Nat Commun：敲除或抑制USP30可保护PD小鼠模型多巴胺能神经元

SNCA（编码α-突触核蛋白（αSyn）的基因）突变会导致家族性帕金森病（PD），而异常的αSyn是特发性PD的关键病理标志。这种α突触核蛋白病导致线粒体功能障碍，从而可能导致多巴胺能神经变性。在常染色体隐性遗传PD中突变的PARKIN和PINK1通过诱导线粒体蛋白的泛素化来调节功能失调的线粒体的优先自噬清除（“线粒体自噬”）。

近期，哈佛医学院Tracy-Shi Zhang Fang，Mission Therapeutics Ltd.公司的Paul W. Thompson和剑桥大学、特兰西瓦尼亚神经科学研究所的Gabriel Balmus共同通讯在Nature Communications 发表了题为Knockout or inhibition of USP30 protects dopaminergic neurons in a Parkinson’s disease mouse model 的研究，揭示了USP30的抑制在保护帕金森病小鼠模型中的多巴胺能神经元中的作用，可作为帕金森病神经保护的潜在治疗靶点。

主要研究结果

大量证据表明线粒体功能障碍是PD的关键病理生理机制。因此，维持健康的功能线粒体库需要一个选择性降解功能失调的线粒体的系统。线粒体自噬的特定分子靶标是一种与线粒体外膜相连的去泛素化酶（DUB）——USP30，USP30可直接去除PARKIN或其他E3连接酶连接的泛素，从而抵消PARKIN促进线粒体自噬的能力。

研究假设有缺陷的线粒体自噬也可能加剧αSyn毒性。αSyn基因中的突变或重复，引起常染色体显性遗传性PD（AD-PD）。此外，功能失调的线粒体所产生的ROS增加，与PD大脑中氧化损伤标志物的增加一致，ROS可以增加αSyn积累，从而促进加速病理循环。然而，在αSyn诱导的线粒体损伤的情况下线粒体自噬在清除功能失调的线粒体中的作用尚不清楚。

图1. 在α突触核蛋白诱导的PD小鼠模型中，Usp30 KO改善了DA神经元存活率，降低了病理性αSyn并防止了运动缺陷

本研究通过基因敲除和药理抑制USP30催化活性控制线粒体自噬水平。Usp30基因敲除上调线粒体自噬并增加受损线粒体的清除率。结果发现，小鼠中Usp30基因敲除导致SN中多巴胺能（DA）神经元中线粒体自噬的基础水平增加。这表明USP30的耗竭加速了线粒体自噬并导致基础呼吸增加，同时降低了海马神经元的储备能力，表明USP30在调节线粒体稳态中起着至关重要的作用，其缺失会影响神经元的线粒体代谢和线粒体自噬。

αSyn的过表达诱导DA神经元的突触核蛋白病并影响线粒体功能，使其成为测试线粒体自噬调节是否可以防止αSyn毒性的合适模型。线粒体功能障碍在帕金森病多巴胺能神经变性的发病机制中起着核心作用。包括PARKIN、PINK1、LRRK2、DJ-1和UCHL-1在内的几个PD相关基因的产物直接调节线粒体的平衡。αSyn通过其亲脂性N末端与线粒体膜结合，损害线粒体通透性过渡孔（mPTP）并降低线粒体膜电位和细胞活力。研究表明，αSyn诱导线粒体功能障碍，基于αSyn的缓慢退化型PD小鼠模型测试了一种通过去除/抑制USP30来增强线粒体自噬的策略，作为一种潜在的神经保护策略。

本研究通过使用AAV-A53T-SNCA过表达小鼠模型进一步测试了这些小鼠对αSyn毒性的易感性，该模型再现了运动障碍、纹状体多巴胺耗竭和突触核蛋白病等帕金森病的主要特征。在注射AAV-A53T-SNCA的雌性和雄性小鼠中，Usp30 KO成功地阻止了αSyn诱导的运动障碍的发展（图1）。Usp30 KO小鼠运动功能的保护与SNpc中TH+神经元损失的减少、纹状体中多巴胺及其代谢物的保留、磷酸化-S129 αSyn累积的显著减少以及多巴胺能SNpc神经元线粒体中磷酸化-S129 αSyn受损线粒体清除的增强一致。这一结果证明了Usp30 KO小鼠体内USP30的缺失会导致线粒体自噬增强，并能对αSyn毒性有效保护。

图2. 基于α突触核蛋白的PD小鼠模型，MTX115325药理抑制USP30可防止DA神经元丢失和多巴胺耗竭

本研究所使用的强效和高选择性USP30抑制剂MTX115325，具有良好的类药特性、体内中枢神经系统渗透性和良好的探索性毒理学特征。在使用MTX115325来测试抑制USP30 催化活性的效果，发现MTX115325抑制USP30的催化活性导致对SNpc中TH+神经元的有力保护，并在纹状体中保留多巴胺及其代谢物，这与Usp30的KO产生的保护作用一致（图2）。

结 论

综上所述，本研究使用了一种通过Usp30缺失上调线粒体自噬的策略，与药理USP30抑制剂获得的结果相似。这些降低USP30的方法可增强线粒体自噬和对αSyn毒性的有效保护。这项工作验证了USP30的抑制是进一步测试PD中潜在疾病改善作用的有前途的策略。

参考文献：

Fang, TS.Z., Sun, Y., Pearce, A.C. et al. Knockout or inhibition of USP30 protects dopaminergic neurons in a Parkinson’s disease mouse model. Nat Commun 14, 7295 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42876-1.

编译作者：brainnews创作团队