Cell | 小胶质细胞“互帮互助”拯救帕金森病

帕金森病（Parkinson’s disease，PD) 和路易体痴呆（dementia with Lewy bodies，DLB）等几种疾病都存在路易体（LB），路易体富含聚集形式的α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）。α-syn是一种没有明确结构的14kDa蛋白质，主要在神经元中产生，在病理情况下，蛋白质的单体形式逐渐形成寡聚体结构以及不溶性纤维状组装体，以LB的形式累积在细胞内。α-syn的过度表达或突变导致黑质中多巴胺能神经元进行性缺陷和丧失。最近有研究表明α-syn病变可以通过细胞间传播，从而导致疾病进展。胞吐、内吞，摄取携带α-syn或者直接穿透细胞膜是细胞与细胞间传播的可能原因。α-syn的清除率降低伴随蛋白质累积则为治疗相关疾病提供了可能途径。

α-syn的有效去除同时可能受到小胶质细胞识别和清除的限制。小胶质细胞是存在于大脑中的主要固有免疫细胞，通过感知周围环境变化、清除细胞碎片和提供神经营养因子，在介导大脑稳态方面发挥至关重要的作用。有证据表明激活的小胶质细胞聚集在α-syn累积部位，但是小胶质细胞中α-syn清除的细胞机制尚不清楚。

近日，德国Bonn大学Michael T. Heneka团队在Cell上发表题为Microglia jointly degrade fibrillar alphα-synuclein cargo by distribution through tunneling nanotubes 的文章。本文发现小胶质细胞中α-syn以及线粒体可以通过细胞间膜突起进行传递和降解。

作者首先用重组人α-syn纤维处理小胶质细胞，5-15分钟后，作者检测细胞内α-syn单体和纤维状α-syn丰度。分析发现约90%的细胞在五分钟后吞噬α-syn蛋白，15分钟后约98%的细胞吞噬有α-syn纤维，但是单体的吞噬则明显较慢也较少。α-syn的摄取受到吞噬作用抑制剂cytochalasin D的阻碍，表明小胶质细胞具有吞噬α-syn的作用。通过转录组分析发现α-syn的吞噬导致炎症以及凋亡相关通路得到富集。作者还发现了α-syn处理的细胞会导致细胞中对未折叠蛋白反应的相关基因表达上调。于是作者接下来分析小胶质细胞的吸收或者降解功能是否受损。作者首先将小胶质细胞吸收α-syn蛋白15分钟后，再在无α-syn培养基中培养24小时。检测发现约40-50%的α-syn仍未降解。小胶质细胞成像发现小胶质细胞形成一个由F-actin组成的网络装的膜突起结构，膜突起中含有α-syn蛋白，膜突起会与相邻细胞的膜突起相接触。延时成像发现大型α-syn聚合蛋白可以在40-60分钟内传递到另一个细胞中，而较小的α-syn聚合体可以通过更长更薄的膜突起，在3分钟内完成。并且作者发现α-syn优先转移到不含α-syn的细胞，而α-syn可以诱导小胶质细胞间突触的形成。

GO分析显示α-syn会诱导Rho信号转导上调。已有研究报道Rho激酶ROCK是细胞骨架的关键调节蛋白。使用ROCK选择性抑制剂Y-27632可以显著促进α-syn从含量高的细胞转移到不含α-syn的细胞中。使用选择性肌球蛋白II抑制剂Blebbistatin也明显增加了α-syn转移率。而CytD抑制F-肌动蛋白周转则损害了α-syn转移。为了探究α-syn转移转移的影响，作者分析了不同时间点细胞转录组变化。在将含有α-syn的小胶质细胞与不含α-syn的小胶质细胞共培养前后，含有α-syn的细胞炎症反应和凋亡通路富集水平下降，细胞与细胞之间粘附通路先上调后下降。而接受α-syn的小胶质细胞转录组无明显变化。进一步分析细胞的变化发现小胶质细胞在转移α-syn的时候，同时也会转移功能完整的线粒体，转移了α-syn之后的细胞导致细胞中ROS的产生减少，可以减少含有α-syn细胞的细胞毒性，降低细胞死亡率。然而携带有LRRK2 G2019S突变的小胶质细胞无法拯救邻近含有α-syn的细胞。研究发现LRRK2 G2019S突变会导致线粒体功能受损，是最常见的导致帕金森病的基因突变。本研究表明小胶质细胞LRRK2突变导致α-syn降解失调可能是一种家族性帕金森的致病机制。

最后作者在器官切片培养系统中也验证了以上在小胶质细胞中的发现。作者也利用病人脑组织样本以及病人PBMC分化而来的巨噬/小胶质样细胞进行验证试验。作者发现与健康组对比，病人来源的细胞中α-syn的转移率显著降低，细胞中ROS的产生也明显增加。

本研究发现了路易体α-syn聚集和累积的新机制，阐明了小胶质细胞中α-syn以及线粒体通过细胞间膜突起进行传递和降解。LRRK2的突变导致小胶质细胞间传递和降解α-syn功能受损。未来还需研究小胶质细胞和神经元之间是否存在类似的机制。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.09.007