《Neurobiology of Disease》：Astrocytic lysosome deficits reduce alpha-synuclein degradation and induce the spread of pathology
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本研究聚焦帕金森病（PD）中α-突触核蛋白（αSyn）病理播散的细胞机制。研究人员发现星形胶质细胞（asts）能高效内吞并降解αSyn预成型纤维（PFFs），但溶酶体功能受损（如氯喹CQ或组织蛋白酶Cat B抑制剂处理）的LC asts会累积αSyn PFFs，并丧失对神经元pS129 αSyn病理的缓解作用，甚至促进病理播散。该研究揭示了asts溶酶体功能在PD病理进展中的关键作用，为靶向胶质细胞的疾病修饰疗法提供了新思路。
在大脑这个复杂的宇宙中，神经元长期以来一直是神经科学研究的明星。然而，在帕金森病（Parkinson's Disease, PD）的研究领域，一种名为α-突触核蛋白（alpha-synuclein, αSyn）的蛋白质错误折叠和聚集，被认为是驱动疾病进程的核心事件。这种病理蛋白像“坏种子”一样，能够在神经元之间传播，导致多巴胺能神经元逐渐死亡，进而引发震颤、肌肉僵硬等运动症状。传统的观点主要集中于神经元自身如何产生和传播这些“坏种子”。但近年来，科学家们意识到，大脑中数量最多的细胞——星形胶质细胞（astrocytes, asts），可能扮演着远比我们想象中更重要的角色。在PD患者的大脑中，研究人员确实观察到了αSyn病理存在于星形胶质细胞内，这提示这些细胞可能不仅仅是旁观者。那么，星形胶质细胞究竟是αSyn病理的“受害者”、“帮凶”，还是默默无闻的“清道夫”？它们的功能状态又如何影响疾病的进程？这些问题成为了理解PD病理机制的新焦点。
为了回答这些问题，来自AbbVie的研究团队Lindsay M. Roth等人进行了一项深入研究，其成果发表在《Neurobiology of Disease》上。他们的研究提出了一个引人入胜的假设：星形胶质细胞通过其强大的溶酶体系统降解αSyn聚集体，从而保护神经元；而一旦星形胶质细胞的溶酶体功能受损，它们不仅会丧失这种保护作用，甚至可能反过来促进αSyn病理的播散。这项研究将视角从神经元扩展到神经元-胶质细胞的相互作用，为理解PD的非细胞自主机制提供了新的重要见解。
研究人员综合运用了多种关键技术方法来验证他们的假设。研究主要使用了原代细胞培养模型，包括从A53T αSyn转基因小鼠分离的原代皮质神经元和星形胶质细胞，以及商业化的人源原代星形胶质细胞。核心的实验体系是神经元-星形胶质细胞共培养模型，并通过使用有丝分裂抑制剂5-氟-2‘脱氧尿苷（FUdR）来特异性制备胶质细胞耗竭的神经元培养物，以精确评估星形胶质细胞的作用。研究中使用的αSyn预成型纤维（pre-formed fibrils, PFFs）来源于帕金森病患者的脑组织，具有更高的病理相关性。为了模拟溶酶体功能受损，研究采用了多种工具：广谱的溶酶体功能抑制剂氯喹（Chloroquine, CQ），以及特异性的组织蛋白酶B（Cathepsin B, Cat B）抑制剂CA-074和亮抑蛋白酶肽（Leupeptin, Leu）、组织蛋白酶D（Cathepsin D, Cat D）抑制剂胃酶抑素A（Pepstatin A, Pep A）。检测手段包括高内涵成像分析（如免疫荧光染色检测pS129、总αSyn、LAMP1等标记物）、蛋白质免疫印迹（Western Blot）分析αSyn的降解情况，以及利用pHrodo标记的αSyn进行活细胞成像以追踪其内吞和进入酸性区室的过程。
3.1. 原代星形胶质细胞通过内吞溶酶体途径高效内化并优先降解αSyn PFFs
研究首先确认了星形胶质细胞处理αSyn的能力。使用pHrodo标记的αSyn单体（monomers）和PFFs进行活细胞成像发现，星形胶质细胞能够更有效地内吞αSyn PFFs而非单体。免疫印迹分析进一步揭示，只有PFFs形式的αSyn会在星形胶质细胞内被有效降解，表现为全长αSyn减少并出现降解片段，而单体αSyn则相对稳定。免疫荧光染色显示，内吞的αSyn PFFs与溶酶体标记物LAMP1共定位，并且这种共定位信号随时间推移而减少，表明PFFs被有效地运送至溶酶体进行降解。这些现象在人和小鼠的原代星形胶质细胞中均得到验证，说明星形胶质细胞具有主动清除αSyn聚集体的内在能力，且这种能力具有形式特异性（优先降解聚集形式）。
3.2. αSyn PFFs在溶酶体功能受损的星形胶质细胞中积累
接下来，研究人员探讨了如果星形胶质细胞的“垃圾处理系统”——溶酶体功能出现障碍，会发生什么。他们使用药物干扰星形胶质细胞的溶酶体功能后，再观察其处理αSyn PFFs的能力。结果发现，用氯喹（CQ，引起溶酶体损伤和碱化）或组织蛋白酶B（Cat B）的特异性抑制剂（CA-074, Leu）处理星形胶质细胞，会导致细胞内αSyn PFFs的显著积累，降解过程受阻。相反，抑制组织蛋白酶D（Cat D）则未产生明显影响。免疫印迹结果显示，在Cat B功能被抑制的星形胶质细胞中，不仅全长αSyn积累，还出现了独特的部分降解的αSyn片段，提示Cat B在αSyn PFFs的降解中起关键作用。这些数据表明，星形胶质细胞的溶酶体功能，特别是Cat B的活性，对于清除αSyn聚集体至关重要。
3.3. 健康的星形胶质细胞防止αSyn PFFs诱导的神经元pS129病理
那么，星形胶质细胞这种“清道夫”功能对神经元有何影响？研究人员设计了共培养实验。当将健康的野生型星形胶质细胞加入到已接触αSyn PFFs的神经元培养体系中时，神经元内由PFFs诱导产生的磷酸化αSyn（pS129）病理斑块显著减少。反之，如果事先用FUdR去除神经元培养体系中原有的星形胶质细胞，则神经元自身的pS129病理会加剧；此时再补充外源的健康星形胶质细胞，又能有效减轻这种病理。这表明，功能正常的星形胶质细胞能够通过清除αSyn PFFs，保护神经元免受病理蛋白的侵害，起到“缓冲”作用。
3.4. 溶酶体功能受损的星形胶质细胞不能减轻αSyn PFFs诱导的神经元pS129病理
关键问题在于，如果星形胶质细胞自身的溶酶体功能受损，其保护作用是否还存在？答案是否定的。研究发现，预先用CQ或CA-074处理使其溶酶体功能受损（LC asts）的星形胶质细胞，在加入到神经元共培养体系后，失去了减轻神经元pS129病理的能力。与健康星形胶质细胞共培养的神经元相比，与LC asts共培养的神经元表现出更高水平的pS129病理。这说明星形胶质细胞的保护作用高度依赖于其溶酶体功能的完整性。
3.5. 预载αSyn PFFs的LC星形胶质细胞诱导神经元内源性αSyn pS129病理
最令人惊讶的发现是，功能受损的星形胶质细胞不仅失去保护作用，还可能变得“有害”。研究人员先将星形胶质细胞与αSyn PFFs共孵育（“预载”），清洗掉未被内吞的PFFs后，再用CQ或CA-074处理这些细胞使其溶酶体功能受损。当把这些已经“负载”了PFFs且功能不全的LC asts与健康的神经元共培养时，即使不额外添加PFFs，它们也能诱导神经元产生内源性的pS129 αSyn病理。而用载体处理的、预载了PFFs的健康星形胶质细胞则无此效应。这强烈提示，溶酶体功能受损的星形胶质细胞无法有效降解其内吞的αSyn PFFs，导致这些具有“种子”活性的病理性蛋白积累，并可能被释放或传递给周围的神经元，从而充当了病理播散的“中转站”或“放大器”。
4. 讨论与结论
这项研究系统地阐明了星形胶质细胞在帕金森病αSyn病理代谢和播散中的双重角色。在生理状态下，星形胶质细胞是高效的“清道夫”，能通过内吞溶酶体途径，特别是依赖组织蛋白酶B的机制，主动清除αSyn聚集体，从而保护神经元。然而，当星形胶质细胞的溶酶体功能因各种原因（如遗传因素、环境毒素或衰老）受损时，其角色发生逆转：从保护者转变为潜在的病理促进者。它们内部累积的αSyn PFFs无法被有效降解，可能以更具“种子”活性的形式（如部分降解的片段）被释放，或者通过尚未完全明确的细胞间通讯方式（如外泌体、隧道纳米管等）传递给神经元，加剧病理的扩散。
该研究的创新性在于清晰地证明了星形胶质细胞溶酶体功能的完整性是决定αSyn病理走向的关键节点。这不仅深化了我们对PD“非细胞自主”机制的理解，即疾病进展不仅取决于神经元本身，也受到周围胶质细胞的深刻影响，而且为开发新的治疗策略指明了方向。增强星形胶质细胞的溶酶体功能，特别是Cat B的活性，或保护其溶酶体健康，可能成为延缓或阻止帕金森病及其他突触核蛋白病进展的潜在治疗途径。总之，这项研究将星形胶质细胞推到了帕金森病病理机制舞台的中央，强调了在治疗策略中考虑神经元-胶质细胞相互作用的重要性，为未来开发疾病修饰疗法提供了新的视角和靶点。
