前言
? ? ? ?帕金森氏病（PD）是一種以運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙和認(rèn)知障礙為特征的第二大神經(jīng)退行性疾病，其病因主要是投射到紋狀體的多巴胺能神經(jīng)元過度死亡。紋狀體是調(diào)節(jié)精神活動(dòng)與運(yùn)動(dòng)功能的重要腦區(qū)，主要接收來自中腦黑質(zhì)（合成多巴胺的重要核團(tuán)）致密部（SNc）的多巴胺能信號(hào)傳入。紋狀體屬于大腦基底神經(jīng)節(jié)之一，紋狀體的中等棘狀神經(jīng)元（MSNs）是GABA能神經(jīng)元，直接通路MSNs（dMSNs）直接投射到基底神經(jīng)節(jié)輸出端（蒼白球內(nèi)部：GPi/黑質(zhì)網(wǎng)狀部：SNr）并表達(dá)有D1類多巴胺受體。直接途徑的激活減少了基底神經(jīng)節(jié)的輸出，解除對(duì)丘腦神經(jīng)元的抑制作用并促進(jìn)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生。而間接途徑MSNs（iMSNs）通過蒼白球外側(cè)部（GPe）中的GABA能神經(jīng)元和丘腦底核（STN）中的谷氨酸能神經(jīng)元間接投射到基底神經(jīng)節(jié)輸出端，并表達(dá)D2類多巴胺受體。該通路的激活可增加基底神經(jīng)節(jié)輸出，抑制丘腦神經(jīng)元的活性進(jìn)而抑制運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生。在PD中，多巴胺功能紊亂會(huì)導(dǎo)致直接通路和間接通路之間的調(diào)控失衡（減弱直接通路并增強(qiáng)間接通路，激活基底神經(jīng)節(jié)輸出端，增強(qiáng)對(duì)丘腦神經(jīng)元的抑制作用），從而引起行為異常。這種失衡的原因是由于dMSNs和iMSNs的異常神經(jīng)興奮性、多巴胺耗竭、紋狀體MSNs樹突棘可塑性改變引起。然而，其中的分子機(jī)制目前還不明確。
? ? ? ?細(xì)胞分裂周期因子42（Cdc42）是Rho GTP酶家族成員，在調(diào)節(jié)樹突棘可塑性中起重要作用。Cdc42在GDP結(jié)合的非活性狀態(tài)和GTP結(jié)合的活性狀態(tài)之間循環(huán)，而只有活性狀態(tài)的Cdc42才能與下游效應(yīng)分子相互作用。例如，抑制Cdc42-p21激活激酶（PAK）通路損害海馬樹突結(jié)構(gòu)和功能可塑性。異常的Cdc42信號(hào)與精神疾病和神經(jīng)退行性疾病相關(guān)，在PD患者中發(fā)現(xiàn)Cdc42基因表達(dá)下調(diào)，但作用機(jī)制至今仍不清楚。
? ? ? ?2022年4月12日，南方醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張璐、張琳教授與實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理中心劉怒云教授合作在《Aging Cell》發(fā)表研究論文，證明D2R陽性神經(jīng)元的Cdc42信號(hào)可調(diào)節(jié)PD樣行為。在該研究中，作者發(fā)現(xiàn)PD小鼠尾殼核（CPu）中的Cdc42信號(hào)顯著降低。此外，CPu中過表達(dá)組成性活性Cdc42逆轉(zhuǎn)了PD小鼠的樹突棘異常并改善了行為缺陷。D2R條件性敲除誘導(dǎo)的iMSNs樹突棘丟失、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和認(rèn)知的缺陷可被CPu中組成性活性Cdc42的過度表達(dá)所逆轉(zhuǎn)。CPu中D2R陽性神經(jīng)元條件性敲除Cdc42足以誘導(dǎo)類似于在PD小鼠中觀察到的樹突棘和行為缺陷。總的來說，上述結(jié)果表明D2R調(diào)節(jié)的Cdc42信號(hào)受損在PD的樹突棘丟失和行為缺陷中起著重要作用。
結(jié)果
01
Cdc42活性降低導(dǎo)致樹突棘發(fā)生障礙和誘導(dǎo)PD樣行為
? ? ? ?為了研究Cdc42是否參與PD小鼠的病理生理學(xué)過程，研究人員在注射1-甲基-4苯基-1,2,3,6-四氫吡啶（MPTP）后，檢測(cè)CPu腦區(qū)Cdc42的表達(dá)變化，發(fā)現(xiàn)Cdc42的總蛋白水平無明顯變化，但是活性狀態(tài)的Cdc42表達(dá)明顯降低，且Cdc42下游信號(hào)分子神經(jīng)系統(tǒng)特異的Wiskott-Aldrich 癥候蛋白（N-WASP）、PAK、Cofilin（絲切蛋白）的磷酸化水平也顯著降低，提示PD小鼠CPu腦區(qū)Cdc42信號(hào)通路出現(xiàn)功能障礙。
圖1. PD小鼠CPu腦區(qū)Cdc42信號(hào)水平降低
? ? ? ?隨后將Cdc42的活性病毒Cdc42-ca和Cdc42的失活病毒Cdc42-dn分別注射到CPu腦區(qū)，發(fā)現(xiàn)Cdc42-ca能顯著增加Cdc42的下游信號(hào)，并促進(jìn)樹突棘的密度。而Cdc42-dn顯著抑制Cdc42的下游信號(hào)，并降低樹突棘的密度。
圖2. Cdc42調(diào)節(jié)CPu腦區(qū)的樹突棘發(fā)生
? ? ? ?那么活性狀態(tài)的Cdc42是否能改善PD小鼠的相關(guān)行為學(xué)呢？在PD小鼠CPu腦區(qū)注射Cdc42-ca進(jìn)行運(yùn)動(dòng)功能、認(rèn)知功能和情緒行為的檢測(cè)，行為學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Cdc42-ca能明顯改善PD小鼠的運(yùn)動(dòng)障礙和認(rèn)知缺陷，但不影響PD小鼠的情緒行為。
02
D2R陽性神經(jīng)元的Cdc42活性調(diào)節(jié)樹突棘發(fā)生和PD樣行為
? ? ? ?CPu主要的神經(jīng)元類型是D1R和D2R陽性神經(jīng)元，因此研究人員關(guān)注是何種類型神經(jīng)元的Cdc42的活性降低介導(dǎo)PD樣行為。發(fā)現(xiàn)在PD小鼠中特異性敲除CPu的D2R后會(huì)導(dǎo)致Cdc42的活性明顯降低，而在PD小鼠中特異性敲除D1R后不會(huì)顯著改變Cdc42的活性。
? ? ? ?既然敲除D2R會(huì)導(dǎo)致Cdc42的活性降低，那么在D2R陽性神經(jīng)元增加Cdc42的活性是否會(huì)改善樹突棘發(fā)生呢？進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)敲除D2R后導(dǎo)致神經(jīng)元的樹突棘密度明顯降低，而在D2R陽性神經(jīng)元中增加Cdc42的活性則可以增加D2R陽性神經(jīng)元的樹突棘密度。
圖3. D2R陽性神經(jīng)元增加Cdc42活性促進(jìn)樹突棘發(fā)生
? ? ? ?最后研究人員關(guān)注在D2R陽性神經(jīng)元增加Cdc42活性是否會(huì)改善PD小鼠的行為學(xué)。行為學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)敲除D2R能誘導(dǎo)小鼠出現(xiàn)PD樣行為，而在D2R陽性神經(jīng)元中增加Cdc42的活性則可以改善PD小鼠的運(yùn)動(dòng)障礙和認(rèn)知功能。
圖4. D2R陽性神經(jīng)元增加Cdc42活性改善PD樣行為
結(jié)論
? ? ? ?本文作者運(yùn)用多種轉(zhuǎn)基因鼠，通過病毒操縱基因表達(dá)、藥理學(xué)手段、樹突棘重構(gòu)和行為學(xué)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)PD小鼠的CPu腦區(qū)D2R陽性神經(jīng)元的Cdc42信號(hào)，可改善PD小鼠的行為學(xué)和相關(guān)的疾病表型，為治療PD相關(guān)的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能障礙提供了一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。
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? ? ? ?隨著全球人口老齡化程度的加劇，與之相關(guān)的疾病負(fù)擔(dān)正在日益受到社會(huì)的重視，其中神經(jīng)退行性疾病是備受關(guān)注的重點(diǎn)之一。帕金森氏病是僅次于阿爾茨海默病的第二大常見的神經(jīng)退行性疾病。樞密科技可為您提供包含帕金森氏病模型在內(nèi)多種定制大小鼠模型及表型分析服務(wù)。
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免疫組化檢測(cè)：GFAP、TH、ChAT、c-fos等
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