星形胶质细胞调控铁蛋白分泌参与帕金森病的作用机制研究

There is increasing evidence suggesting that nigral iron deposition is one of the key factors in Parkinson’s disease (PD). Ferritin is known to play an important role in maintaining iron homeostasis as an iron storage protein. The discovery of extracellular ferritin and ferritin in the exosomes indicates that ferritin may be not only an iron storage protein within the cells, but may also be an important factor in the regulation of tissue and body iron homeostasis. However, current researches on the secretion mechanisms of ferritin and its function mainly focus on the peripheral system. Little is known about the secretion mechanisms of ferritin in the brain and its possible involvement in nigral iron accumulation and the degeneration of dopamine (DA) neurons in PD. Therefore, in this study, using different technological methods, we will discuss the mechanisms underlying ferritin secretion from astrocytes and elucidate the possible effect of secreted ferritin from astrocyte on iron metabolism and survival of DA neurons in PD animal and cell models and Rab27a knockout mice. We will investigate whether lysosomal autophagy and exosome are involved in the secretion of ferritin from astrocytes in the brain. In addition, we will elucidate whether the secreted ferritin can be transported to DA neurons and participate in the iron metabolism and function regulation of DA neurons. Further studies will be conducted to clarify its possible pathological role in PD. This study will provide powerful evidence to clarify the physiological function of extracellular ferritin in the brain and its possible role in PD, and provide an important theoretical basis and new therapeutic target for the treatment of PD.

黑质(SN)铁沉积是帕金森病（PD）发病的关键因素之一。铁蛋白作为细胞内铁储存蛋白在维持机体铁稳态中发挥着重要作用。细胞外及外泌体铁蛋白的发现提示铁蛋白不仅是细胞内的铁储存者，而且可能是参与组织和全身铁调控的重要因素，但其功能尚不清楚。目前，对于铁蛋白的分泌机制及功能研究主要集中于外周系统，其在脑内的分泌机制，功能及其在PD中可能的病理意义尚未阐明。本项目拟在PD动物、细胞模型及Rab27a基因敲除小鼠上，深入探讨星形胶质细胞分泌铁蛋白的机制及其在多巴胺（DA）能神经元铁代谢及功能调控中的作用。阐明溶酶体自噬及外泌体分泌机制是否参与脑内星形胶质细胞铁蛋白的分泌；证实分泌的铁蛋白能够被转运至DA神经元，参与DA神经元的铁代谢及功能调控，并阐明其在PD中可能的病理意义。研究结果将对阐明细胞外铁蛋白在脑内的生理功能及其在PD中的作用及机制提供重要的理论依据，为PD的治疗提供新的靶点。

铁蛋白是细胞内主要的铁储存蛋白，由重链（H-Ferritin）和轻链（L-Ferritin）组成，其空腔可以储存多达4500个铁原子，是脑内螯合铁和储存铁的关键蛋白。近年来发现铁蛋白可以被分泌至细胞外，但其在脑内的分泌机制及可能的作用尚不清楚。我们的实验证实原代培养的星形胶质细胞能够分泌铁蛋白，而铁负载后能够增加星形胶质细胞铁蛋白的表达及分泌；阐明了溶酶体途径可能参与调控星形胶质细胞的铁蛋白分泌。此外，我们利用原代培养的星形胶质细胞和MES23.5多巴胺能神经细胞的共培养体系，发现星形胶质细胞分泌的铁蛋白可以进入MES23.5多巴胺能神经细胞；进一步实验证实原代培养的星形胶质细胞能够保护MES23.5多巴胺能细胞免受1-甲基-4-苯基吡啶离子（MPP+）诱导的神经毒性和铁死亡。而外源性去铁铁蛋白或铁蛋白预处理可以通过抑制MPP+诱导的MES23.5多巴胺能神经元的细胞存活率及线粒体跨膜电位（ΔΨm）的降低而发挥神经保护作用。此外，外源性去铁铁蛋白或铁蛋白还可能通过减少细胞内活性氧（ROS）水平和抑制细胞内不稳定铁池（LIP）的增加来保护MES23.5多巴胺能神经元。我们进一步研究了去铁铁蛋白对MPTP诱导的帕金森病（PD）小鼠模型的的神经保护作用和可能的潜在机制。实验结果证实去铁铁蛋白能够通过恢复黑质酪氨酸羟化酶（TH）的蛋白表达和TH阳性神经元的数量而显著改善MPTP诱导的PD小鼠的运动功能障碍。此外，去铁铁蛋白预处理可通过下调铁转入蛋白二价金属离子转运蛋白1（DMT1）而抑制MPTP诱导的黑质铁聚集；并可通过抑制小鼠黑质中铁死亡相关蛋白长链脂酰辅酶A合成酶4（ACSL4）的上调和铁死亡抑制蛋白1（FSP1）的下调来有效预防铁死亡，提示去铁铁蛋白可能通过抑制铁的聚集和调节铁死亡而在PD中发挥神经保护作用。以上结果表明铁蛋白的分泌调控失衡可能参与PD黑质铁聚集及铁介导的DA能神经元损伤，调控铁蛋白水平可能为PD的治疗提供新的治疗靶点和思路。