糖原合成酶激酶3β/α突触核蛋白/葡糖脑苷脂酶代谢通路在METH诱导神经退行性病变中的作用机制

Methamphetamine (METH) can cause neurodegeneration. In typical neurodegeneration disorders such as Pakinson Disease (PD), key neural synapse molecule α-Synuclein (α-Syn) are modified, folded and accumulated abnormally to form unique pathological lesion of Lewy body, which is harmful for neural structure and function. My previous results show that there are significant upregulations of α-Syn after METH treatment, but the underlying mechanisms for α-Syn modification, accumulation and clearance are unclear. It is shown that the expression of glycogen synthetase kinase 3β (GSK3β) is increased and can form complex with α-Syn to regulate microtubule stability in PD. Moreover, the activity of glucocerebrosidase (GCase) has decreased but α-Syn accumulated, which leads to dysfunctional lysosome. We therefore hypothesize that METH disrupts GSK3β/α-Syn/GCase metabolic pathway and leads to α-Syn abnormal accumulation, cytoskeleton damage, lysosomal impairment and finally neurodegeneration. We will use samples from autopsy, animal model and cell assays to predict this hypothesis, and our results will provide new theory basis for exploration the mechanism of METH neurotoxicity and new targets for rehabilitation.

甲基苯丙胺（METH）中毒可致神经退行性病变。以帕金森病(PD)为代表的神经退行性病变中，神经突触重要分子α-突触核蛋白（α-Syn）异常修饰、折叠及堆积，形成特征性病变Lewy小体并导致神经元结构功能损害。本人在前期研究中发现，METH作用后α-Syn表达显著增高，但真正引起α-Syn异常修饰、聚集及清除的机制不明。研究显示PD中糖原合成酶激酶3β（GSK3β）表达升高，且能与α-Syn形成复合体调节下游微管稳定性；PD中神经元溶酶体葡糖脑苷脂酶（GCase）活性减低而α-Syn累积，从而导致溶酶体功能紊乱。因此我们推断：METH可能通过干扰GSK3β/α-Syn/GCase代谢通路，导致α-Syn异常折叠聚集、细胞骨架破坏以及溶酶体功能紊乱，最后引起神经退行性病变。本研究拟通过尸检材料、动物及细胞实验证实上述推断，以期为METH神经毒性机制及寻找戒毒药物靶点提供理论基础。

为了阐明METH作用后α-syn、GSK3β的相互影响的分子机制及其神经毒性作用，本研究采用已分化的PC12细胞建立METH毒性损伤神经元体外模型，首先观察细胞形态学改变、细胞活力、细胞凋亡率检测细胞毒性损害改变，WB检测METH作用后GSK3β及磷酸化水平变化，及GSK3β对底物分子Tau、α-syn的磷酸化调节和α-syn表达调控的影响，以及对细胞毒性损伤的影响，通过免疫荧光共定位和免疫共沉淀检测P-GSK3β、P-Tau、α-syn的相互关系，确定GSK3β和α-syn在METH所致神经退行性变和神经毒性损伤中的作用。再进一步从α-syn的降解和清除机制入手，检测METH作用后对自噬和溶酶体损伤的影响，以及GSK3β在自噬溶酶体途径中的参与作用，以探索METH作用后引起α-syn过表达、聚集和异常积累的机制。结果发现，METH作用后能增加GSK3β活性，并能导致P-Tau，P-α-syn及α-syn的表达上调；抑制GSK3β活性，能下调METH诱导的P-GSK3β，P-Tau，α-syn，P-α-syn的过表达，从而减轻METH引起的细胞形态学损伤，减少细胞凋亡，增加细胞存活率，对METH引起的细胞毒性损伤发挥保护作用；METH作用后P-GSK3β与P-Tau、α-syn在胞浆中明显共定位表达，P-GSK3β与α-syn可能通过形成聚合物形式促进METH的毒性作用；METH作用后导致自噬标记蛋白P62、LC3-II的表达升高，溶酶体酶GCase及其转运受体LIMP-2表达下降，抑制GSK3β活性能逆转上述蛋白的表达趋势。上述结果证实，GSK3β和GCase能调控α-syn的表达，其所介导的自噬溶酶体损伤参与了METH所致的α-syn的过表达和聚集。GSK3β/α-syn/GCase通路在METH诱导的神经退行性变和神经毒性中具有重要作用。为进一步阐释METH诱导神经退行性变的机制以及法医病理诊断和寻找药物靶点奠定良好基础。