帕金森病 (PD) 是第二常见的神经退行性疾病，由多巴胺能 (DA) 神经元丢失引起。左旋多巴 (L-DOPA) 虽能缓解症状，但不能阻止神经退行性变，长期服用还可能导致异动症。研究发现PD患者死后脑组织和PD模型中环磷酸腺苷 (cAMP) -蛋白激酶A (PKA) 信号通路中失调，激活该通路具有神经保护作用，但具体机制尚不明确。本研究使用果蝇模型和化学遗传学DREADD (由设计药物特异性激活的设计受体) 系统，探究cAMP信号通路在鱼藤酮诱导的DA神经元中的神经保护作用，为开发神经保护策略提供证据。
研究方法
本文使用特定品系果蝇进行DREADD实验和PKA C1过表达研究；原代神经元培养从成年果蝇胚胎中分离神经母细胞并培养；3天时加入鱼藤酮和CNO处理神经元；免疫荧光分析用于标记神经元并成像；TH(+) DA神经元通过捕获图像并计数抗TH(+)细胞进行定量。
研究结果
研究发现鱼藤酮处理显著降低了果蝇原代培养中DA神经元的数量，鱼藤酮能选择性地使果蝇多巴胺能神经元退化，而对胆碱能神经元无毒性 (图1)。该研究验证了果蝇原代神经元培养作为帕金森病模型的有效性。DREADDs是基因工程改造的GPCRs，可被特定配体激活。实验中，1 μM CNO对果蝇神经元无毒，而5 μM有毒 (表1)。在多巴胺神经元中，Gαs偶联的rM3BD受体激活可保护神经元免受鱼藤酮损伤，而Gαi偶联的hM4Di受体激活则加剧损伤。结果表明cAMP水平与神经元对鱼藤酮的敏感性相关 (图2)。此外，PKA-C1的过表达也能保护DA神经元免受鱼藤酮鱼藤酮毒性引起的神经退行性变，证实了cAMP-PKA信号通路在神经保护中的重要性 (图3)。
图1. 鱼藤酮选择性地使果蝇多巴胺能神经元退化
表1. 1 μM CNO对野生型果蝇神经元培养无毒性
图2. Gαs和Gαi的激活对DA神经元对鱼藤酮的敏感性有不同的调节作用
图3. 在DA神经元中过表达PKA的催化亚基C1可保护果蝇细胞培养免受鱼藤酮毒性
讨论
本研究通过果蝇原代神经元培养探讨了环境帕金森病毒素鱼藤酮诱导的DA神经退行性变的神经保护机制。研究结果揭示，鱼藤酮具有特异性的神经毒性，仅损伤DA神经元，而不影响胆碱能神经元。通过运用化学遗传学工具DREADDs，作者观察到激活DA神经元中的cAMP信号具有神经保护作用。调节cAMP信号对神经保护有显著影响，具体而言，激活Gαs偶联受体能够提升DA神经元中的cAMP水平，从而对抗鱼藤酮引起的神经元损失；相对地，激活Gαi偶联受体则会降低cAMP水平，加剧DA神经元的退行性变化。进一步研究表明，增加cAMP水平不仅能保护DA神经元免受鱼藤酮诱导的退行性损害，还能逆转鱼藤酮暴露导致的果蝇幼虫运动功能损伤等行为症状。cAMP信号通路的神经保护作用可能源自多巴胺细胞的自主机制，涉及多个环节：包括PKA对离子通道和受体的磷酸化作用、PINK1对神经突生长的激活、PKA信号异常对线粒体功能的影响，以及cAMP依赖性转录因子CREB在基因表达中的调节作用。PKA激活剂或磷酸二酯酶抑制剂有望成为延缓帕金森病进程、延长患者多巴胺能神经元寿命的潜在治疗药物。展望未来，作者计划利用鱼藤酮处理的果蝇原代培养系统，进一步深入挖掘cAMP神经保护作用的具体分子机制。
结论
本研究表明，在果蝇原代神经元培养中，激活多巴胺能神经元中的cAMP-PKA信号通路可抵御鱼藤酮诱导的神经退行性变。这种神经保护作用是多巴胺细胞自主的，因为它仅通过DA神经元中的PKA激活介导。本研究结果为开发针对帕金森病病理进展的新疗法提供了新的见解。
阅读英文原文：https://www.mdpi.com/3218920
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/neurosci
NeuroSci 期刊介绍
主编：François Ichas, CNRS and University of Bordeaux, France
期刊涵盖神经病学和神经科学领域的研究，旨在为全球科学家提供一个学术出版和交流平台，以促进神经病学和神经科学领域的发展。目前，期刊已被ESCI (Web of Science)、PMC、PubMed等重要数据库收录。
2023 Impact Factor：1.6
Time to First Decision：19.9 Days
Acceptance to Publication4.7 Days
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