综述：帕金森病的基因修饰动物模型

时间：2025年5月9日

来源：Experimental Neurology

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这篇综述聚焦帕金森病（PD）基因修饰动物模型。介绍了与 PD 多种发病机制相关的模型，如 α- 突触核蛋白（α-syn）异常、自噬 - 溶酶体系统（ALP）缺陷等，探讨其优缺点及应用，为 PD 研究和药物开发提供参考。

1. 引言

帕金森病（PD）是全球第二常见的神经退行性疾病，发病率与年龄正相关，主要症状有静止性震颤、运动迟缓等。其主要病理表现为黑质纹状体通路中多巴胺能（DA）神经元进行性退化，伴有路易小体（LBs）积累。环境因素和基因改变都可导致 DA 神经元退化死亡，目前发病机制仍不明确。

基因编辑技术可用于构建 PD 动物模型，通过改变基因功能，模拟 PD 的病理特征，有助于研究疾病机制、筛选药物和开发新疗法。

2. α-syn 异常编码：SNCA 错义突变

SNCA 基因编码 α-syn，它在中枢神经系统中高表达，对维持神经系统正常功能很重要，同时也是 LB 的主要成分。SNCA 基因的错义突变，如 SNCAA30P 和 SNCAA53E，会破坏 α-syn 的正常结构和聚集行为，导致其错误折叠和形成有毒聚集体，进而引发 PD。

2.1 Α- 突触核蛋白（SNCA）

1996 年，研究人员在意大利一个大家族中进行基因组扫描，发现 4q2 - q23 上的 PARK1 位点与 PD 表型相关，随后发现 SNCA 基因位于该染色体片段上，p.A53T 突变是首个被发现可导致 PD 表型的基因突变。之后又发现了多个与 PD 相关的 SNCA 基因突变及基因倍增情况。

2.2 SNCA 靶向动物模型

表达 SNCA A53T 和 SNCA A30P 突变的转基因模型较为常见。SNCA A53T TG 小鼠有更明显的 α-syn 病理表现、神经退行性变和运动障碍，还会出现非运动相关改变，如快速眼动睡眠行为障碍（RBD）、嗅觉功能下降等。SNCA A30P TG 小鼠则存在视网膜、嗅球异常和情绪问题。

在果蝇模型中，不同 SNCA 突变的果蝇表现出不同程度的运动障碍和神经毒性。这些模型有助于研究 α-syn 聚集和错误折叠的细胞毒性，为发现生物标志物和开发临床前药物提供帮助。

2.3 SNCA 相关动物模型的应用

SNCA 缺陷模型的主要特征是 α-syn 聚集，常被用于研究与 α-syn 相关的治疗策略和分子机制。通过在 SNCA 缺陷动物中进行双基因编辑，可验证致病机制。在治疗方面，研究人员尝试了多种方法来调节 α-syn 水平，如过表达相关蛋白、使用反义技术等，为 PD 治疗提供了新方向。

3. α-syn 清除受损：自噬 - 溶酶体通路（ALP）缺陷

3.1 自噬机制

自噬的功能是细胞清除和维持细胞内稳态，其机制涉及巨自噬（MA）、分子伴侣介导的自噬（CMA）和微自噬三条主要途径，这些途径都依赖溶酶体进行物质降解和成分回收。ALP 是细胞清除受损细胞器和错误折叠蛋白的主要机制，在 PD 中，ALP 功能障碍会导致 α-syn 等有害物质积累，促进神经退行性变。此外，溶酶体酸化对其水解酶活性很关键，PD 中溶酶体 pH 升高会降低酶活性，影响蛋白降解，还会影响细胞内钙离子稳态，导致细胞死亡。神经元对自噬 - 溶酶体缺陷特别敏感，因此自噬功能障碍是 PD 发病的主要因素之一。

3.2 ALP 相关遗传动物模型

富亮氨酸重复激酶 2（LRRK2）：LRRK2 基因突变是 PD 最常见的遗传因素。LRRK2 基因编码的蛋白属于 ROCO 家族，在膜转运中起重要作用。研究主要集中在 p.G2019S 和 p.I2020T 等突变，这些突变会导致 ALP 功能异常，引起 α-syn 聚集、溶酶体损伤等。在啮齿动物中，LRRK2G2019S TG 小鼠表现出年龄依赖性神经毒性和 PD 表型，LRRK2 KO 小鼠则有 ALP 活性异常。在果蝇和线虫模型中，LRRK2 突变也会导致 DA 神经元退化和运动功能障碍。LRRK2 动物模型在 PD 发病机制研究和治疗靶点发现方面有重要进展。
液泡蛋白分选 - 35（VPS35）：VPS35 编码的蛋白有助于维持跨膜蛋白稳态，调节受体丰度，是 retromer 复合物的关键成分。VPS35 基因变异与 PD 相关，其中 VPS35D620N 突变会导致溶酶体损伤和自噬异常，引发 PD 症状。VPS35 缺陷的大鼠和小鼠有 DA 神经元病理改变，但运动障碍不明显，其在 PD 中的作用还需进一步研究。
ATP13a2：ATP13A2 基因与内吞 / 溶酶体功能正相关，其编码的蛋白可运输二价金属阳离子和多胺，维持细胞内稳态。ATP13a2 缺陷动物会出现运动、认知功能障碍和 α-syn 积累等症状。在小鼠和非人灵长类动物模型中，ATP13A2 基因缺失会导致 DA 神经元变性，该模型可用于探索 PD 发病机制。
GBA：GBA 基因编码葡萄糖脑苷脂酶（GCase），其错义突变会降低 GCase 活性，影响溶酶体功能和 α-syn 降解。果蝇的 GBA 基因突变模型会出现运动障碍和 DA 神经元丢失，GBA L444P TG 小鼠和 GBA GS/h-SNCA TG 小鼠会出现神经退行性变和 α-syn 聚集。携带 LRRK2/GBA 双突变的个体发病更早，表明 GBA 缺陷会加速 PD 进展。

3.3 ALP 改变在动物模型中的研究

增强 ALP 可能是治疗 PD 的潜在方法。ALP 缺陷的遗传模型对探索 ALP 机制和治疗策略很重要。

LRRK2 抑制剂：LRRK2 抑制剂可通过抑制 LRRK2 激酶活性，恢复溶酶体功能，减少 α-syn 积累；还可调节 Rab 活性，增强自噬，减轻神经炎症，为 PD 治疗提供新靶点和策略。LRRK2 缺陷模型可用于筛选和评估这些抑制剂的疗效，目前已有多种 LRRK2 抑制剂在动物模型中进行研究。
GCase 相关治疗策略：增强 GCase 活性是治疗 PD 的可行策略。GBA 缺陷模型常用于治疗研究，一些药物可增强 GCase 活性，改善动物模型的症状，为药物疗效提供了临床前证据。

4. α-syn 清除功能障碍：异常的泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）

4.1 UPS 的基本分子机制

UPS 是一种 ATP 依赖的蛋白水解机制，具有高底物特异性，主要负责降解细胞内老化、受损和错误折叠的蛋白，维持细胞内蛋白质稳态。蛋白质泛素化是 UPS 的关键步骤，需要泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素连接酶（E3）的协同作用。最终，泛素化的蛋白质被 26S 蛋白酶体识别并降解。UPS 功能障碍与 PD 发病密切相关，会导致 α-syn 异常积累、线粒体损伤和神经炎症等。

4.2 UPS 相关遗传动物模型

Parkin：Parkin 基因是常染色体隐性早发性帕金森病（EOPD）的主要致病基因。Parkin 基因敲除的果蝇会出现精子线粒体缺陷、肌肉退化等症状，但啮齿动物模型因补偿机制无明显症状。
泛素羧基末端水解酶 - L1（UCH-L1）：UCH-L1 编码的蛋白主要调节神经元内游离泛素水平。UCH-L1 的常见突变，如 UCH-L1 I93M，会导致 UPS 异常，神经元损伤和变性。UCHL1−/−小鼠有明显的神经表型，但一些 UCH-L1 转基因模型却有神经保护作用，其与 PD 的关系存在争议，限制了其缺陷模型的应用。
F-box 蛋白 7（FBXO7）：FBXO7 编码的蛋白是 SCF E3 泛素连接酶复合物的组成部分，参与线粒体自噬、细胞生长和蛋白酶体功能调节。FBXO7 功能障碍会影响线粒体功能，导致细胞应激增加。FBXO7 基因敲除的小鼠有运动障碍和 DA 释放异常，但该模型存在发育缺陷和过早死亡等问题，应用受限。
UPS 相关动物模型的应用：在 UPS 相关基因缺陷模型中，Parkin 缺陷模型应用较广泛，常用于探索线粒体自噬机制和潜在药物靶点。研究发现尼古丁可激活 UPS 和自噬，对 PD 有保护作用。

5. 线粒体缺陷相关基因

线粒体在神经元功能中起核心作用，多种分子事件与线粒体密切相关。这里主要介绍基于线粒体相关基因编码产物构建的遗传模型，如 PINK1、DJ-1、CHCHD2 和 HTRA2。

5.1 线粒体缺陷相关遗传动物模型

PINK1：PINK1 编码的丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶具有线粒体靶向序列和跨膜结构域，它与 Parkin 相互作用，促进去极化线粒体的选择性自噬，维持线粒体质量控制。在灵长类模型中，PINK1 缺失会导致神经元变性；在果蝇和小鼠模型中，PINK1 突变或缺失会导致 DA 神经元丢失、运动障碍等症状。
DJ-1：DJ-1 基因编码的蛋白是一种抗氧化剂和氧化应激传感器。DJ-1 基因的一些错义突变会引发 DA 神经元病变。DJ-1 缺陷的小鼠和大鼠会出现运动障碍、神经细胞损伤等症状，果蝇和斑马鱼模型则有运动活性异常和对氧化应激敏感等表现。
卷曲螺旋结构域 2（CHCHD2）：CHCHD2 基因编码的蛋白主要位于线粒体膜间隙，对线粒体嵴的形成很重要。CHCHD2 基因敲除的果蝇和小鼠模型有线粒体形态异常、运动能力受损和 DA 神经元凋亡等 PD 样特征，过表达 CHCHD2 可改善 PD 小鼠的症状。
HTRA2：HTRA2 基因编码的丝氨酸蛋白酶位于线粒体膜间隙，调节蛋白质折叠。HTRA2 缺陷的模型，如 HTRA2 KO 小鼠，会出现错误折叠蛋白聚集、线粒体功能障碍、DA 神经元丢失和运动障碍等症状。