Cell | 曹鹏团队联合多单位开发新型探针系统，实现在活体大脑中研究α-Synuclein的聚集和病理机制

帕金森病（PD）是全球高发的神经退行性疾病，其核心病理特征是 α- 突触核蛋白（α-Syn）异常聚集形成路易小体和路易神经突，这些聚集体的扩散与神经元损伤直接推动疾病进展。长期以来，缺乏能在活体大脑中精准追踪 α-Syn 聚集体的工具，导致科学家难以实时观测其动态传播及病理影响，极大限制了疾病机制研究和治疗开发。

2026年3月4日，北京生命科学研究所（NIBS）曹鹏实验室牵头，联合北京大学、中国科学技术大学、中国科学院生物物理研究所、北京师范大学、清华大学等多家单位，在Cell在线发表题为Genetically encoded fluorescent reporters to visualize α-synuclein pathology in live brain的研究论文。该研究成功开发系列遗传编码荧光探针基因及相应敲入小鼠模型，实现活体大脑中α-Syn聚集体的高特异性、高灵敏度可视化追踪，系统解析其在不同神经元亚型中的病理效应，为帕金森病及相关突触核蛋白病研究提供革命性工具。

研究团队针对 α-Syn 聚集体检测难题，设计融合蛋白策略 —— 将小鼠 α-Syn 与荧光蛋白（EGFP 或 tdTomato）通过连接肽连接，筛选 7 种连接肽变体后，鉴定出最优的 6H 连接肽，构建 α-Syn-6H-EGFP 和 α-Syn-6H-tdT 两种核心报告基因。该系统具有聚集依赖的荧光增强特性，α-Syn 单独存在时荧光微弱，整合到聚集体中后荧光强度提升 5 倍，且生物相容性优异，不诱发 α-Syn 聚集、不影响内源性蛋白功能，与磷酸化 α-Syn（p-α-Syn）的共定位率高达 93%-97%。基于 CRISPR/Cas9 技术，团队培育的 Snca-6H-EGFP 和 Snca-6H-tdT 敲入小鼠，报告基因表达模式与内源性 α-Syn 一致，为在体研究奠定理想模型基础。

借助这一创新工具，研究团队实现多项突破：向敲入小鼠前额叶联合皮层（FrA）注射 α-Syn 预制原纤维（PFFs）后，通过双光子活体成像，首次在清醒小鼠大脑中实时观察到 α-Syn 聚集体的传播过程 —— 注射后 28 天局限于 FrA，84 天后扩散至初级运动皮层（M1）、次级运动皮层（M2）和初级体感皮层（S1），为 “朊病毒样传播” 提供直接在体证据。

联合 Ca²⁺成像和全细胞膜片钳技术，发现含 α-Syn 聚集体的 M1 神经元静息态 Ca²⁺瞬变频率降低，21% 变为无活性状态，自发动作电位发放率显著下降；在黑质致密部（SNc）多巴胺能神经元中，聚集体导致兴奋性和抑制性突触后电流振幅降低，且通过单细胞转录组测序和质谱分析，证实聚集体可扰乱线粒体功能、泛素 - 蛋白酶体系统、溶酶体功能等关键通路，导致多巴胺代谢异常。

团队还开发了 Cre 依赖的 RCL-Snca-6H-EGFP 小鼠，通过与不同工具鼠杂交，成功在多巴胺能、谷氨酸能、胆碱能神经元中特异性标记 α-Syn 聚集体。针对帕金森病非运动症状，发现迷走神经背侧运动核（DMV）胆碱能神经元中的聚集体可降低神经元兴奋性，导致胃肠动力障碍，为解析非运动症状机制提供直接证据。

该报告基因系统还成为高效药物筛选平台，验证了肝素、角鲨胺等已知抑制剂的作用，更发现钾通道抑制剂 4 - 氨基吡啶（4-AP）可通过增强神经元动作电位发放，显著抑制 α-Syn 聚集。在体实验证实，4-AP 处理可减少 SNc 和 DMV 区域的 α-Syn 聚集体，缓解相关运动障碍和胃肠功能异常，揭示神经元活动与 α-Syn 聚集的双向调控关系，为治疗提供全新靶点。

总之，该研究通过多学科交叉合作，突破活体大脑中 α-Syn 病理研究的技术瓶颈，开发的工具兼具高特异性、高灵敏度和生物相容性，可推广至路易体痴呆、多系统萎缩等其他突触核蛋白病研究。相关敲入小鼠和报告基因载体已可通过曹鹏实验室获取，将为全球神经科学领域提供强大工具。研究揭示的调控环路及 4-AP 的治疗潜力，也可为帕金森病靶向治疗提供新思路和候选药物。

北京生命科学研究所曹鹏研究员、中国科学院生物物理研究所王晓群研究员、中国科学技术大学熊伟研究员、北京大学周专研究员、北京师范大学吴倩研究员为论文共同通讯作者，张丽、余敏慧、陈国庆、葛思远、王梦迪等为共同第一作者。

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00163-7

制版人： 十一

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