神經元缺失有關，但其具體發病機制仍有較多未知。目前已有研究發現，線粒體功能紊亂和炎症可能爲其關鍵致病因素之一。

PINK1和Parkin的發現和功能解析是神經退行性疾病研究史上的大事件之一，關於其功能的研究頻頻出現在聚光燈下（詳見：）。Parkin最早在青少年Parkinson氏病的研究中被發現【1】，是含有UBL（Ubiquitin-like）結構域和RBR（RING-IBR-RING）結構域的泛素連接酶。PINK1（PTEN-Induced Kinase 1）最早在PTEN研究中被發現，在2004年發現其突變可致Parkinson氏病【2】。現有模型認爲，PINK1可磷酸化激活Parkin和泛素分子，使應激後損傷的線粒體發生泛素化修飾，經線粒體自噬途徑（Mitophagy）完成降解清除【3】。儘管目前已證實PINK1和Parkin突變可引起Parkinson氏病，但Pink1−/−和Prkn−/−的小鼠模型卻幾乎未見有Parkinson氏病樣運動障礙發生【4】。

加拿大蒙特利爾大學Michel Desjardins課題組在2016年Cell上曾發現在PINK1和Parkin敲除後，LPS可誘導經線粒體完成的抗原呈遞過程【5】。該研究提示，細菌的炎症性過程可能參與Parkinson氏病的病理過程。

2019年7月18日，Michel Desjardins課題組在Nature上發表題爲Intestinal infection triggers Parkinson’s diseaselike symptoms in Pink1−/− mice的研究，首次發現小鼠腸道革蘭氏陰性菌感染可誘發Pink1−/−小鼠黑質內多巴胺能神經元減少，併產生運動障礙等Parkinson氏病樣改變。該研究證實PINK1具有免疫的負調控功能，補充了Pink1−/−小鼠在Parkinson氏病模型研究中的缺陷，正式將腸道感染引入了Parkinson氏病研究者的視線。

研究人員根據既往工作推測，革蘭陰性菌感染可誘導線粒體抗原呈遞過程（mitochondrial antigen presentation，MitAP）並引起CD8+T細胞發生線粒體特應的活化。爲證實這一推測，研究人員在Raw 264.7細胞內表達了糖蛋白gB（glycoprotein B）以指示抗原呈遞，並感染了多種細菌，發現只有革蘭陰性菌可引起MitAP。且在EPEC感染中，PINK1和Parkin可抑制MitAP，該作用並不影響gB的胞質表達，而是影響了gB自線粒體經囊泡的釋放過程。同時，研究人員也並未在EPEC感染中發現線粒體蛋白降解和LC3水平發生明顯改變，提示PINK1和Parkin參與的線粒體自噬通路未參與MitAP。

隨後研究人員利用小鼠腸道感染中常用的檸檬酸桿菌（Citrobacter rodentium）感染野生型和Pink1−/−小鼠，發現PINK1的敲除未影響C.rodentium感染後毒力指徵，在兩種小鼠中也未發現腸道炎症指徵有明顯差異。但在Pink1−/−小鼠中呈現明顯的MitAP增加，表現爲線粒體OGDH（matrix protein 2-oxoglutarate dehydrogenase）特異的CD8+T細胞增多。同時，研究人員也發現這一類T細胞也同時有CX3CR1，CD107a和Granzyme B的表達，提示其具備細胞毒性功能（cytotoxicity）。

既往有文獻發現，神經元在炎症過程中可表達CX3CR1的配體分子CX3CL1，可作爲趨化因子募集炎性細胞。研究人員繼續關注是否這一類T細胞可進入腦內參與炎症過程。儘管在WT和Pink1−/−小鼠中均可見炎症細胞浸潤增多，但只在Pink1−/−小鼠中發現OGDH特異的CD8+T細胞增加。既往已有體外證據發現LPS可誘導多巴胺能神經元表達MHC-I分子，使其易感於CD8+T細胞的免疫作用。本研究人員在體外共培養中發現，與Pink1−/−小鼠神經元共培養可誘導雜交瘤細胞發生MitAP，並在共培養5天后發現40%多巴胺能神經元死亡。這些結果提示，在Pink1−/−小鼠感染模型中，發生了MitAP的CD8+T細胞在腦中浸潤增加，進而引起多巴胺能神經元死亡。

隨後研究人員對這一小鼠模型進行了行爲學監測，證實Pink1−/−小鼠在發生感染後4個月出現明顯的神經系統症狀，表現爲總體運動時間減少、總體運動距離減少、垂直方向運動減少。爬杆試驗是Parkinson氏病齧齒類模型常用的行爲學試驗，感染後的Pink1−/−小鼠在爬杆試驗中表現較差，並在外源補充了左旋多巴後出現挽救。有意思的是，在感染髮生後12個月，Pink1−/−小鼠出現的行爲學恢復正常，得以自然挽救。在進一步分析後發現，感染6個月後，Pink1−/−小鼠下丘腦和紋狀體內多巴胺能神經元下降，但在12個月後恢復正常，OGDH特異CD8+T細胞在腦中浸潤同樣減少。

本研究的關鍵之處在於將腸道感染模型引入到Parkinson氏病動物模型的研究中，從而解釋了既往Pink1−/−小鼠因缺少炎症性干預未能呈現Parkinson氏病症狀的原因。

本期的Nature爲本文配發了評論文章Lack of PINK1 protein studied in mice，認爲這項工作將既往研究中對腸道炎症和神經退行性疾病的關聯性線索上升到了分子研究層面的證據，爲進一步關於Parkinson氏病等退行性疾病的遺傳學研究提供了新的研究思路。這項工作也向我們揭示，神經退行性疾病的發生並非是單一因素促成，而是遺傳、神經病理、感染免疫乃至更多因素共同參與的病理過程。同時，本研究再次呈現了腸道穩態在疾病研究中的強大生命力，相信會有更多複雜疾病會追溯有腸道源性的病因存在。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1405-y

製版人：珂

1.Matsumine H, Saito M, Shimoda-Matsubayashi S, Tanaka H, Ishikawa A, Nakagawa-Hattori Y, et al. Localization of a gene for an autosomal recessive form of juvenile Parkinsonism to chromosome 6q25.2-27. American journal of human genetics 1997;60(3):588-96.

2. Valente EM, Abou-Sleiman PM, Caputo V, Muqit MM, Harvey K, Gispert S, et al. Hereditary early-onset Parkinson's disease caused by mutations in PINK1. Science 2004;304(5674):1158-60.

3. Gladkova C, Maslen SL, Skehel JM, Komander D. Mechanism of parkin activation by PINK1. Nature 2018;559(7714):410-14.

4. Oliveras-Salva M, Van Rompuy AS, Heeman B, Van den Haute C, Baekelandt V. Loss-of-function rodent models for parkin and PINK1. Journal of Parkinson's disease 2011;1(3):229-51.

5.Matheoud D, Sugiura A, Bellemare-Pelletier A, Laplante A, Rondeau C, Chemali M, et al. Parkinson's Disease-Related Proteins PINK1 and Parkin Repress Mitochondrial Antigen Presentation. Cell 2016;166(2):314-27.

相關文章