Adv Sci丨吴齐辉/郑加麟团队揭示溶酶体降解功能障碍在路易体疾病中的新机制

撰文|周林林、吴齐辉

α-突触核蛋白（αSyn）、β-淀粉样蛋白（Aβ）和 tau 蛋白的共同积累是神经退行性疾病（NDDs）的常见病理特征。帕金森病伴痴呆（PDD）和路易体痴呆（DLB）患者均表现出特定的神经病理学特征，包括 Aβ 斑块和路易小体的形成。值得注意的是，约 50% 的 PDD 患者大脑皮层中存在 Aβ 斑块，提示其合并阿尔茨海默病（AD）的病理改变【1】。相较于不伴有这些蛋白聚集体的患者，这些患者存在重叠的临床症状，且认知功能与运动能力的衰退速度更快，寿命也更短【2-6】。DLB 和 PDD 同属路易体病谱系，然而由于缺乏能够精确模拟疾病早期发展进程的细胞或动物模型，阻碍了对 Aβ 沉积如何促进 αSyn 病变聚集与扩散这一机制的深入研究。此前研究虽曾将αSyn 预制原纤维（αSyn PFF）注射至 5xFAD 小鼠模型，但对该病理共病过程中分子调节机制的探讨仍显不足。

溶酶体功能异常与神经退行性疾病的进展密切相关。研究表明，在阿尔茨海默病（AD）患者中，功能失调的溶酶体会在营养不良的神经突中异常聚集。这些溶酶体在淀粉样斑块周围表现出酸化障碍、运输缺陷和成熟异常，进而影响神经电信号传导和神经网络功能。在帕金森病（PD）方面，Chu团队发现疾病晚期患者体内DYNLT3蛋白表达水平显著下降，且这种下降与αSyn包涵体的形成具有特异性关联【7】。实验证实，通过siRNA抑制动力蛋白表达会延长αSyn的半衰期，导致其在A53T突变型PC12细胞中异常积累【8】。值得注意的是，在αSyn PFFs诱导的AD小鼠模型中， Aβ 沉积会显著促进αSyn聚集体的形成和扩散【9】，但其具体分子机制仍有待阐明。

近日， 同济大学吴齐辉研究员 和郑加麟教授等合作在 Advanced Science 杂志发表了文章 Dynein-dependent endo-lysosomal degradation drives Lewy body disorders accompanied by Aβ pathology ，通过构建了一种离体海马脑切片与原代神经元共培养系统，以模拟Aβ斑块和αSyn共病发展，揭示了Aβ通过抑制动力蛋白依赖的内吞溶酶体运输过程来加速病理进展，而激活Rab7蛋白则显著改善共病病理的调控机制。

路易体病 会出现多种并发症，患者常出现运动障碍并伴随以认知障碍为主的多种非运动症状。 病理水平上也常会出现αSyn、Aβ的 共同 积累，为了模拟病理水平上的共病发展， 本研究利用5xFAD小鼠 （AD小鼠模型） 的海马脑切片提供Aβ刺激的环境， 并在与其共培养的下层原代神经元中加入 αSyn 预制原纤维（αSyn PFF）以诱导 αSyn 病理。该模型旨在探究 Aβ 对 αSyn 发病机制的影响。

在离体和体外实验中， 本文评估了与 AD 脑片共培养的神经元在动力蛋白（Dynein）相关运输及溶酶体功能方面的变化 。 αSyn PFF 在AD共培养神经元中异常定位于多泡体（MVB ） ，并在神经元内积累，提示其降解过程受损。RNA 测序结果显示，动力蛋白介导的运输途径存在显著功能障碍。进一步对动力蛋白进行药理学抑制或干扰其表达后，可观察到溶酶体膜完整性受损，溶酶体膜蛋白 Lamp1 和组织蛋白酶 D (Cathepsin D) 的表达水平下降，并在 αSyn PFF诱导后出现了更强的αSyn 病理。

在体内实验中，通过立体定位注射技术，向野生型小鼠海马区同时注射 Aβ 和 αSyn PFF，以评估 Aβ 对αSyn病理的影响。结果显示，相较于单独注射 Aβ 或 αSyn PFF 的小鼠，联合注射组小鼠的行为学异常和病理进展更为严重。值得注意的是，在AD小鼠模型中，动力蛋白（Dynein）存在异常且早期的积累现象，提示在αSyn PFF诱导下，功能失调的动力蛋白可能成为 αSyn 聚集的起始点。激活Rab7促进了 αSyn PFF “种子” 在溶酶体内的降解，从而在伴有 Aβ 病理的早期路易体病小鼠模型中缓解了 αSyn 病理。

综上所述， 本研究成功构建了一种离体海马脑切片与原代神经元共培养系统。该系统不仅能够模拟病理共病的发展过程，还具备作为小分子药物筛选平台的潜力，其优势在于操作便捷、条件可控且实验周期短。研究结果表明，依赖动力蛋白的溶酶体降解途径是缓解 Aβ 背景下 αSyn 相关病理的一个潜在治疗靶点。

吴齐辉研究员为该研究论文的第一通讯作者，同济大学医学院为第一通讯单位，同济大学医学院郑加麟教授和陈建军教授为本文共同通讯作者；同济大学2022级博士研究生周林林、2024级博士研究生王宇炜、科研助理刘宇、中国科学院遗传与发育研究所祝飞鹏 、同济大学医学院助理教授高歌 为本文共同第一作者。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202414860

制版人：十一

参考文献

1. C. R. Jack, Jr. et al. , NIA-AA Research Framework: Toward a biological definition of Alzheimer's disease.Alzheimer's & dementia : the journal of the Alzheimer's Association14 , 535-562 (2018).

2. L. A. A. Giannini et al. , Clinical marker for Alzheimer disease pathology in logopenic primary progressive aphasia.Neurology88 , 2276-2284 (2017).

3. M. Colom-Cadena et al. , Confluence of alpha-synuclein, tau, and beta-amyloid pathologies in dementia with Lewy bodies.Journal of neuropathology and experimental neurology72 , 1203-1212 (2013).

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5. G. G. Kovacs et al. , Tauopathy with hippocampal 4-repeat tau immunoreactive spherical inclusions: a report of three cases.Brain Pathol28 , 274-283 (2018).

6. W. Kong et al. , Genetically modified E. Coli secreting melanin (E.melanin) activates the astrocytic PSAP-GPR37L1 pathway and mitigates the pathogenesis of Parkinson's disease.J Nanobiotechnology22 , 690 (2024).

7. Y. Chu et al. , Alterations in axonal transport motor proteins in sporadic and experimental Parkinson's disease.Brain135 , 2058-2073 (2012).

8. D. Li et al. , Alteration of dynein function affects alpha-synuclein degradation via the autophagosome-lysosome pathway.Int J Mol Sci14 , 24242-24254 (2013).

9. F. Bassil et al. , Amyloid-Beta (Abeta) Plaques Promote Seeding and Spreading of Alpha-Synuclein and Tau in a Mouse Model of Lewy Body Disorders with Abeta Pathology.Neuron105 , 260-275 e266 (2020).

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