《Redox Biology》：Mitochondrial acetyl-CoA reprogramming by the SIRT3–ACSS2–OPA1 axis confers resistance to ferroptosis in Parkinson’s disease
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本研究针对帕金森病（PD）中多巴胺能神经元退行性变的关键病理环节——线粒体功能障碍和铁死亡，首次揭示了SIRT3-ACSS2-OPA1信号轴通过调控线粒体乙酰辅酶A（Ac-CoA）代谢重编程，增强神经元对铁死亡的抵抗能力。研究人员通过临床样本分析、细胞与动物模型实验，结合分子对接、染色质免疫共沉淀等技术，证实SIRT3通过去乙酰化激活ACSS2，促进Ac-CoA从线粒体向核内转运，进而增强OPA1转录表达与去乙酰化，最终恢复线粒体稳态、抑制铁积累和脂质过氧化，显著改善PD模型小鼠的运动功能。该研究为PD的发病机制提供了新的代谢视角，并为靶向SIRT3-ACSS2-OPA1轴的治疗策略奠定了实验基础。
帕金森病作为一种常见的神经退行性疾病，全球患者超过600万，其主要病理特征包括黑质致密部多巴胺能神经元的选择性丢失、α-突触核蛋白的异常沉积以及运动功能障碍。目前，该疾病仍缺乏能够延缓或逆转其进展的疾病修饰疗法，因此深入探索其发病机制、寻找新的治疗靶点迫在眉睫。在帕金森病的复杂病理网络中，线粒体功能障碍和铁死亡（一种铁依赖性的、受调控的细胞死亡形式）被认为是导致多巴胺能神经元变性的两个关键因素。两者之间存在密切的交互作用，可能形成恶性循环，加速疾病进程。
近期，一项发表在《Redox Biology》上的研究，由第四军医大学唐都医院神经外科的研究团队完成，深入探讨了线粒体代谢调控在帕金森病中铁死亡作用的新机制。该研究聚焦于线粒体去乙酰化酶Sirtuin 3 (SIRT3)，发现其在帕金森病患者和模型中的表达和活性均显著降低，这提示SIRT3的缺失可能与疾病发展有关。为了阐明SIRT3在帕金森病中的具体作用，研究人员进行了一系列深入探索。
研究人员综合利用了生物信息学分析、临床样本检测（包括帕金森病患者和健康对照者的血清及外周血单核细胞PBMCs）、细胞模型（如SH-SY5Y细胞和原代神经元）以及6-羟基多巴胺（6-OHDA）诱导的帕金森病小鼠模型，并结合了包括蛋白质印迹、免疫共沉淀、实时荧光定量PCR、Cut&Tag-qPCR、染色质免疫共沉淀、双荧光素酶报告基因检测、免疫荧光、流式细胞术、透射电子显微镜、海马能量代谢分析、高效液相色谱以及分子对接在内的多种关键技术方法。
3.1. SIRT3在帕金森病患者和6-OHDA模型中表达和活性降低
研究人员通过分析公共数据库和临床样本发现，帕金森病患者黑质区SIRT3的mRNA表达以及血清和PBMCs中的SIRT3蛋白水平和去乙酰化酶活性均显著降低。在6-OHDA诱导的帕金森病细胞和小鼠模型中，同样观察到了SIRT3表达和活性的下降。基因集富集分析（GSEA）进一步提示，SIRT3的表达与线粒体功能，特别是氧化磷酸化和线粒体内膜组织等通路密切相关。
3.2. SIRT3过表达保护多巴胺能神经元免受6-OHDA诱导的铁死亡
在细胞模型中，过表达SIRT3能够有效抑制6-OHDA或铁死亡诱导剂Erastin引起的细胞死亡、脂质过氧化以及线粒体碎片化。这种保护作用可被铁死亡抑制剂Ferrostatin-1模拟，而被Erastin所抵消，表明SIRT3通过抑制铁死亡发挥神经保护作用。在原代神经元中也观察到了类似的结果。
3.3. OPA1是SIRT3介导的铁死亡抵抗所必需的
GSEA分析显示，SIRT3的表达与线粒体内膜组织通路正相关，其中OPA1是一个关键基因。机制上，SIRT3过表达能够逆转6-OHDA引起的OPA1 mRNA下调。而敲低OPA1或使用OPA1抑制剂MYLS22，则能够消除SIRT3过表达带来的对抗铁死亡的保护效应，包括恢复细胞活力、降低脂质过氧化水平以及改善线粒体形态。这表明OPA1是SIRT3下游的关键效应分子。
3.4. SIRT3介导的线粒体-核Ac-CoA重编程增强OPA1转录和去乙酰化
研究发现，6-OHDA处理导致细胞内Ac-CoA分布失衡：线粒体内Ac-CoA积累，而核内Ac-CoA减少。SIRT3过表达可以逆转这种病理性的Ac-CoA分布。这种重编程导致组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化（H3K27ac）在OPA1启动子区的富集增加，从而促进了OPA1的转录。同时，SIRT3还能直接与OPA1相互作用，并使其去乙酰化（特别是K772位点），从而激活OPA1。进一步研究发现，乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）在此过程中扮演关键角色。SIRT3能够去乙酰化并激活ACSS2。敲低ACSS2（而非ACLY）会阻断SIRT3介导的Ac-CoA从线粒体向核内的转运，以及后续对OPA1转录和去乙酰化的促进作用。分子对接和免疫共沉淀实验证实了SIRT3与ACSS2之间的直接相互作用。
3.5. OPA1过表达减轻6-OHDA诱导的铁积累和脂质过氧化
过表达OPA1本身就能在6-OHDA模型中发挥保护作用。它能够降低线粒体铁导入蛋白SLC25A37和SLC25A28的表达，减少线粒体铁积累，抑制羟基自由基和线粒体脂质活性氧的产生，降低丙二醛（MDA）和4-羟基壬烯醛（4-HNE）水平。此外，OPA1过表达还能恢复6-OHDA损伤的线粒体氧消耗率（OCR）、线粒体膜电位以及线粒体呼吸链复合物的活性和表达，改善线粒体超微结构。
3.6. OPA1过表达恢复6-OHDA模型中的线粒体能量学和结构
如前述，OPA1过表达显著改善了6-OHDA引起的线粒体功能紊乱和结构损伤。
3.7. ACSS2对于SIRT3依赖的Ac-CoA重分布和OPA1激活至关重要
该部分进一步确认了ACSS2在SIRT3-OPA1轴中的核心地位，ACSS2的缺失会破坏该通路的保护效应。
3.8. SIRT3的药理学激活在体内以OPA1依赖的方式减轻帕金森症和铁死亡
在体实验中，研究人员使用SIRT3激动剂2-APQC处理6-OHDA帕金森病模型小鼠，发现其能显著改善小鼠的运动功能障碍（通过爬杆实验、转棒实验、步态分析和旷场实验评估），保护黑质多巴胺能神经元，并抑制铁死亡相关指标（如GPX4下降、GSH耗竭、MDA和铁含量升高）。而当使用AAV病毒敲低黑质区Opa1后，2-APQC的这些有益效应被显著削弱，证明其作用依赖于OPA1。
3.9. Opa1过表达同样减轻小鼠的铁死亡和帕金森样表型
直接在小鼠黑质区过表达Opa1，也能模拟SIRT3激活的效果，有效对抗6-OHDA引起的铁死亡和帕金森样行为缺陷及病理变化。
本研究揭示了一条全新的SIRT3-ACSS2-OPA1信号轴，它将线粒体Ac-CoA代谢与铁死亡防御机制联系起来。在帕金森病相关应激下，SIRT3通过去乙酰化激活ACSS2，驱动Ac-CoA从线粒体向细胞核的重新分布。这种“Ac-CoA重编程”一方面增加了核内Ac-CoA水平，通过增强OPA1启动子区的H3K27ac富集而上调OPA1转录；另一方面减少了线粒体内Ac-CoA，促进了SIRT3对OPA1的去乙酰化激活。激活的OPA1进而通过维持线粒体融合、改善铁稳态、抑制脂质过氧化和恢复线粒体能量代谢，最终赋予多巴胺能神经元对铁死亡的抵抗能力。该研究不仅深化了对帕金森病发病机制的理解，更重要的是，将SIRT3-ACSS2-OPA1通路确立为一个有前景的治疗靶点，为开发针对帕金森病的新型疗法提供了重要的理论依据和实验支持。
