Cav1.2和Cav1.3型Ca2+通道介导帕金森病发病过程中黑质铁选择性聚积的机制探讨

Iron accumulation plays a key role in the degeneration of dopamine neurons in Parkinson’s disease (PD). However, the possible mechanisms of iron accumulation in the substantia nigra pars compacta (SNpc) are unknown. Previous studies in our laboratory showed that L-type Cav1.2 calcium channels were involved in this nigral iron accumulation and dopamine neuron degeneration. It was reported that the reliance on Cav1.3 calcium channels to drive pacemaking is the critical factor of dopamine neuron degeneration in SNpc. Yet no evidence for the relationship between activation of Cav1.3 calcium channels and iron accumulation exist. The aim of the present study is to investigate the role of Cav1.2 and Cav1.3 calcium channels in the nigral iron accumulation in PD, as well as the underlying mechanisms. We hypothesize that activation of Cav1.2 and Cav1.3 calcium channels may induce iron currents in the dopamine neurons. The reliance on Cav1.3 calcium channels to drive pacemaking may induce nigral iron accumulation in the early stage of PD. Iron accumulation may facilitate calcium influx thereby accelerated dopamine neuron degeneration. This will provide new research results and strategies for the prevention and treatment of PD.

黑质铁的选择性聚积是帕金森病（PD）黑质多巴胺（DA）能神经元退变死亡的重要因素。本室前期研究证实，Cav1.2型Ca2+通道参与黑质铁的聚积及DA能神经元的死亡，但机制不清。近期文献报道，Cav1.3型Ca2+通道持续开放是黑质DA能神经元选择性死亡的原因，但Cav1.3型Ca2+通道与PD黑质铁聚积的关系尚未见报道。本项目拟在Cav1.3型Ca2+通道基因敲除小鼠和经典的PD动物模型上，综合应用脑片膜片钳、离子成像、动物行为学等技术方法，探讨Cav1.2和Cav1.3型Ca2+通道介导黑质铁选择性聚积的机制。拟证实Cav1.2和Cav1.3型Ca2+通道直接介导黑质铁转运；Cav1.3型Ca2+通道开放是PD早期黑质铁选择性聚积的重要因素；铁聚积进一步影响Ca2+通道的开放动力学，加速DA能神经元的退变过程。本研究将对了解Ca2+通道在PD发病机制中的作用具有理论和应用价值。

帕金森病（Parkinson’s disease, PD）发病过程中，铁选择性聚积及特异性损伤黑质（substantia nigra, SN）多巴胺（dopamine, DA）能神经元的机制不清。研究表明，L型Ca2+通道（L-type calcium channels, LTCCs）可介导铁进入心肌细胞及培养的神经细胞。本研究拟探讨LTCCs在黑质DA能神经元损伤及其铁聚积中的作用及可能机制。研究发现：①应用LTCCs阻断剂伊拉地平不但能改善MPTP制备的PD模型小鼠的运动协调能力，保护SN区的DA能神经元以及降低SN区的铁染色阳性细胞数，还能抑制PD发病过程中LTCCs表达的增高；激活或阻断LTCCs可增强或抑制铁向原代培养的中脑神经元内转运。②LTCCs可直接介导铁转运入原代培养的中脑神经元；细胞内增加的铁引起细胞线粒体膜电位降低，活性氧自由基水平升高，最终激活caspase-3途径引起细胞的凋亡。③细胞外高铁显著增强MPP+对神经元的毒性作用；细胞外高Ca2+又可显著加重铁的毒性作用。④伊拉地平对铁造成的细胞损伤有明显的保护作用；其机制可能是通过减少铁引起的羟自由基的产生，进而改善线粒体的功能，从而抑制铁引起的凋亡。⑤干扰Cav1.2型Ca2+通道α1亚单位mRNA能显著抑制铁对细胞的毒性作用及铁向细胞内的转运，提示L型Cav1.2型Ca2+通道可能参与了铁的异常聚积。⑥杨梅黄酮可通过激活JAK-STAT和BMP-SMAD信号通路，抑制铁转出蛋白hepcidin的表达，增强铁转出，也可直接抑制鱼藤酮造成的细胞内活性氧自由基的增加，保护细胞线粒体的功能，从而发挥神经保护作用。研究结果对了解SN区DA能神经元死亡的机制具有有益的补充，对进一步了解Ca2+通道在PD发病中的作用具有一定的理论和应用价值。