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这项研究揭示了朊病毒感染进程中，一种关键的神经元保护蛋白——β-突触核蛋白（β-synuclein, β-syn）的显著变化及其功能丧失机制。研究团队通过多种朊病毒感染模型发现，在疾病终末期，大脑中β-syn及其下游关键信号分子蛋白激酶B（Akt）的表达水平会同步大幅下降。他们证实，β-syn通过其N端与Akt发生高亲和力结合（KD= 1.5 × 10-9M），并经由激活Akt信号通路来发挥抗细胞凋亡作用，从而保护神经元。然而，在朊病毒感染或PrPSc聚集的细胞模型中，这种保护作用被严重破坏。此外，过表达β-syn还能降低异常朊病毒蛋白（PrPSc）水平并改善其异常分布。该研究不仅为朊病毒病中神经元的脆弱性提供了新的机制解释，也为开发靶向β-syn/Akt轴的治疗策略提供了理论基础。
引言：朊病毒病与β-突触核蛋白的功能之谜
朊病毒病（Prion diseases, PrDs），又称传染性海绵状脑病，是一类由朊病毒（PrPSc）引起的、进展迅速的致命性神经退行性疾病。其核心病理特征是正常细胞朊蛋白（PrPC）错误折叠形成病理性的PrPSc并在中枢神经系统内累积，进而引发包括神经元损伤和凋亡在内的一系列级联病理事件。然而，目前仍缺乏有效的治疗或预防手段。
β-突触核蛋白（β-syn）是一种主要表达于神经元突触前末梢的蛋白，尤其在皮层和海马区富集。它被证实具有广泛的生物学功能，例如拮抗α-突触核蛋白（α-syn）的神经毒性和聚集、维持突触结构与信号传递的稳定性、参与神经炎症调控以及抵抗氧化应激等。既往研究提示，β-syn的神经保护作用可能与Akt信号通路相关。近年来，脑脊液和血浆中β-syn水平的异常升高已成为诊断散发型克雅病（sCJD）的生物标志物。然而，β-syn在朊病毒感染过程中的变化、功能及其具体机制仍不清楚。
结果1：朊病毒感染终末期，大脑中β-syn表达显著降低
为了探究β-syn在朊病毒病中的作用，研究团队系统分析了其在多种朊病毒感染模型中的变化。Western blot结果显示，在感染了139A和ME7毒株的小鼠，以及感染263K毒株的地鼠的终末期脑组织中，β-syn蛋白水平与正常对照组相比均显著降低。这一现象在朊病毒感染细胞系SMB-S15中也得到验证。免疫荧光分析进一步显示，在感染动物的大脑皮层和海马区，β-syn的免疫荧光信号强度也显著减弱。同时，定量反转录聚合酶链反应（qRT-PCR）分析表明，感染模型脑组织和细胞中编码β-syn的SNCB基因的mRNA水平也显著下调。这些数据综合表明，在朊病毒感染的终末期，大脑β-syn在转录和蛋白水平上均发生了显著下调。
结果2：β-syn在正常和感染大脑中特异性表达于神经元
接下来，研究者通过多重免疫荧光染色明确了β-syn在大脑中的表达细胞类型。他们使用抗β-syn抗体，分别与神经元标志物（NeuN）、星形胶质细胞标志物（GFAP）和小胶质细胞标志物（Iba1）进行共染。共聚焦显微镜观察发现，无论是在正常还是感染的动物大脑皮层和海马区，β-syn信号（红色）与NeuN信号（绿色）都存在广泛共定位（显示为黄色）。相反，β-syn与GFAP或Iba1之间几乎未观察到共定位。这清晰地表明，大脑中的β-syn主要表达于神经元，而在星形胶质细胞和小胶质细胞中几乎检测不到。
结果3：Akt在朊病毒感染中与β-syn同步显著减少并存在形态学共定位
考虑到β-syn与Akt信号通路存在关联，研究团队进一步检测了Akt在朊病毒感染中的变化。Western blot分析显示，在139A、ME7感染小鼠和263K感染地鼠的终末期脑组织，以及SMB-S15细胞中，Akt的蛋白水平也显著降低。免疫荧光双重染色结果则显示，在正常和感染动物的大脑组织中，β-syn（红色）和Akt1（绿色）信号存在广泛的形态学共定位（黄色）。这表明β-syn与Akt在神经元中很可能存在紧密的相互作用。
结果4：β-syn与Akt在感染过程中呈现先升后降的动态变化模式
为了解β-syn和Akt在疾病进程中的动态变化，研究者分析了感染不同时间点的脑组织样本。结果显示，在感染早期至中期（小鼠感染后120和150天，地鼠感染后40和60天），脑内β-syn和Akt水平相比感染早期（小鼠80天，地鼠20天）有轻微但显著的升高，而在疾病终末期（小鼠180天，地鼠80天），两者水平则急剧下降至低于正常水平。这种巧合性的先升高后降低的动态变化模式，提示在感染进程中可能存在一个从代偿性上调到功能耗竭的转变。
结果5：β-syn与Akt存在精确的分子相互作用，N端是关键结合区域
为了验证β-syn与Akt之间的直接相互作用，研究者在正常和感染小鼠的脑组织裂解液中进行了免疫共沉淀（Co-IP）实验。使用抗Akt抗体进行捕获，可以在沉淀物中检测到β-syn（18 kDa）条带，反之亦然，从而在体内证实了两种蛋白的结合。在293T细胞中进行的Co-IP实验也重现了这一结果。生物层干涉技术（BLI）进一步量化了这一相互作用，结果显示重组全长小鼠β-syn蛋白与Akt1蛋白之间存在明确的结合活性，其表观解离常数（KD）为1.5 × 10-9M，表明两者为高亲和力结合。通过AlphaFold 3进行蛋白质-蛋白质复合物建模预测，并结合实验验证，研究团队发现β-syn的N端区域（特别是第21至51位氨基酸）是结合Akt1的关键区域，预测的七个氢键（距离<3.5 ?）可能是这种相互作用的分子基础。
结果6：β-syn在聚集性PrP细胞模型中通过Akt信号通路发挥抗凋亡作用
为了研究β-syn对朊蛋白聚集诱导的细胞凋亡的影响，研究者在293T细胞中进行了实验。他们发现，过表达一种缺失信号肽和糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚的胞质突变型PrP（Cyto-PrP）会显著增加裂解的caspase-3（一种细胞凋亡的关键执行蛋白）水平和TUNEL阳性信号（指示DNA断裂的凋亡细胞）。然而，当与β-syn（SNCB）共表达时，Cyto-PrP诱导的caspase-3活化和TUNEL阳性信号均被显著抑制，表明β-syn可以拮抗PrP聚集诱导的细胞凋亡。
为了检验β-syn的抗凋亡作用是否依赖于Akt1，研究者引入了靶向Akt1的短发夹RNA（sh-Akt1）来敲低Akt1表达。实验结果显示，单独敲低Akt1会导致裂解caspase-3水平升高，而共表达β-syn可以部分缓解sh-Akt1引起的caspase-3上调。更重要的是，在共表达Cyto-PrP和β-syn的细胞中引入sh-Akt1，会部分逆转β-syn对Cyto-PrP诱导的凋亡的保护作用，表现为裂解caspase-3水平的回升和TUNEL阳性信号的增加。这些数据有力地证明，β-syn（包括其对Cyto-PrP诱导的凋亡的拮抗作用）的抗凋亡活性是通过Akt信号通路介导的。
结果7：β-syn与PrP存在组织学共定位，且过表达β-syn可下调PrP水平
免疫荧光双重染色显示，在朊病毒感染的大脑组织和SMB-S15细胞中，β-syn（绿色）与PrP（红色）信号存在形态学上的共定位（黄色）。进一步的细胞实验发现，在293T细胞中共表达β-syn，能显著降低Cyto-PrP的蛋白水平，并且能改善其异常的细胞内分布，使原本呈现为大量小圆颗粒状的PrP信号变得相对均质。在朊病毒被白藜芦醇清除的SMB-RES细胞中，β-syn的水平也得到恢复。此外，在SMB-S15细胞中过表达外源性β-syn，也能显著降低PrP信号强度，并减少其小圆颗粒状形态。这些结果表明，β-syn不仅与PrP存在空间上的关联，还可能通过直接或间接的方式影响异常PrP的水平与形态。
讨论与结论
本研究系统揭示了β-syn在朊病毒病进程中的变化规律及其功能机制。在朊病毒感染中，作为突触损伤标志物的β-syn，其在大脑中的水平呈现出早期代偿性升高、晚期耗竭性降低的动态模式，这与疾病进程中的神经元从代偿到衰竭的转变相呼应。研究最重要的发现是证实了β-syn通过其N端与Akt1发生高亲和力结合，并依赖于Akt信号通路来发挥其关键的抗细胞凋亡功能，从而保护神经元。在朊病毒感染或PrP聚集的病理状态下，β-syn的表达下调直接导致这一保护机制的失效，加剧了神经元凋亡，这为理解朊病毒病中神经元高度脆弱的机制提供了新视角。
此外，研究发现β-syn与病理性的PrP存在共定位，并且过表达β-syn能够降低PrP水平、改善其异常形态。这暗示β-syn可能像其在帕金森病中抑制α-syn聚集一样，对PrP的病理过程也有直接的干预作用。因此，β-syn在朊病毒病中可能扮演了双重角色：一方面通过激活Akt信号通路间接抵抗凋亡，另一方面可能通过与PrP的直接相互作用来抑制其病理过程。
综上所述，本研究阐明了β-syn经由Akt信号介导的抗凋亡活性在朊病毒感染过程中严重丧失的机制。这一发现不仅为朊病毒病中神经元的内在脆弱性提供了分子机制解释，也揭示了靶向β-syn/Akt轴或利用β-syn的神经保护功能，可能成为未来治疗此类神经退行性疾病的新策略。
