磷酸二酯酶8（PDE8）：一种神经退行性疾病的新靶点

《Cellular Signalling》：Phosphodiesterase 8 (PDE8), a novel target for neurodegenerative diseases

　　

摘要：磷酸二酯酶（Phosphodiesterases, PDEs）是由11个独特家族组成的酶超家族，可水解环磷酸腺苷（cAMP）与环磷酸鸟苷（cGMP），从而精确调控细胞内环核苷酸的时空动态。其中，PDE8以其对cAMP的高亲和力和特异性而独具特色，并发挥多样的生物学效应。PDE8家族包含两个基因——Pde8a与Pde8b，广泛分布于脑内，在神经元与胶质细胞中均有表达。PDE8在中枢神经系统（CNS）的广泛分布暗示其参与CNS功能。在此背景下，PDE8的失调已被证实参与多种CNS疾病的发病机制，包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）及多发性硬化（MS）等神经退行性疾病。本综述旨在深化理解PDE8在神经退行性疾病机制中的作用，并为开发新型治疗策略提供理论基础与潜在方向。

论文解读：磷酸二酯酶8（PDE8）作为神经退行性疾病新靶点的研究进展

一、研究背景与意义

磷酸二酯酶（PDEs）是水解cAMP或cGMP的酶超家族，含11个亚族（PDE1–PDE11）。其中PDE4、PDE7和PDE8特异性水解cAMP。cAMP是关联神经可塑性与保护的第二信使，通过抑制这些PDE改变细胞内cAMP水平已成为神经退行性疾病等疾病的广受关注的治疗策略。PDE4抑制剂研究最深入，但剂量限制性副作用（恶心、呕吐）限制了临床应用；亚型选择性PDE4D抑制剂（如Zatolmilast、MRM2279）正在开展脆性X综合征临床试验，可减轻胃肠不良反应。与此同时，PDE7和PDE8逐渐受到关注。PDE8于1998年首次从小鼠睾丸克隆，对cAMP的亲和力比PDE4高40–100倍，Km约为0.15 μM。PDE8广泛分布于全身并参与多系统调控，近期研究发现其在中枢神经系统高表达，参与阿尔茨海默病（AD）、多发性硬化（MS）等退行性疾病发病，提示其可作为潜在治疗靶点。本文发表于《Cellular Signalling》，系统综述PDE8的体内分布、在退行性疾病中的作用与机制，以及抑制剂研发现状。

二、主要关键技术方法概述

研究人员通过整合已有文献与实验数据开展综述性研究。关键方法包括：实时定量PCR（qPCR）与Northern blot分析PDE8A/B在各组织及脑区的mRNA分布；Western blot检测蛋白水平表达差异（人、大鼠、小鼠，含性别比较）；免疫组化与免疫荧光染色定位神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞及少突胶质细胞中的PDE8；原位杂交（ISHH）分析临床AD患者脑切片中PDE8B动态；利用转基因动物模型（3×Tg-AD、APP/PS1、UCCAO血管性痴呆模型、MOG_35–55诱导的EAE多发性硬化模型）及基因敲除小鼠（PDE8B KO）评估表型；药理学干预使用PDE8抑制剂（PF-04957325、dipyridamole、化合物3a、15等）观察认知、炎症、脱髓鞘等改变；高通量筛选（HTS）与结构导向设计用于抑制剂优化；单细细胞转录组数据分析少突胶质前体细胞（OPCs）等细胞类型中PDE8B表达。

三、研究结果

Introduction

PDE8因其独特催化结构域（与其他PDE同源性<40%）被鉴定。Pde8 cDNA含3678 nt，编码823 aa开放读码框。人类PDE8家族含两个基因：Pde8a（23个外显子，5种剪接变体：PDE8A1–A5）和Pde8b（22个外显子，3种剪接变体：PDE8B1/B2/B3）。PDE8A1为全长（829 aa），含N端Receiver（REC）域、PAS域及C端催化域；PDE8A2缺PAS域；A3仅含催化域；A4/A5对应C端582 aa。PDE8B1为885 aa，含REC+PAS+催化域；B3完全缺失PAS域；B2为部分缺失。N端REC介导蛋白互作与亚细胞定位，PAS为感应模块调控活性，催化域高度保守并结合选择性抑制剂。

PDE8的体外分布

人组织中，PDE8A以睾丸、脾脏、结肠、卵巢表达最高；剪接变体PDE8A1在睾丸最高，PDE8A2在脾脏占优。大鼠Pde8a以肝、睾丸最高，脑、心、肾、肺较低。小鼠（Northern blot）表达次序：睾丸>眼>骨骼肌>心脏>胚胎7 d>肾>卵巢>脑。蛋白水平：雌鼠PDE8A高在心、肾，胃、脑也强；雄鼠肾、心最高，肺、肠、脾较低。PDE8B在人甲状腺、脑、脊髓高；PDE8B1在甲状腺最丰富，PDE8B3在脑占优。大鼠Pde8b广泛分布于全脑（小脑除外），心、肺、肾、甲状腺较低。雌鼠PDE8B高在脑、胃；雄鼠脑最高，肝、脾、睾丸、肺、肾较低，肾最低。免疫组化显示PDE8B在小鼠发育中呈动态、组织特异及性别二态表达，脂肪组织持续高表达，脑内为出生后早期瞬时表达，成体胰腺、小肠、脾脏有性别差异。

PDE8在中枢神经系统中的分布

人脑qPCR：PDE8A广泛表达于尾状核、小脑、背根神经节（DRG）、额叶皮质、海马、下丘脑、顶叶皮质、丘脑、黑质、脊髓、颞叶皮质、伏隔核，整体偏低；小脑与DRG最低，其余约高3倍。PDE8B同样广泛，水平较PDE8A高约2倍（除小脑、DRG、下丘脑、黑质），尾状核、皮质、海马最高；所有皮质区、海马、丘脑、下丘脑较强。单细细胞转录组：PDE8B在中度表达于少突胶质前体细胞（OPCs），成熟髓鞘少突胶质细胞几乎无转录。

大鼠：免疫组化PDE8A定位于神经元胞体、胞质及突起，广泛见于前脑、脑干、小脑；嗅球、隔区、未定带、丘脑网状核较强，海马与新皮质较弱；小脑浦肯野细胞、颗粒细胞及平行纤维阳性；脉络丛上皮、硬脑膜、三叉神经节神经元也可检。qPCR：Pde8a在脊髓最高，海马、皮质、纹状体、下丘脑、小脑均有；胼胝体、内囊、穹窿、小脑白质提示轴突运输/胶质表达。Pde8b除小脑外全脑检出，纹状体最高，继为皮质、脊髓、下丘脑、海马，小脑最低；原位杂交确认神经元表达。

小鼠：Pde8a在脊髓最高，海马、皮质、纹状体、下丘脑、小脑均有；蛋白梯度：小脑>杏仁核/纹状体>皮质/海马，无明显性别差异；免疫荧光确认在神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞中表达。Pde8b纹状体最高，继为皮质、下丘脑、海马、脊髓，小脑较弱；Western blot雌鼠海马、皮质、纹状体、杏仁核相当，小脑显著低；主要位于神经元与小胶质细胞。OPC中Pde8b表达模式与人鼠一致。综上，PDE8在人及啮齿类CNS广泛分布，物种与性别略有差异；人/鼠催化域~85%同源，PDE8A1~79%，PDE8B1鼠-人96%，鼠-大鼠99%，支持啮齿模型转化价值；细胞定位差异可能对应不同功能（类比PDE4通过cAMP/PKA/EPAC通路在各类CNS细胞中产生特异效应）。

Alzheimer's Disease（阿尔茨海默病，AD）

AD以进行性记忆认知下降、Aβ斑块与神经原纤维缠结为核心。人及动物研究显示PDE8与AD密切相关。PDE8高在皮质与海马，尤其齿状回颗粒细胞层与CA1锥体细胞层（空间学习记忆关键），支持其参与AD。AD患者（Braak III–VI期）皮层及海马选择性PDE8B上调（ISHH）。3×Tg-AD小鼠海马PDE8A/B随龄渐升；10月龄相比WT，皮质与海马均升高。PDE8B基因敲除（KO）小鼠空间记忆改善；PDE8抑制剂PF-04957325可改善APP/PS1小鼠及海马注射Aβ寡聚体的C57BL/6 J小鼠的认知障碍。结论：PDE8A/B参与AD病理，是潜在治疗靶点。

AD病理多因素：Aβ与tau累积、神经炎症、氧化应激、髓鞘破坏、少突胶质细胞死亡、神经元退变。PDE8可能涉及上述多环节。

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  神经炎症：PDE8曾被发现调节活化淋巴细胞趋化；抑制剂可抑制效应T细胞（Teff）黏附增殖及内皮互动，改善呼吸道疾病。CNS炎症是AD核心机制。Aβ处理的BV2小胶质及APP/PS1小鼠中PDE8上调；抑制PDE8降低脑内IL-1β、IL-6、TNF-α、IFN-γ、COX-2、iNOS，可能经cAMP/PKA/CREB通路（cAMP激活CREB磷酸化，下调NF-κB及炎性介质）。抑制PDE8可逆转Aβ诱导的促炎小胶质转化。
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  Aβ代谢：Aβ稳态靠生成-清除平衡，由APP经β/γ分泌酶剪切生成。PDE8抑制剂降低毒性Aβ_1–42，下调APP与PS1；Aβ降解酶（NEP、IDE、ECE、ACE）及BBB外排（LRP1、P-gp）关键。其他PDE抑制剂（PDE3的Cilostazol升NEP降Aβ/p-tau；PDE5的Avanafil恢复行为并调炎症/Aβ；PDE4/10A双抑制恢复CREB1、降Aβ/p-tau-Ser231、抗炎、增突触可塑性）已证能改善AD。PDE8调节Aβ清除的潜在角色仍待阐明。
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  突触功能：突触是神经元通讯结构，功能障碍是认知损害基础。突触素（SYN）标记突触小泡转运释放；PSD-95为突触后密度脚手架蛋白维持结构稳定与受体锚定。PDE8抑制减轻APP/PS1小鼠PSD-95与SYN丢失。脑源性神经营养因子（BDNF）上调PSD-95等，稳定突触；PDE8抑制促进CREB磷酸化，上调BDNF，从营养与结构双方面改善突触。长时程增强（LTP）是学习记忆的电生理基础，可被可溶性Aβ寡聚体损害。AMPA受体亚基GluR1-Ser845磷酸化促AMPAR膜外化与LTP。PDE8A4/5蛋白与pGluR1-Ser845负相关；PDE8也关联CaMKIIβ-Thr287磷酸化（维持活性与LTP）。PDE8可调节L型Ca²⁺电流（ICa,L）（心脏已知），可能在突触信号中多途径贡献。

Vascular Dementia（血管性痴呆，VaD）

VaD为仅次于AD的老年痴呆（~15%），源于脑供血不足致血管病变与损伤，尚无获批疗法。PDE8类似PDE4可作为神经系统疾病靶点，其抑制剂在单侧颈总动脉结扎（UCCAO）VaD小鼠中改善认知（选择性PDE8A抑制剂3a、先导物15）。机制仍需探索。缺血性卒中是VaD主因，PDE8抑制剂PF-04957325减少小鼠效应T细胞与脑内皮细胞黏附；双嘧达莫（dipyridamole，PDE8抑制剂）降低原代脾细胞向CXCL12迁移；对内皮细胞，双嘧达莫升高脑微血管内皮cAMP，下调ICAM-1、VCAM-1、CXCL1；亦降低Teff表面αL/α4整合素（迁移关键）。这些为缺血卒中及VaD研究提供线索，但PDE8抑制对T细胞-内皮互作的全面效应需更多工作。

Multiple Sclerosis（多发性硬化，MS）

MS是自身炎症性脱髓鞘病，以白质病灶、BBB破坏为特征。PDE8参与MS进展。MOG_35–55诱导实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型：PDE8A及其异构体在初始及MOG活化Teff中高于Treg；PDE8抑制特异性削弱MOG活化Teff黏附与迁移（体外与原位），可能通过PDE8A-Raf-1激酶信号复合体。PF-04957325减轻EAE临床评分并减少CNS炎症灶，通过减少致病Th1/Th17积累，但不抑制其增殖与细胞因子产生。少突胶质细胞丢失驱动脱髓鞘；PDE抑制剂（如PDE4D抑制、PDE7-GSK3抑制剂VP3.15）促OPC分化为成熟少突胶质细胞并再髓鞘化。PDE8高亲和且独特分布，是否具类似促髓鞘修复潜力有待探索。综上，PDE8是MS防治的潜在靶点。

Autosomal-Dominant Striatal Degeneration（常染色体显性纹状体变性，ADSD）

ADSD为常染色体显性运动障碍，以运动迟缓、肌强直、步态异常为主，似帕金森病（PD）但无震颤且左旋多巴无效。致病为PDE8B基因复杂移码/无义突变（德国、日本、中国、巴西、美国家系报道：c.94G>C+c.95delT、c.304G>T、c.79delC等），致严重截短蛋白，多数异构体失功能域。PD及纹状体变性相关疾病尚未发现PDE8B致病突变。因表型重叠，PDE8是否参与PD及相关病需进一步研究。

PDE8 Inhibitors（PDE8抑制剂开发）

已上市PDE4抑制剂（罗氟司特、阿普斯特）因不良反应限制使用；PDE7抑制剂（硫氧喹唑啉、喹唑啉、嘧啶衍生物等）试图规避副作用。PDE8高亲和且前景好，但缺乏高选择性临床级抑制剂一度限制功能研究。

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  早期工具药：双嘧达莫为非选择性PDE8抑制剂（IC₅₀≈4.5 μM），兼腺苷摄取阻断，抗炎可能来自抑制活化淋巴细胞趋化，为自身免疫病提供思路。
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  高通量筛选先导：HTS发现四氢异喹啉、烟豆碱酰胺（nipecotic amides）、三唑并嘧啶类等；DeNinno等基于1,5-取代烟豆碱酰胺报道首例强效选择性PDE8抑制剂（PDE8B IC₅₀≈240 nM），从四氢异喹啉苗头优化而来，但微粒体清除未达理想临床前标准，提示保持活性同时优化药代的挑战。
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  PF-04957325：代表性抑制剂，PDE8A IC₅₀=0.7 nM，PDE8B=0.3 nM；保留四氮杂环与三氟甲基，侧链吗啉末端引入噻唑。促进效应T细胞调控及cAMP通路研究，在AD、VaD、MS等相关模型中显示神经保护及认知增强。
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  选择性PDE8A抑制剂3a：结构导向设计，利用PDE8A活性中心Tyr748氢键提升选择性（IC₅₀=10 nM）；口服生物利用度47%，BBB渗透（P_e=6.0×10^?6cm/s），在VaD小鼠改善空间学习。
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  化合物15：9-苄基-2-氯腺嘌呤衍生物，PDE8A IC₅₀=11 nM，口服利用度100%；与PDE8 H-pocket（Phe785）形成T型π-π及氢键网络；在大鼠肝微粒体稳定，VaD模型升高脑cAMP并剂量依赖改善认知，为CNS穿透型PDE8A抑制剂设计提供策略。
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  双重抑制剂：BC8–15为PDE4/8双抑制剂（酵母系统筛选），最强抑制PDE4/8，增强小鼠Leydig细胞类固醇生成，苯环羧基影响选择性，可为理性设计提供参考。某些PDE7抑制剂（喹唑啉二酮骨架，对映/非对映异构体）也强抑PDE8（PDE7A 29 nM，PDE7B 68 nM，PDE8A 56 nM），具心脏保护潜力（STEMI/NSTEMI），尚无临床进入。

讨论与展望

PDE8是cAMP特异性水解酶，通过调控cAMP水平发挥多系统功能，含PDE8A/B两型，全身广泛分布并具物种与性别差异。在CNS中参与AD、MS、VaD、ADSD等退行/变性病机制（图3）。抑制PDE8可：下调神经炎症介质（IL-1β、IL-6、TNF-α等）可能经cAMP/PKA/CREB；调节Aβ代谢与突触可塑性（PSD-95、SYN、BDNF、LTP相关磷酸化）；改善VaD模型认知；减弱Teff黏附迁移减轻EAE/MS；潜在促OPC分化有待验证。

当前挑战：抑制剂CNS选择性有限（外周分布广易致副作用）；多数缺PDE8A/B亚型特异性；药代及BBB穿透不足；机制细节与转化生物标志物欠缺。未来应开发CNS靶向、亚型选择性、优良成药性的抑制剂，确定药效学生物标志物并在更广神经退行模型中验证。人工智能（AI）可加速靶点筛选、化合物设计、构效预测与成本优化，尤其适用于难研究靶点的药物开发。

直接证据尚缺PDE8调控小胶质吞噬能力，但PDE8/cAMP通路已知管束小胶质活化、极化及溶酶体活动，故抑制PDE8可能间接重塑神经炎症/退行背景下的吞噬行为，值得深入。

四、研究结论（翻译与总结）

研究人员总结：PDE8是一种cAMP特异性水解酶，通过调节cAMP水平发挥多样生物学功能；其包含两个亚型PDE8A与PDE8B，广泛表达于机体各组织，并呈现物种与性别差异性分布。PDE8亦广泛分布于中枢神经系统，通过多重机制参与阿尔茨海默病、多发性硬化、血管性痴呆及常染色体显性纹状体变性等中枢退行性疾病的发生发展（图3）。抑制PDE8对上述疾病表现出特定的改善效应，支持其作为神经退行性疾病的新兴治疗靶点。未来需聚焦于亚型选择性、CNS穿透性良好的抑制剂开发及机制与转化研究，AI等新技术有望加速该方向的创新药物发现。