从线粒体异常寻找 ALS 的干预靶点

韩国与美国研究者围绕蛋白磷酸酶 1(protein phosphatase 1,PP1)开展肌萎缩侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)靶点研究,将小鼠、原代神经元、斑马鱼和人源细胞中的线粒体变化与神经元损伤联系起来。团队发现,相关 ALS 模型中的 PP1 活性变化伴随线粒体分裂调节蛋白 Drp1 的磷酸化改变,继而测试抑制 PP1 是否能减轻细胞损伤。

人源实验使用正常对照及携带 A90V、Q343R、M337V 变异的 TDP-43 人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)细胞系,分化为脊髓运动神经元后进行比较。研究以 PP1 抑制蛋白 I-2 处理细胞,在约 3 周龄的神经元中检测线粒体长度、裂解型 caspase-3 染色和核形态。

人源神经元的线粒体和凋亡标志出现改善

图 6 的人源细胞实验采用 80 nM I-2,每隔 1 天处理,持续 2 周。未经处理的 TDP-43 变异组线粒体平均长度为 1.75 μm,处理后增至 2.63 μm;正常组相应为 2.42 μm 和 3.24 μm。各组分析了约 36–38 个 ChAT 阳性神经元。

在 ChAT 阳性运动神经元中,变异组裂解型 caspase-3 阳性比例由约 31.47% 降至 15.67%,正常组则维持在约 8%。这项比较每组包含 3 条 iPSC 细胞系。线粒体长度与凋亡标志分别从细胞结构和细胞损伤角度支持 I-2 的干预效果。

核固缩指标的报告存在一处不一致:图 6g 柱状图和正文均显示处理后下降,但图注所列变异组数值由未处理的 7.11 变为处理后的 18.99。论文的 caspase-3 染色结果与线粒体长度比较采用独立数据,不依赖这组核固缩数值。

PP1 抑制在 ALS 斑马鱼模型和人源运动神经元中的比较。

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PP1 抑制在 ALS 斑马鱼模型和人源运动神经元中的比较。(So Yoen Choi et al. / Cell Death & Disease, 2020, 图 6;CC BY 4.0;PMC)

PP1 与 Drp1 干预的效果并不相同

在过表达 ALS 相关变异的原代神经元中,I-2 可改善线粒体呼吸链复合体 I 活性和膜电位,Drp1 抑制剂 Mdivi-1 未恢复这些指标。斑马鱼实验中,两种干预对轴突生长的改善程度也不同。作者据此提出,PP1 对线粒体与神经元功能的作用可能涉及 Drp1 之外的底物。

PP1 的不同催化亚型也表现出差别。原代神经元实验中,抑制 PP1α 或 PP1γ 均可减少过度线粒体分裂,但 PP1α 抑制同时增加了细胞死亡相关指标;PP1γ 抑制则减少了这些指标。亚型、底物和细胞环境共同影响干预结果。

人源结果支持继续研究 PP1 靶点

这项研究以多个模型交叉比较 PP1 抑制的作用,其中人源运动神经元提供了 TDP-43 变异背景下的药物反应资料。复合体 I 和膜电位实验主要来自动物组织或原代神经元,人源细胞部分重点检测形态与凋亡标志。作者将 PP1 视为值得继续研究的 ALS 靶点,后续仍需评估长期效果及不同亚型干预的安全性。

来源与延伸阅读

  1. Prevention of mitochondrial impairment by inhibition of protein phosphatase 1 activity in amyotrophic lateral sclerosis. Cell Death & Disease (2020). ↗