硫氧还蛋白相互作用蛋白对线粒体自噬的调节机制及其在帕金森病中的作用研究

Mitophagy dysfunction resulted by abnormal Parkin-PINK1 pathway is the main mechanism for dopaminergic neurons death. Thioredoxin-interacting protein (TXNIP) is the endogenous inhibitor of reactive oxygen species elimination. There is no report on the relation between TXNIP and mitophagy or Parkinson’s disease (PD) by now. Our group has found that TXNIP expression was induced by the treatment with MPP+. Overexpression TXNIP inhibited Parkin mitochondria translocation induced by CCCP. CoIP result suggested there was an interaction between TXNIP and Parkin. Furthermore, inhibited TXNIP expression attenuated cells injury induced by MPP+. Our team supposes that the combination of TXNIP and Parkin may block Parkin-PINK1 pathway formation, inhibit mitophagy, and result in dopaminergic neurons death. In the present study, we intend to investigate the regulatory effects of TXNIP on mitochondria function and autophagic flux in vitro. Moreover, we will evaluate the effects of TXNIP on motor function, morphology and quantity of dopaminergic neurons, and neurotransmitter in PD model mouse. These findings will support TXINP plays a key role in dopaminergic neurons death.

Parkin-PINK1通路障碍导致的线粒体自噬异常是多巴胺神经元死亡的重要机制；硫氧还蛋白相互作用蛋白（thioredoxin-interacting protein, TXNIP）是内源性抑制活性氧清除的蛋白，但目前尚未见TXNIP与线粒体自噬以及与帕金森病的相关报道。申请者前期发现：TXNIP在帕金森病模型中表达增高，抑制Parkin向线粒体转位，并与Parkin存在相互作用；干扰TXNIP表达后减轻MPP+的细胞损伤作用。由此提出假想：TXNIP可能通过与Parkin结合而阻碍线粒体自噬，最终导致多巴胺神经元死亡。本项目拟进一步开展工作，在离体水平探索TXNIP与Parkin结合对线粒体自噬的影响；在整体水平研究TXNIP对模型小鼠的运动功能、多巴胺神经元形态与数量、神经递质的影响。力求确证TXNIP是引起多巴胺神经元死亡的重要蛋白。

硫氧还蛋白相互作用蛋白（Thioredoxin-interacting Protein，TXNIP）是调控氧化应激的重要蛋白，但有关TXNIP对自噬的调控作用以及在帕金森病中的作用报道较少。在本项目中我们主要研究了1）在PD模型中TXNIP对自噬的影响以及对PD病理性蛋白α-synuclein聚集的影响；2）在高糖状态下TXNIP对多巴胺神经元线粒体自噬和神经元存活的影响。在HEK293细胞中过表达TXNIP后，自噬体标志物LC3-II表达显著增加，但自噬底物蛋白p62也显著增加，加重α-synuclein的聚集。通过立体定位注射慢病毒，在小鼠黑质中过表达TXNIP后能够导致多巴胺神经元的丢失。进一步研究发现TXNIP能够抑制溶酶体膜蛋白ATP13A2的表达，损伤溶酶体的功能；构建质粒过表达ATP13A2后能够减轻TXNIP对自噬流的抑制作用，缓解α-synuclein的聚集。在链脲霉素建立的糖尿病小鼠模型中，小鼠中脑中TXNIP表达显著增加，多巴胺神经元中ROS显著增高，同时线粒体自噬相关蛋白PINK1表达显著下降。高糖状态能够进一步加剧MPTP引起的黑质多巴胺神经元丢失，加重纹状体多巴胺神经递质的降低。在离体实验中，高糖刺激能够诱导PC12细胞中TXNIP的表达。利用LAMP1和COX IV分别标记溶酶体和线粒体，激光共聚焦显微镜下观察溶酶体和线粒体的共定位情况，发现高糖刺激和过表达TXNIP均能显著抑制CCCP处理后细胞中线粒体和溶酶体的共定位。而在PC12细胞中抑制TXNIP表达后，则线粒体和溶酶体的共定位增多，抑制高糖诱导产生的ROS，并减轻高糖对PC12细胞的损伤。本研究发现TXNIP能够通过抑制自噬导致PD中多巴胺神经元的死亡，并且发现TXNIP在高糖状态下能够导致线粒体自噬障碍，是加剧多巴胺神经元丢失的重要蛋白。本研究有助于进一步认识TXNIP在PD中的作用，并且能够为PD的防治提供新的靶点。