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因此,来自英国莱斯特大学的研究人员在《细胞死亡和疾病》杂志上报告了他们基于果蝇研究的最新发现。
莱斯特MRC毒理学部门负责人Miguel Martins博士说:
“这项研究对目前公认帕金森病是由于线粒体功能障碍的理论提出了挑战。”
他和他的同事们使用的是果蝇,因为果蝇能够提供一种用于研究人类疾病的极好遗传模型——这种昆虫携带了大约75%的人类致病性基因。由于显然会受到道德和技术方面的限制,不可能在人类进行信号转导通路和脑萎缩性疾病相关细胞过程的实验。
帕金森病的主要标志是在脑内控制包括运动在内一系列功能的那部分产生多巴胺的细胞发生死亡。随着这种破坏性疾病不断进展,越来越多的脑细胞发生死亡,患者逐渐失去了行走、说话和生活自理能力。
Pink1和Parkin两个基因,已知在患有遗传性帕金森病的人群当中发生突变。果蝇的这两种基因发生突变后出现了了帕金森氏病的典型特征——肌张力减弱、移动缓慢、飞行费劲,出现脑内多巴胺细胞丢失。
阻断内质网应激可预防脑细胞死亡
以往的研究表明,某些形式的遗传性帕金森氏病是线粒体存在缺陷的结果,线粒体是细胞内的动力工厂,为细胞的各种必需功能提供能量。如果线粒体停止工作,脑细胞就逐渐凋亡。
然而,在这项最新研究中,研究人员提出,线粒体全线崩溃并不是帕金森病时细胞内发生的全部。相反,他们提出,内质网(ER)的应激——及其对线粒体造成的一系列连锁反应才是事情的关键。
他们发现,使用果蝇模型,阻断内质网(ER)应激效应的化学物质可以阻止与帕金森病相关的脑细胞死亡。
内质网(ER)是一个迷宫状的细胞器,具有将蛋白折叠成维持细胞基本功能所需的正确形状的重要作用。如果内质网(ER)折叠蛋白开始发生错误,细胞就会将它关闭。虽然这样可以在一定程度上起到保护细胞的作用,但最终会导致细胞死亡。
研究小组发现,pink1和parkin基因发生突变的果蝇体内出现大量内质网应激反应。它们无法像正常果蝇一样快而好地折叠蛋白,它们具有更高水平的蛋白质折叠分子BiP——内质网出现应力的标志物。
内质网(ER)应力与线粒体额外联接有关
内质网(ER)通过内膜与线粒体相联接。内膜的分解是由pink1和parkin控制的。分解的一个重要作用就是让线粒体脱离内质网,以便被移除和处置。
然而,研究人员发现,随着pink1和parkin不断发生突变,比正常果蝇有更多的线粒体附着于内质网。这使得他们可以得出这样的结论:内质网应激与线粒体额外联接有关,因此可阻断障碍部分的释放。
研究小组还发现,发生pink1和parkin突变的果蝇,这类联接更多,产生多巴胺也较少。多巴胺是由脑细胞生成的,是帕金森病的经典标志物。
在进一步的实验中,研究人员降低了突变型果蝇的内膜水平,结果表明这回导致线粒体与内质网的联接数减少,防止脑细胞死亡。此外,果蝇的肌张力仍然很强,即使他们存在缺陷线粒体。
研究人员认为这些发现表明帕金森病中发生的脑细胞死亡是源于内质网应激而非线粒体的一般性功能衰竭。
“通过在帕金森病模型上识别和预防内质网应激,我们有望预防神经退行性疾病。象这样的实验室实验,让我们可以看到内质网应激会对帕金森氏病造成什么样的影响。”Miguel Martins博士如是说。