α-突触核蛋白（α-synuclein）在多系统萎缩（multiple system atrophy）中通过NCOA4-FTH1途径触发少突胶质细胞的铁死亡（ferroptosis）

《Acta Neuropathologica》：α-synuclein triggers NCOA4-FTH1-mediated ferroptosis of oligodendrocyte in multiple system atrophy

铁依赖性细胞凋亡在多系统萎缩中的机制及纳米流式细胞术生物标志物研究。

　　

摘要

多系统萎缩（MSA）是一种致命的神经退行性疾病，其特征是α-突触核蛋白在少突胶质细胞中积累，形成胶质细胞质内的包涵体。尽管铁代谢紊乱和铁死亡（一种依赖铁的调控性细胞死亡形式）已被证实与神经退行性病变有关，但它们在MSA少突胶质细胞中的具体作用仍不清楚。我们通过免疫荧光技术，检测了MSA患者、帕金森病（PD）患者和健康对照组（HCs）的死后脑组织中的铁死亡途径，其中GPX4与CNPase（少突胶质细胞标记物）或TH（多巴胺能神经元标记物）共标记。为了验证这些发现，我们使用了PLP-hαSyn转基因小鼠（一种已建立的MSA模型）以及人类少突胶质细胞系MO3.13（该细胞系经过α-突触核蛋白过表达处理、暴露于预先形成的纤维蛋白聚集体（PFF）（PFF）处理，还使用了来自MSA脑桥区域的脑组织匀浆液）。我们通过免疫荧光、JC-1染色、FerroOrange染色、Western blotting和共免疫沉淀等方法探究了相关机制。最后，我们开发了一种新型生物标志物检测方法，利用纳米级流式细胞术定量49名MSA患者、46名PD患者和48名HCs血浆样本中的含FTH1且CNPase阳性的少突胶质细胞来源的EVs（ODFC-EVs）。结果表明，与PD和HCs相比，MSA患者脑组织中的CNPase⁺少突胶质细胞中GPX4的表达显著降低；而正如预期的那样，PD患者的TH⁺神经元中GPX4的缺失更为普遍。PLP-hαSyn小鼠模型再现了少突胶质细胞中GPX4表达受抑制的独特现象。在MO3.13细胞中，α-突触核蛋白增强了erastin诱导的GPX4丢失，增加了不稳定的Fe²⁺积累，并加剧了线粒体去极化。机制研究表明，α-突触核蛋白直接结合并稳定了NCOA4，从而干扰了其通过泛素化途径的降解。这种增强的NCOA4活性导致了过度的铁蛋白吞噬作用，使得铁储存蛋白FTH1在溶酶体中被降解，进而引发铁过载。在血浆水平上，MSA患者的ODFC-EVs数量显著低于PD患者（AUC 0.771；灵敏度65.3%，特异性84.8%）和HCs（AUC 0.857；灵敏度67.4%，特异性91.7%）。我们的研究首次提供了体内和机制学证据，支持这样一种模型：α-突触核蛋白通过稳定NCOA4、消耗FTH1并促进有毒铁的积累，在MSA中驱动少突胶质细胞特异性铁死亡。这种细胞类型特异性的机制区分了MSA与PD的发病机制。此外，循环ODFC-EVs的同步减少为基于血液的生物标志物提供了便捷的检测方法，可用于区分MSA和PD。综上所述，α-突触核蛋白-NCOA4-FTH1轴被确定为MSA的核心致病途径，并成为治疗MSA的潜在靶点。

多系统萎缩（MSA）是一种致命的神经退行性疾病，其特征是α-突触核蛋白在少突胶质细胞中积累，形成胶质细胞质内的包涵体。尽管铁代谢紊乱和铁死亡（一种依赖铁的调控性细胞死亡形式）已被证实与神经退行性病变有关，但它们在MSA少突胶质细胞中的具体作用仍不清楚。我们通过免疫荧光技术，检测了MSA患者、帕金森病（PD）患者和健康对照组（HCs）的死后脑组织中的铁死亡途径，其中GPX4与CNPase（少突胶质细胞标记物）或TH（多巴胺能神经元标记物）共标记。为了验证这些发现，我们使用了PLP-hαSyn转基因小鼠（一种已建立的MSA模型）以及人类少突胶质细胞系MO3.13（该细胞系经过α-突触核蛋白过表达处理、暴露于预先形成的纤维蛋白聚集体（PFF）处理，还使用了来自MSA脑桥区域的脑组织匀浆液）。我们通过免疫荧光、JC-1染色、FerroOrange染色、Western blotting和共免疫沉淀等方法探究了相关机制。最后，我们开发了一种新型生物标志物检测方法，利用纳米级流式细胞术定量49名MSA患者、46名PD患者和48名HCs血浆样本中的含FTH1且CNPase阳性的少突胶质细胞来源的EVs（ODFC-EVs）。结果表明，与PD和HCs相比，MSA患者脑组织中的CNPase⁺少突胶质细胞中GPX4的表达显著降低；而正如预期的那样，PD患者的TH⁺神经元中GPX4的缺失更为普遍。PLP-hαSyn小鼠模型再现了少突胶质细胞中GPX4表达受抑制的独特现象。在MO3.13细胞中，α-突触核蛋白增强了erastin诱导的GPX4丢失，增加了不稳定的Fe²⁺积累，并加剧了线粒体去极化。机制研究表明，α-突触核蛋白直接结合并稳定了NCOA4，从而干扰了其通过泛素化途径的降解。这种增强的NCOA4活性导致了过度的铁蛋白吞噬作用，使得铁储存蛋白FTH1在溶酶体中被降解，进而引发铁过载。在血浆水平上，MSA患者的ODFC-EVs数量显著低于PD患者（AUC 0.771；灵敏度65.3%，特异性84.8%）和HCs（AUC 0.857；灵敏度67.4%，特异性91.7%）。我们的研究首次提供了体内和机制学证据，支持这样一种模型：α-突触核蛋白通过稳定NCOA4、消耗FTH1并促进有毒铁的积累，在MSA中驱动少突胶质细胞特异性铁死亡。这种细胞类型特异性的机制区分了MSA与PD的发病机制。此外，循环ODFC-EVs的同步减少为基于血液的生物标志物提供了便捷的检测方法，可用于区分MSA和PD。综上所述，α-突触核蛋白-NCOA4-FTH1轴被确定为MSA的核心致病途径，并成为治疗MSA的潜在靶点。