脯氨酸羟化酶抑制剂通过ATP13A2表达调控对多巴胺能神经元的保护性作用

Parkinson's disease is the second most common neurodegenerative disease. Currently, the transcriptional regulation on pathogentic genes of neurodegenerative diseases is attracting more and more attention. Since transcription factor could be invovled in the pathogenesis of disease via the transcriptional regulation of its downstream genes, it becomes a novel therapeutic target for neurodegenerative disease. According to the published papers including ours, prolyl-hydroxylase inhibitor (PHI) can inhibit the degradation of the transcription factor HIF-1α,since HIF-1α can upregulate the ATP13A2 expression, and the overexpression of ATP13A2 exerts a protective role on dopaminergic neurons against the manganese and α-synuclein neurotoxicity, so our hypothesis is the PHI may play a protective role on neurons via this pathway. To confirm this hypothesis, we plan to explore the PHI protective effect on neurons through the regulation of ATP13A2 in vitro, and we will further investgate its protective effect on dopaminergic neurons against the manganese and α-synuclein neurotoxicity in vivo utilizing the mice model of the sub-chronic manganese poisoning and the α-synuclein A53T transgenic mice.

帕金森病是第二大神经系统退行性疾病，目前神经退行性疾病致病基因的转录调控得到越来越多的重视，转录因子可以通过对疾病相关基因的转录调控从而参与神经退行性疾病的发病机制，成为了神经退行性疾病治疗研究的新兴靶点。我们的前期研究和既往的报道表明脯氨酸羟化酶抑制剂（PHI）可以抑制转录因子HIF-1α的降解，而HIF-1α可以使ATP13A2表达上调，ATP13A2的高表达能够对抗锰和α-synuclein的神经元毒性，对多巴胺能神经元细胞起到保护作用，因此我们认为PHI可能通过该通路对神经元起到保护性作用。本研究拟在细胞水平探讨PHI通过HIF-1α对ATP13A2的调控从而对神经元的保护性作用，并进一步给予亚慢性锰中毒小鼠和α-synuclein A53T转基因小鼠PHI处理，在体内水平探索PHI对于Mn毒性和α-synuclein引起的多巴胺能神经元损伤的保护性作用。

本研究利用ATP13A2荧光素酶报告基因质粒转染神经元细胞，并给予pHA-HIF-1α质粒共转染或脯氨酸羟化酶抑制剂DMOG处理，进行启动子活性检测，提示HIF-1α过表达或DMOG可以增加ATP13A2荧光素酶报告基因质粒的转录活性；为了进一步在体外水平探索DMOG通过ATP13A2表达调控对多巴胺能神经元的保护性作用，本研究将ATP13A2-SiRNA转染神经元细胞或给予PD环境毒素Mn处理神经元细胞，同时给予DMOG处理，结果提示DMOG 可以恢复细胞增殖，增加神经元的存活率，提示DMOG可以对神经元细胞起到保护性作用；同时为了在体内水平进一步证实DMOG对多巴胺能神经元的保护性作用，本研究构建了锰诱导PD小鼠小鼠模型，并给予DMOG治疗，免疫组化结果证实DMOG可以显著增加TH阳性多巴胺能神经元数目， RT-PCR检测表明DMOG处理显著增加ATP13A2以及TH的表达水平，同时行为学检测表明DMOG可以显著改善小鼠的行为学；我们进一步对Mn环境毒素诱导的PD小鼠模型进行了全基因组DNA甲基化分析，与正常对照小鼠相比筛选出DNA甲基化修饰水平有差异的基因共913个，pathway分析提示这些差异性基因在HIF-1α通路等通路有富集，而这913个甲基化水平改变的基因中有226个基因在给予DMOG药物后甲基化水平得到恢复；此外，我们给予C57/BL雄性小鼠a-syn嗅球注射构建α-synuclein小鼠模型，并给予DMOG腹腔注射，结果提示DMOG注射可显著减少a-syn的沉积，提示DMOG可能可以对α-synuclein毒性起到拮抗作用。总之，本研究在细胞水平和动物水平初步证实了PHI对神经元的保护性作用，利用转录因子调控在PD领域进行治疗研究的探索，将为PD的治疗拓展新的思路。