颠覆经典理论！暨南大学李晓江团队利用猴模型发现遗传性帕金森疾病新机制

仪景通光学科技（上海）有限公司

分析测试百科网 > 行业资讯 > 微信文章

颠覆经典理论！暨南大学李晓江团队利用猴模型发现遗传性帕金森疾病新机制

OLYMPUS生命科学

2021.12.02

本文作者：暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院

杨伟莉博士（李晓江团队）

帕金森病 (Parkinson’s Disease, PD) 作为仅次于老年痴呆的第二大神经退行性疾病，在全球65岁以上人群中的发病率高达1-2%。其中PINK1基因突变可因功能缺失引发青少年型帕金森疾病，所报道的患者最早发病年龄5岁，较早的发病进程给患者带来了巨大的生活负担和经济负担。

大量体外研究表明，PINK1蛋白参与线粒体自噬及线粒体功能调控，然而现有的PINK1敲除动物模型尚无法验证这些体外研究中关于PINK1调控线粒体自噬的理论，也不能模拟PD病人脑中明显神经细胞死亡的病理特征。

因此PINK1对线粒体自噬及功能的影响作用尚缺乏体内证据，而建立能够模拟PD病人大脑中神经退变病理特征的有效动物模型将有助于理解生理状态下内源性PINK1激酶的功能及对线粒体自噬的调控作用。

2021年11月20日，暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院李晓江团队在 Protein & Cell（IF 14.870）杂志上在线发表了研究长文（Research Article）“PINK1 kinase dysfunction triggers neurodegeneration in the primate brain without impacting mitochondrial homeostasis”（灵长类大脑中PINK1激酶的功能异常可造成神经变性而不影响线粒体稳态）。

该项研究利用基因编辑猴模型与死亡人脑组织深入研究帕金森病致病基因PINK1的表达与功能，颠覆了长期以来建立在体外与小动物实验基础上的经典理论，为治疗帕金森疾病提供了新的思路及依据。

在该项研究中，研究人员利用建立的PINK1猴模型组织、Pink1敲除小鼠组织及人类组织，通过Western Blot及免疫染色观察到截短型PINK1蛋白（称为PINK1-55）仅在灵长类大脑细胞浆中丰富而特异地表达，在灵长类外周组织及小鼠组织中均较难检测到（如图1和图2）。

在过去，对PINK1体内功能研究面临较大的障碍，主要原因是啮齿类动物及多数细胞系中较难检测到内源性的PINK1蛋白表达，研究人员只能通过线粒体解偶联剂比如CCCP刺激或者通过免疫共沉淀方法才能检测到其表达。

图1. PINK1蛋白在小鼠、猴以及人体内的表达情况

图2. PINK1在人类神经元和星形胶质细胞中有表达

（使用Olympus FV3000拍摄）

该研究团队使用共聚焦显微镜观察了PINK1基因的敲除导致的猴脑内明显的神经缺失现象（如图3）。在猴脑黑质中，PINK1基因的敲除还导致了大尺度的NeuN阳性神经元细胞的缺失（如图4A）。但有趣的是，在存活的神经元中，研究团队对线粒体蛋白（TOM20）进行特异的成像发现其线粒体密度并没有和对照组有明显的差异（如图4B）。

图3. PINK1基因的敲除导致的猴脑内明显的神经缺失

（使用Olympus FV3000拍摄）

图4. PINK1基因的敲除还导致了NeuN阳性的神经元细胞的缺失

（A）PINK1敲除组的线粒体密度和对照组并无明显区别（B）（使用Olympus FV3000拍摄）

大量体外研究发现PINK1参与线粒体自噬及线粒体功能的调控，而这些研究多基于药物处理。

为了证实内源性PINK1蛋白在生理状态下对猴大脑的线粒体功能影响，研究人员除了利用电镜观察、Western Blot方法检测线粒体形态结构及线粒体功能相关蛋白的表达；还利用活细胞显微成像法检测了原代培养的猴胶质细胞中线粒体的动态变化，发现在猴原代胶质细胞中敲除内源性PINK1蛋白对胶质细胞线粒体形态，线粒体运动速度及线粒体长度均未有明显影响（如图5），挑战了过往基于大量体外实验及药物处理下的传统理论。

同时研究人员使用多色荧光成像的方式，进一步观察到内源性PINK1蛋白在生理状态下与线粒体几乎没有共定位趋势（图5B），这样的实验结果揭示了灵长类动物大脑中的PINK1蛋白在生理状态下可能具有线粒体之外的重要功能，如作为胞浆中的激酶，通过磷酸化神经细胞功能相关蛋白从而维持细胞的生存。