帕金森病( Parkinson ' s Disease，PD )是一種神經(jīng)退行性和進(jìn)行性疾病，以黑質(zhì)( Substantia nigra，SN )多巴胺能神經(jīng)元變性和路易小體( Lewy body，LB )形成為特征。

由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院化學(xué)生物學(xué)研究所的Francesco A. Aprile、（瑞典）隆德大學(xué)神經(jīng)炎癥實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的Tomas Deierborg以及（西班牙）塞維利亞大學(xué)塞維利亞生物醫(yī)學(xué)研究所的Jose Luis Venero共同完成的一項(xiàng)研究“Galectin?3 shapes toxic alpha?synuclein strains in Parkinson’s disease”近期在Acta Neuropathologica（IF=15.887）上發(fā)表。該研究表明，GAL3基因的缺失導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)α Syn的積累增加，并顯著保留了多巴胺能神經(jīng)元的完整性和運(yùn)動(dòng)功能。總的來(lái)說(shuō)，該數(shù)據(jù)表明GAL3在α SYN和LB形成的聚集過(guò)程中發(fā)揮重要作用，引發(fā)PD小鼠模型中的神經(jīng)元變性。

半乳凝素‐3存在于DLB和PD患者的α‐突觸核蛋白菌株中

對(duì)來(lái)自PD患者的腦樣本也進(jìn)行了分析。與以前的研究一致，GAL3與神經(jīng)黑色素細(xì)胞的LB外層相關(guān)(圖1a )。從致密、圓潤(rùn)的沉積物到可見(jiàn)暈環(huán)的αSYN的更多彌散聚集，GAL3可以與α SYN染色共定位 (圖1b )。這一分析提示GAL3在αSYN菌株由蒼白體向路易小體進(jìn)化過(guò)程中的作用。研究發(fā)現(xiàn)GAL3存在于約40 %的PB和單LB中，并且在多葉的LB中顯著增加(圖1c )。與年齡匹配的對(duì)照組相比，PD患者皮層中GAL3的水平顯著升高(圖1d )。

總的來(lái)說(shuō)，GAL3在PD患者SN中存在可檢測(cè)的水平，這是在疾病中發(fā)揮重要作用的先決條件。事實(shí)上，在PD患者的大腦皮層中發(fā)現(xiàn)GAL3水平升高，提示與病理有潛在的相關(guān)性。在PD患者的LB中進(jìn)一步研究了GAL3與α SYN的相互作用，證實(shí)GAL3存在于LB的周圍，且GAL3 - αSYN相互作用發(fā)生在受損囊泡的膜上(圖2a-b)。同時(shí)GAL3的存在與溶酶體和內(nèi)體標(biāo)記物L(fēng)AMP1和Rab7共定位(圖2c)。

此外，通過(guò)應(yīng)用免疫組織化學(xué)和免疫熒光相結(jié)合的方法，排除了任何自發(fā)熒光偽影，以證明GAL3也存在于內(nèi)源性自發(fā)熒光脂褐素囊泡中(圖2d )。為了支持GAL3的病理作用，我們?cè)贛AP2陽(yáng)性神經(jīng)元中檢測(cè)到GAL3，但在對(duì)照病人未發(fā)現(xiàn)(圖2e)。這些發(fā)現(xiàn)有力地支持了GAL3參與α SYN菌株穩(wěn)態(tài)的觀點(diǎn)。

圖1. 半乳凝素-3 ( GAL3 )與PD患者的路易小體( LB )和蒼白小體( PB )相關(guān)

圖2. GAL3與外層LB中的溶酶體有不同程度的結(jié)合

黑質(zhì)注射AAV5‐h SYN作為PD研究的模型

在建立的過(guò)表達(dá)人α SYN ( hSYN )或綠色熒光蛋白的腺病毒PD小鼠模型中評(píng)估GAL3缺失的效果 (圖3)。

圖3. 模型驗(yàn)證-黑質(zhì)內(nèi)注射AAV5 - GFP和AAV5 - h SYN

腺病毒注射Galectin?3缺失促進(jìn)非毒性α‐突觸核蛋白菌株的產(chǎn)生

數(shù)據(jù)表明，與Gal3-KO小鼠相比，WT小鼠中可溶性毒性α SYN物種的水平更高。此外，免疫熒光分析顯示，WT小鼠中p SYN的存在與不健康的多巴胺能神經(jīng)元固有相關(guān)，表現(xiàn)為TH免疫反應(yīng)性降低和/或其樹(shù)突狀突起減少(圖4 )。

圖4. Gal3-KO小鼠表現(xiàn)出h SYN蓄積增加

小膠質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的GAL3由神經(jīng)元內(nèi)化

通過(guò)WB分析了hSYN過(guò)表達(dá)6個(gè)月后WT小鼠中腦GAL3水平。我們發(fā)現(xiàn)，與未注射的中腦相比，GAL3水平不僅上調(diào)，而且在中腦腹側(cè)也顯示了GAL3的基本組成型表達(dá)(圖5a和b)。由于反應(yīng)性小膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是表達(dá)GAL3水平最高的細(xì)胞，我們接下來(lái)在注射后6個(gè)月對(duì)WT和Gal3KO小鼠進(jìn)行了CD11B (由小膠質(zhì)細(xì)胞高表達(dá))、GAL3和pSYN的組織免疫熒光檢測(cè)。最后在SN內(nèi)檢測(cè)到一些高反應(yīng)性的GAL3+小膠質(zhì)細(xì)胞(圖5c)。此外，在檢測(cè)的細(xì)胞因子中，神經(jīng)毒性的TNF α在Gal3KO小鼠中被發(fā)現(xiàn)下調(diào)，表明慢性小膠質(zhì)細(xì)胞激活減少(圖5d )。

圖5. GAL3早期過(guò)表達(dá)導(dǎo)致慢性激活和神經(jīng)元內(nèi)化

GAL3基因缺失阻止了過(guò)表達(dá)hSYN后的神經(jīng)退行性變和運(yùn)動(dòng)損傷

為了檢測(cè)GAL3在hSYN過(guò)表達(dá)相關(guān)的神經(jīng)退行性變中的潛在作用，我們對(duì)SN進(jìn)行了免疫組織化學(xué)分析，并結(jié)合體視學(xué)技術(shù)對(duì)WT和Gal3KO小鼠SN中存在的多巴胺能神經(jīng)元數(shù)量進(jìn)行了定量(圖6a)。與WT小鼠相比，Gal3KO小鼠在注射AAV-hSYN后表現(xiàn)出更好的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，注射后6個(gè)月與注射后8周相比，WT小鼠在轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出更差的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性(圖6)。

圖6 Gal3KO完全阻止神經(jīng)退行性變，并保護(hù)運(yùn)動(dòng)損傷

結(jié) 論

因此，GAL3作為一個(gè)決定性的內(nèi)源性因子調(diào)節(jié)病變大腦中的淀粉樣蛋白沉積，是重要的神經(jīng)退行性疾病的標(biāo)志。GAL3的藥理學(xué)靶向是一種很有前途的對(duì)抗PD相關(guān)的αSYN病理變化的臨床前策略。

原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00401-023-02585-x

參考文獻(xiàn)

García-Revilla J, Boza-Serrano A, Jin Y, Vadukul DM, Soldán-Hidalgo J, Camprubí-Ferrer L, García-Cruzado M, Martinsson I, Klementieva O, Ruiz R, Aprile FA, Deierborg T, Venero JL. Galectin-3 shapes toxic alpha-synuclein strains in Parkinson's disease. Acta Neuropathol. 2023 May 18.

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

校審：Simon（brainnews編輯部）






標(biāo)簽：腦科學(xué)