HDAC调控在帕金森病发病机制中作用的实验研究

Previous studies have indicated that HDAC regulation is involved in the pathogenesis of Alzheimer's Disease (AD) and could be a potent molecular target for AD treatment. In Parkinson's Disease (PD), HDAC6 possibly initiates the formation of Lewy bodies (LBs), and HDAC4 and HDAC6 are components of LBs. Our preliminary data have shown that valproic acid, a classic HDAC inhibitor, serves neuroprotection on rotenone-administrated SH-SY5Y cells and up-regulates mRNA level of DAT and VMAT2 gene in these cells. Moreover, rotenone could upregulate HDAC1 protein expression level. However, further investigation is needed regarding 1) whether HDACs regulation is a key mechanism or just an innocent bystander in the pathogenesis of PD, 2) whether HDACs regulation is correlated with abnormal protein aggregation and 3) how these subtypes of HDACs relate to PD pathogenesis. In this project, we intend to assess the change of HDAC1, 4 and 6 (activity, mRNA and protein expression lever, cellular localization and function) in PD cellular and animal models. Furthermore, in dopaminergic cells and Caenorhabditis elegans, the effects of HDAC activator, inhibitor, HDAC overexpression and HDAC RNAi on abnormal protein aggregation and dopaminergic cell survival will be assessed, exploring the possibility of specific HDACs-targeted molecular neuroprotective treatment for PD patients.

研究表明，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）调控是神经退行性疾病阿尔茨海默病的重要发病机制和治疗靶点。帕金森病（PD）中，HDAC6在路易小体形成起始阶段发挥重要作用，且HDAC4和HDAC6是路易小体重要组分。我们前期工作表明，HDAC抑制剂丙戊酸钠对PD细胞模型有神经保护作用，并可上调DAT、VMAT2等基因表达。另外，鱼藤酮可显著上调SH-SY5Y细胞中HDAC1蛋白表达水平。然而，HDAC改变是否是PD发病机制的重要环节、HDAC改变是否与细胞内蛋白异常聚集相关以及HDAC改变是否导致PD发病等均需进一步研究。本课题拟在PD细胞和动物模型中检测HDAC1、4和6的变化（活性、mRNA和蛋白表达、定位及功能），并在细胞和线虫模型中分别通过激活、抑制、干扰、过表达相关HDAC，观察其对细胞内蛋白异常聚集和多巴胺能细胞存活的影响，探讨其在PD发病机制中的作用，为PD靶向神经保护治疗提供新线索。

目前，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）调控是否为帕金森病（Parkinson disease, PD）发病机制的重要环节尚未阐明。本课题在PD细胞模型和动物模型中，采用qPCR、Western blot、激光共聚焦、高效液相色谱-电化学等分子生物学技术，系统探究了HDAC调控在PD发病机制中的作用，得到了以下研究结果：（1）在各种PD细胞模型和动物模型中，环境毒素鱼藤酮或甲氰菊酯干预可浓度依赖性以及时间依赖性的诱发HDAC1、4和6分子表达发生变化，伴发PD重要病理性蛋白α-synuclein表达增加以及DAT、VMAT2表达下降；（2）HDAC6特异性抑制剂tubacin通过减少α-synuclein异常聚集对鱼藤酮诱导的PD细胞模型具有保护作用；（3）HDAC抑制剂丙戊酸钠（VPA）或丁酸钠（NaB）预处理可改善慢性鱼藤酮干预所致的小鼠黑质多巴胺能神经变性、蛋白异常聚集及运动功能障碍，进一步研究发现，VPA或NaB通过减少HDAC1、HDAC4表达以及增强自噬活性进而发挥神经保护作用；（4）我们进一步在VMAT2 +/-或DAT +/-不同遗传背景的基因敲除小鼠中探究了NaB对慢性鱼藤酮诱导的PD小鼠的神经保护作用及相关机制。综合以上研究结果，本课题得出如下结论：HDAC调控异常是PD发病机制的重要环节，HDAC改变与细胞内蛋白异常聚集密切相关，多种选择性或非选择性HDAC抑制剂可通过减少蛋白异常聚集、增强自噬活性、影响多巴胺代谢及储存等通路对各种PD细胞和动物模型发挥神经保护作用，从而为PD疾病修饰和神经保护治疗提供新线索。