STM:抑制p38α MAPK可修復神經元p38γ MAPK並改善突觸變性

腦科學世界 發佈 2023-12-05T12:29:50.264069+00:00

路易體病(Lewy body diseases,LBDs)包括路易體痴呆(DLB)、原發性帕金森病(PD)和PD痴呆等類型。p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)的改變在DLB和PD的發病機制中起著重要作用,p38α MAPK抑制劑目前已用於阿爾茨海默病(AD)的臨床試驗。

路易體病(Lewy body diseases,LBDs)包括路易體痴呆(DLB)、原發性帕金森病(PD)和PD痴呆等類型。p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)的改變在DLB和PD的發病機制中起著重要作用,p38α MAPK抑制劑目前已用於阿爾茨海默病(AD)的臨床試驗。


然而,p38α MAPK抑制劑對於路易體病的治療作用及機制仍未確定。近日,美國國家衛生研究院國家老齡研究所Eliezer Masliah團隊在Science Translational Medicine上發表了題為「Inhibition of p38α MAPK restores neuronal p38γ MAPK and ameliorates synaptic degeneration in a mouse model of DLB/PD」的文章,作者通過小鼠模型測試了p38α抑制劑SKF-86002是否可以改善路易體病。




SKF-86002在α-syn轉基因小鼠中穿過血腦屏障並降低p38活性


研究者使用SKF-86002(以下簡稱SKF)作為工具化合物,用來驗證p38抑制劑減輕神經炎症可能通過逆轉p38γ的錯誤定位來改善DLB/PD模型中突觸退行性變的假設。C57BL6小鼠通過腹膜內注射給予SKF(20 mg/kg),結果發現SKF在腹膜內給藥後具有良好的全身吸收,血漿半衰期約為2.4小時,腦暴露量約為血漿暴露量的40%,表明SKF具有良好的腦攝取能力和有效穿越血腦屏障的能力。


接下來,研究者使用SKF(20 mg/kg)每周5天,持續12周,治療同窩出生的人類α-syn過表達轉基因小鼠(α-syn tg)和非轉基因(非tg)小鼠,並將磷酸化ATF2作為p38激酶活性的標誌,比較磷酸化ATF2和總ATF2在非tg和αsyn-tg小鼠大腦中的表達。結果顯示,ATF2在非tg和α-syn-tg小鼠大腦中的表達沒有因基因型和治療而改變。然而,在用SKF處理的α-syn-tg小鼠中,磷酸化的Atf2/總Atf2比率降低(圖1)。因此,SKF在α-syn轉基因小鼠中可穿過血腦屏障並降低p38活性。


圖1



SKF對p38的抑制可以減輕α-syn tg小鼠的細胞因子介導的神經炎症


與非tg小鼠相比,α-syn tg的新皮層、海馬和紋狀體細胞中p38α陽性細胞的百分比顯著增加,而SKF治療逆轉了這種增加,同時顯著減少了α-syn tg小鼠新皮層和海馬的星形膠質細胞和小膠質細胞增生。為通過獨立方法進一步確定SKF對炎症的影響,研究者通過PCR測定促炎細胞因子和趨化因子的濃度。結果顯示,與非tg小鼠相比,α-syn-tg小鼠大腦中Tnf、Il-6、Il-13、Cxcl1和Ccl2的表達顯著增加,並且SKF處理降低了除Tnf和Cxcl1外的炎症因子的表達。免疫螢光分析顯示,在Iba-1陽性小膠質細胞中,αSCM處理使Il-6增加,SKF預處理使其減少(圖2)。


圖2



抑制p38α恢復了神經元p38γ的正確定位,並改善了α-syn tg小鼠的神經組織病理學


接下來,作者評估了p38α的抑制是否影響p38γ在神經元中的定位。在載體和SKF處理的非tg小鼠中,p38γ以點狀方式廣泛分布在神經纖毛中,但p38γ在α-syn tg小鼠的神經元細胞體中形成路易體(LB)樣內含物。與非tg小鼠相比,α-syn-tg小鼠大腦中位於神經纖毛的p38γ顯著減少,而p38γ陽性細胞的百分比增加(圖3)。SKF的給藥使大部分p38γ恢復到神經纖毛,同時α-syn tg小鼠的神經元核周p38γ積累減少,並使α-syn tg小鼠的顆粒部分中的p38γ恢復(圖4)。


圖3


圖4



給予SKF可以改善α-syn tg小鼠的神經變性和行為缺陷


接下來,研究者探索了p38α的抑制是否影響α-syn tg小鼠的神經退行性變和行為缺陷。與非tg小鼠相比,α-syn tg的新皮質、海馬CA3和紋狀體深層的NeuN陽性神經元數量減少了約40%,而SKF治療顯著改善了α-syn-tg小鼠的新皮層、海馬中神經元細胞的損失,並且也在一定程度上改善了紋狀體中的神經元細胞損失(圖5)。


圖5


隨後,研究者分析了給予SKF是否可以挽救α-syn tg小鼠的行為缺陷。與非tg小鼠相比,α-syn tg小鼠表現出運動學習和協調障礙。SKF治療顯示出改善α-syn-tg小鼠運動行為缺陷的趨勢,而非tg小鼠不受治療的影響(圖6)。不過在野外試驗中,與非tg小鼠相比,載體處理的α-syn tg小鼠表現出增加的活性,而SKF並沒有挽救這種活性。


圖6



SKF可以改善患者源性神經元中p38γ和α-syn的錯誤定位


研究者分別用突觸素(突觸前末端標記物)和Map2(樹突標記物)免疫標記iNeurons。1小時孵育後,突觸素免疫反應性在基線時沒有差異,但在低劑量和高劑量SKF治療後,對照iNeurons和A53T iNeurons的免疫反應性都有所增加。與用低劑量和高劑量SKF孵育18小時的對照iNeurons相比:A53T iNeurons中突觸素免疫反應性降低。在用SKF低劑量和高劑量治療後,A53T iNeurons中降低的Map2免疫反應性恢復(圖7)。


圖7


本研究表明,在DLB/PD的α-syn-tg小鼠模型中,p38α抑制劑SKF可以減輕神經炎症,挽救p38γ和α-syn在細胞質中的異常共定位,並促進p38γ向突觸前終末的正常再分配,使得突觸和神經元的變性、DLB/PD小鼠的運動學習和認知缺陷均得到不同程度的改善。p38抑制劑的抗炎作用促進了突觸的改善(包括p38γ向突觸的重新分布),為p38α(介導神經炎症)和p38γ(介導突觸功能)之間在DLB/PD發病中機制聯繫提供了依據。靶向p38α藥物的抗炎作用和通過p38γ改善突觸病理之間的這種交互作用為DLB/PD中靶向該信號通路治療提供了理論依據。



參考文獻:

Iba, M., Kim, C., Kwon, S., Szabo, M., Horan-Portelance, L., Peer, C. J., Figg, W. D., Reed, X., Ding, J., Lee, S. J., Rissman, R. A., Cookson, M. R., Overk, C., Wrasidlo, W., & Masliah, E. (2023). Inhibition of p38α MAPK restores neuronal p38γ MAPK and ameliorates synaptic degeneration in a mouse model of DLB/PD. Science translational medicine, 15(695), eabq6089. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.abq6089



編譯作者: DD (Brainnews創作團隊)

校審: Charlie Brown (Brainnews編輯部)

關鍵字: