尋找神經退行性疾病研究缺失的部分
一項新研究確定了一種神秘密度物質，有望解開阿爾茨海默病、帕金森病及其他神經退行性疾病中起作用的原纖維構成的基本謎團。
密歇根大學
10月31日
密歇根大學（University of Michigan，U-M）主導的新研究提供了有力證據(jù)，這一證據(jù)有望解開阿爾茨海默病、帕金森病及其他神經退行性疾病中起作用的原纖維構成的基本謎團。研究于近日發(fā)表在《公共科學圖書館：生物學》（PLOS Biology）雜志上。
研究于2024年10月31日發(fā)表在《PLOS Biology》（最新影響因子：7.8）雜志上
“我們發(fā)現(xiàn)患者的大腦中存在這些原纖維結構已經很久了，”新研究的主要作者 Ursula Jakob 說，“但問題是，這些原纖維的作用是什么？它們在疾病中扮演什么角色？最重要的是，如果它們是導致這些毀滅性疾病的罪魁禍首，我們能做些什么來清除它們嗎？”
盡管這一新發(fā)現(xiàn)并未直接回答這些問題，但它可能為研究人員理解這些疾病在分子層面的作用機制提供了缺失的關鍵信息。Jakob 表示，鑒于阿爾茨海默病治療手段的缺乏，這種更深入的理解顯然是必要的。
自 2021 年以來，美國 FDA 已批準了三種新的阿爾茨海默病藥物，但在此之前，盡管進行了數(shù)百項臨床試驗，卻長達 17 年沒有批準任何新藥（即便現(xiàn)在，仍有 100 多種候選藥物正在評估中）。
“鑒于所有這些失敗的臨床試驗，我們肯定還遺漏了一些重要的信息，” Jakob 說，她是密歇根大學分子、細胞與發(fā)育生物學系的教授，“因此，如果我們想要治療，甚至消除這些可怕的疾病，那么我和世界各地許多其他人正在進行的這項基礎研究就至關重要。”
神秘密度物質
研究人員早已知曉，原纖維（由稱為淀粉樣蛋白的看不見的小構件組裝而成的微小卷須）與許多神經退行性疾病有關。但關于這些結構如何在體內形成以及如何影響這些疾病的進展，仍然存在一些重要問題。
隨著科學家引入新的工具和方法來更深入地探究這些原纖維的結構，我們對它們的理解不斷發(fā)展。其中一項創(chuàng)新技術被稱為冷凍電子顯微鏡（cryogenic electron microscopy，簡稱 cryo-EM）。
“這是一項非常精密的技術，” Jakob 說，“利用它，你可以非常詳細地看到這些原纖維的樣子。”
2020 年，一個由劍橋研究人員領導的國際團隊利用冷凍電子顯微鏡，在從患有一種名為多系統(tǒng)萎縮（Multiple System Atrophy，MSA）的神經退行性疾病的患者體內回收的原纖維中發(fā)現(xiàn)了一種神秘物質。
盡管研究人員可以將原纖維的特征細化到構成更大蛋白質結構的單個氨基酸單位，但仍有一種未知的物質沿著原纖維的長度運行。
“它正好位于纖維的中間，他們完全不知道那是什么，” Jakob說，“他們稱之為‘神秘密度物質’。”
現(xiàn)在，Jakob 及其同事已經證明，一種無處不在的生物聚合物-多聚磷酸鹽（polyphosphate，polyP）可能就是那種神秘密度物質。
分子多聚磷酸鹽（圖中以紅色顯示）可能就是神經退行性疾病相關纖維（如圖中藍色所示）內部的“神秘密度物質”
新科學，古老分子
Jakob 說，多聚磷酸鹽是如今每一種生物體內都存在的一種分子，并且在漫長的進化歷程中一直被生物體所利用。由于 Jakob 和其他科學家進行的實驗室實驗，人們還認為它與多種神經退行性疾病有關。
例如，她的團隊發(fā)現(xiàn)多聚磷酸鹽有助于穩(wěn)定原纖維，并降低其對實驗室培養(yǎng)的神經元的破壞潛力。其他研究人員則表明，大鼠腦內的多聚磷酸鹽含量會隨著年齡增長而減少。
這些結果表明，多聚磷酸鹽可能在保護人類免受神經退行性疾病侵害方面發(fā)揮著重要作用。然而，科學家們仍然缺乏直接證據(jù)來證明這一點。
“你可以在試管里做很多事情，” Jakob 說，“但問題是哪些在人體內是真正相關的。”
然而，人類大腦是一個極其復雜的環(huán)境�？茖W家們尚未設計出能夠清晰闡明多聚磷酸鹽在其中作用的實驗。
但得益于早期的研究，科學家們確實擁有來自人類真實原纖維的精確 3D 結構。通過對這些結構創(chuàng)建計算機模型，Jakob 和她的團隊可以運行模擬實驗，以探究多聚磷酸鹽如何與原纖維相互作用。他們發(fā)現(xiàn)，多聚磷酸鹽與神秘密度物質非常匹配。
然后，他們更進一步，調整了原纖維的結構，改變了圍繞神秘密度物質的氨基酸。當測試這些原纖維變體時，他們發(fā)現(xiàn)多聚磷酸鹽不再與它們結合，也不再保護神經元免受原纖維毒性的侵害。
“因為我們無法從患者衍生的原纖維中提取多聚磷酸鹽（這在技術上是不可能的），所以我們不能肯定地說它就是神秘密度物質，” Jakob 說，“但我們可以說的是，我們有充分的證據(jù)表明，神秘密度物質與多聚磷酸鹽相匹配。”
他們的研究提出了一個假設，即找到一種方法來維持大腦中適當?shù)亩嗑哿姿猁}水平，可能有助于減緩神經退行性疾病的進展。但 Jakob 表示，要證明這一點仍然需要大量的時間和金錢投入，而且在這個過程中可能會遇到新的謎團。
“我想說，我們仍處于非常早期的階段。直到最近，這些原纖維中存在其他成分才變得清晰起來，”她說，“這些成分可能發(fā)揮著巨大作用，也可能根本不起作用。但只有當我們掌握了所有拼圖碎片，才能有望成功對抗這些極具破壞性的疾病。”
創(chuàng)立于1817年的密歇根大學
參考文獻
Source：University of Michigan
Finding a missing piece for neurodegenerative disease research
Reference：
Huettemann P, Mahadevan P, Lempart J, Tse E, Dehury B, Edwards BFP, et al. (2024) Amyloid accelerator polyphosphate fits as the mystery density in α-synuclein fibrils. PLoS Biol 22(10): e3002650. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002650
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原文標題 : 尋找神經退行性疾病研究缺失的部分
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