两种 GBA1 突变背景进入同一比较

发表于 Brain 的原始研究用患者诱导多能干细胞建立中脑类器官,分别取材于 1 位携带单等位基因 GBA1 L444P 变异的帕金森病患者,以及 1 位携带双等位基因 L444P 变异、同时患戈谢病和帕金森病的患者。研究还设置三个 GBA1 野生型健康供者来源的对照细胞系。作者在模型中观察多巴胺能神经元变化、糖脂积累和 α-突触核蛋白病理,并进一步比较两种作用于葡糖脑苷脂酶(glucocerebrosidase,GCase)相关通路的化合物。

在未处理模型中,2 种患者来源类器官都呈现多巴胺能神经元减少,以及具有路易体病理特征的 α-突触核蛋白沉积。单等位和双等位变异的模型提供了不同的 GCase 功能缺损背景,也让同一药物在两种模型中的反应可以分开观察。

橙灰色概念图:中央为抽象类器官,两侧表示两种化合物,下方表示多个观察终点。
两种化合物作用于患者来源中脑类器官的概念示意。(J&E Bio)

氨溴索改善部分酶活与神经元读数

研究用氨溴索处理类器官后,各细胞系的 GCase 蛋白量均有所增加。单等位 L444P 模型的 GCase 酶活恢复至正常水平,双等位模型的酶活则没有显著变化。2 种患者来源模型的葡糖基神经酰胺含量均未因氨溴索处理而下降。

多巴胺能神经元读数也有差别:单等位模型中的神经元损失得到改善;双等位模型的存活率虽有上升趋势,但未达到统计学显著性。氨溴索处理后,2 种患者来源模型中耐蛋白酶 K 的 α-突触核蛋白聚集体数量和面积均减少。蛋白聚集改善与神经元存活改善,在这两种模型中呈现不同结果。

GZ667161 降低糖脂及蛋白聚集,但未保住神经元数量

作者还用实验性葡糖基神经酰胺合成酶抑制剂 GZ667161 处理相同类型的中脑类器官。处理后,葡糖基神经酰胺降至检测不到的水平,耐蛋白酶 K 的 α-突触核蛋白聚集减少,Synapsin III 水平也下降;不过,突变模型中 α-突触核蛋白的总量未发生变化。相比之下,2 种患者来源模型中的多巴胺能神经元数量没有得到维持。

两种化合物由不同环节作用于 GCase 相关通路,在模型中呈现共同的蛋白聚集读数与不同的细胞存活结果。这使患者来源中脑类器官不仅能显示药物是否改变病理标志物,也能同时检查这种变化是否延伸至神经元终点。研究使用的是 2 位患者的细胞来源与特定处理条件;其读数仍属于体外模型观察。

来源与延伸阅读

  1. Lewy pathology formation in patient-derived GBA1 Parkinson’s disease midbrain organoids. Brain. First online 2024-11-21. ↗