本文由brainnews腦科學(xué)世界團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)編譯，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系授權(quán)。

帕金森病（PD）是最常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，其最主要的病理標(biāo)志是病理性α突觸核蛋白（α-syn）的淀粉樣纖維聚集，并最終導(dǎo)致中腦黑質(zhì)多巴胺能（DA）神經(jīng)元的變性死亡。

Parthanatos（一種新的細(xì)胞死亡形式）相關(guān)凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）核酸酶（PAAN），也被稱為巨噬細(xì)胞遷移抑制因子（MIF），是PD-D/E（X）K核酸酶超家族的成員，在parthanatos中起最后的執(zhí)行者作用。然而，PAAN/MIF在PD中的生物學(xué)作用尚不清楚，且缺乏特異性的PAAN/MIF核酸酶抑制劑。

2022年5月，來(lái)自美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的Valina L Dawson教授團(tuán)隊(duì)在Cell 雜志發(fā)表了題為“PAAN/MIF nuclease inhibition prevents neurodegeneration in Parkinson’s disease”的文章。

該團(tuán)隊(duì)率先明確了PAAN/MIF核酸酶在PD進(jìn)展中的作用，即α-syn通過(guò)PAAN/MIF核酸酶誘導(dǎo)神經(jīng)元變性，而PAAN/MIF的遺傳缺失和核酸酶活性突變體的缺乏均可抑制PD小鼠DA神經(jīng)元的變性死亡及行為缺陷。

此外，作者還篩選出具有良好的血腦屏障（BBB）滲透性的PAAN/MIF抑制劑PAANIB-1，并評(píng)估了其在多種PD小鼠模型中對(duì)神經(jīng)退行性變的抑制作用，為PD的臨床治療開(kāi)辟了新思路。

α-syn介導(dǎo)PAAN/MIF核酸酶誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性變

作者構(gòu)建了野生型（WT）和PAAN/MIF核酸酶敲除（KO）小鼠，并向其紋狀體內(nèi)注射重組α-syn預(yù)形成纖維（PFF）6個(gè)月后發(fā)現(xiàn)，α-syn顯著誘導(dǎo)了WT小鼠大規(guī)?；蚪MDNA的切割、紋狀體中DA神經(jīng)元的死亡及其代謝產(chǎn)物3,4-二羥基苯乙酸（DOPAC）的減少，并增加了WT小鼠在爬桿和握力試驗(yàn)中的行為學(xué)障礙，而在PAAN/MIF-KO小鼠中沒(méi)有檢測(cè)類似的病理性作用。

進(jìn)一步區(qū)分PAAN/MIF核酸酶與MIF互變異構(gòu)酶在α-syn誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性變中的作用發(fā)現(xiàn)，PAAN/MIF核酸酶，而不是MIF互變異構(gòu)酶，參與了α-syn誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性變（圖1-2）。

圖1.PAAN/MIF核酸酶敲除可抑制α-syn誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性變

圖2.α-syn誘導(dǎo)的神經(jīng)元毒性依賴于PAAN/MIF核酸酶的作用

PAAN/MIF核酸酶特異性抑制劑PAANIB-1的篩選

作者基于PAAN/MIF核酸酶DNA切割試驗(yàn)，進(jìn)行了PAAN/MIF核酸酶抑制劑大篩選環(huán)，并通過(guò)設(shè)置PAAN/MIF核酸酶體外抑制率≥60%、細(xì)胞死亡抑制率≥70%、BBB有效滲透及有效生物學(xué)濃度等條件，最終篩選出PAAN/MIF核酸酶特異性的抑制劑PAANIB-1。驗(yàn)證其生物學(xué)功能發(fā)現(xiàn)，PAANIB-1能夠有效抑制α-syn誘導(dǎo)的突觸功能障礙，并抑制PAAN/MIF核酸酶活性從而降低NAD+和細(xì)胞死亡。

進(jìn)一步探究PAANIB-1抑制PAAN/MIF核酸酶活性的具體機(jī)制，發(fā)現(xiàn)PAANIB-1通過(guò)L62和N73殘基與PAAN/MIF實(shí)現(xiàn)直接結(jié)合以抑制PAAN/MIF核酸酶活性（圖3-5）。

圖3.PAAN/MIF核酸酶抑制劑的篩選步驟

圖4.PAAN/MIF核酸酶抑制劑PAANIB-1的功能鑒定

圖5.PAANIB-1與PAAN/MIF核酸酶直接相互作用進(jìn)而抑制其活性

PAANIB-1抑制PD相關(guān)的神經(jīng)退行性變

作者首先明確了PAANIB-1沒(méi)有明顯的生物毒性，隨后在α-syn誘導(dǎo)和人源化PD小鼠模型（AAV-human-α-syn）中，PAANIB-1均明顯逆轉(zhuǎn)了α-syn誘導(dǎo)的大規(guī)模基因組DNA的切割、紋狀體中DA神經(jīng)元的死亡及其代謝產(chǎn)物3,4-二羥基苯乙酸（DOPAC）的減少，并顯著減少了WT小鼠在爬桿和握力試驗(yàn)中的行為學(xué)障礙。

同樣地，在1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶（MPTP）誘導(dǎo)的PD小鼠模型中，PAANIB-1的口服給藥可緩解MPTP誘導(dǎo)的DA神經(jīng)元變性死亡和PD小鼠行為學(xué)障礙，而不影響MPTP的代謝，即紋狀體內(nèi)MPP+濃度無(wú)明顯差異（圖6-7）。

圖6.PAANIB-1抑制α-syn誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性變

圖7.PAANIB-1抑制人源化及MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠模型的神經(jīng)退行性變

結(jié) 論

綜上所述，α-syn通過(guò)PAAN/MIF核酸酶誘導(dǎo)神經(jīng)元變性，而PAAN/MIF的遺傳缺失和核酸酶活性突變體的缺乏均可抑制PD小鼠DA神經(jīng)元的變性死亡及行為缺陷。

隨后，作者還篩選出具有良好的血腦屏障滲透性的PAAN/MIF抑制劑PAANIB-1，并評(píng)估了其在α-syn、人源化及MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠模型中對(duì)神經(jīng)退行性變的抑制作用。

本研究充分驗(yàn)證了parthanatos與人類病理學(xué)之間廣泛的相關(guān)性，為抑制PD進(jìn)展的臨床治療及PAAN/MIF核酸酶抑制劑的開(kāi)發(fā)提供了新的思路。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.020

參考文獻(xiàn)

Park H, Kam TI, Peng H, Chou SC, Mehrabani-Tabari AA, Song JJ, Yin X, Karuppagounder SS, Umanah GK, Rao AVS, Choi Y, Aggarwal A, Chang S, Kim H, Byun J, Liu JO, Dawson TM, Dawson VL. PAAN/MIF nuclease inhibition prevents neurodegeneration in Parkinson's disease. Cell. 2022 May 5:S0092-8674(22)00467-6. doi: 10.1016/j.cell.2022.04.020. Epub ahead of print. PMID: 35545089.

編譯作者：韓煒（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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