α-突触核蛋白结合TrkB并阻断其信号通路导致帕金森病发生的机制研究

TrkB signaling pathway is required for the survival and normal function of dopaminergic neurons. The dysfunction of the TrkB signaling pathway plays a critical role in dopaminergic neuronal injury during the onset of Parkinson's disease (PD). However, the molecular mechanisms underlying the impaired TrkB signaling pathway remain elusive. Recently, we found that α-synuclein directly binds TrkB and blocks it downstream signaling pathway in the substantia nigra of PD patients. Nevertheless, the role of α-synuclein/TrkB binding in the pathogenesis of PD remains unclear. In the current project, we will use the cellular models and animal models such as α-synuclein transgenic mice and α-synuclein knockout mice. We will apply behavioral tests, histomorphological analysis, cell biological and molecular biological methods to investigate how α-synuclein binds TrkB and blocks its signaling pathway, to demonstrate why α-synuclein specifically binds TrkB in dopaminergic neurons, and to illustrate whether blockade of their binding using specific peptides attenuates α-synuclein-neuronal death. The results of the current project will verify the role of α-synuclein/TrkB interaction in the degeneration of dopaminergic neurons in PD, and provide novel target for the treatment of PD.

TrkB信号通路是维持多巴胺能神经元存活并发挥正常功能的必要条件，该通路功能障碍是帕金森病（Parkinson's disease, PD）多巴胺能神经元损伤的重要原因，但PD中TrkB通路功能障碍的机制不明。申请人前期研究发现PD患者黑质组织中α-突触核蛋白直接结合TrkB，并阻断其下游信号通路，但目前尚不明确这一现象在多巴胺能神经元损伤中的作用及其机制。本课题拟采用细胞模型和α-突触核蛋白转基因小鼠、α-突触核蛋白基因敲除小鼠等动物模型，联合运用动物行为学、组织形态学以及细胞生物学和分子生物学方法，深入研究α-突触核蛋白特异性结合TrkB，并阻断其下游信号通路的分子机制，明确多巴胺能神经元内促进两者特异性结合的因素，并构建特异性多肽阻断两者的结合，以阐明它们的结合在PD发病中的作用。本课题的研究结果将深化我们对PD多巴胺能神经元损伤机制的理解，为PD的治疗提供新的分子靶点。

帕金森病（Parkinson's disease, PD）是临床上常见的神经退行性疾病，其病因和发病机制不清，也缺乏有效的治疗措施。PD典型的病理变化是黑质致密部多巴胺能神经元变性缺失，残存神经元内α-突触核蛋白（α-synuclein, α-syn）异常聚集，但α-syn介导神经损伤的机制尚不明确。TrkB信号通路是维持多巴胺能神经元存活并发挥正常功能的必要条件，该通路功能障碍可导致神经损伤。本课题重点研究了α-syn通过调节TrkB通路对多巴胺能神经元的损伤作用。本课题构建了新型的α-syn转基因小鼠模型，采用这些新的动物模型和细胞模型，联合运用动物行为学、组织形态学以及细胞生物学和分子生物学方法，观察了α-syn与TrkB的结合及相关的调控机制，探索了调节α-syn的表达和剪切对TrkB通路活性、多巴胺能神经元存活以及帕金森病发生的影响。主要的研究结果包括：1）α-syn可直接结合TrkB并阻断其下游通路，导致多巴胺能神经元损伤，是PD发病的重要分子机制；2）与全长的α-syn相比，天冬酰胺内肽酶（AEP）剪切生成的α-syn（1-103）片段与TrkB的结合能力更强，对TrkB通路的阻断能力更强；3）我们制作了α-syn（1-103）片段转基因小鼠，发现此小鼠出现年龄依赖性的α-syn聚集和多巴胺能神经损伤，而且表现出PD样运动症状和非运动症状，是一个较好的新型PD转基因动物模型；4）利用特异性反义寡核苷酸（ASO）能够减少脑内的α-syn的表达，减少PD动物模型的α-syn聚集和动物行为学改变；5）环境毒素甲氰菊酯可促进α-syn的毒性作用；而我们开发的AEP抑制剂Compound #11可缓解甲氰菊酯的毒性作用；6）TrkB受体激动剂7,8-DHF可减轻α-syn的毒性作用。本课题的研究结果证实了α-syn通过阻断TrkB通路介导多巴胺能神经元损伤，深化了我们对PD发病机制的理解，也初步探索了调控α-syn对PD的治疗作用，为开发PD的治疗策略提供了新的思路。