帕金森疫苗，一針?lè)蓝?，德?guó)杜塞爾多夫大學(xué)Gültekin Tamgüney教授的最新成果

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一種常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，其臨床表現(xiàn)主要包括靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直和姿勢(shì)步態(tài)障礙，同時(shí)患者可伴有抑郁、便秘和睡眠障礙等非運(yùn)動(dòng)癥狀。帕金森多見(jiàn)于老年人，平均發(fā)病年齡為60歲左右，40歲以下起病的青年帕金森病較少見(jiàn)。我國(guó)65歲以上人群PD的患病率大約是1.7%。大部分帕金森病患者為散發(fā)病例，僅有不到10%的患者有家族史。**帕金森病最主要的病理改變有兩點(diǎn)：中腦黑質(zhì)多巴胺（dopamine, DA）能神經(jīng)元的變性死亡；由α-突觸核蛋白（α-Synuclein，α-syn）聚集而成的路易體（Lewy body）的形成。**后者也是臨床上診斷帕金森病的金標(biāo)準(zhǔn)。α-突觸核蛋白（α-Synuclein，α-syn）在生理狀態(tài)下是一種可溶性的胞漿蛋白。病理性狀態(tài)下聚集在一起的α-突觸核蛋白會(huì)形成有毒的多聚體和不可溶性的淀粉樣纖維絲，從而導(dǎo)致諸如帕金森和路易體癡呆（Lewy body dementia）等一些與老齡化相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病。可怕的是，病理狀態(tài)下聚集在一起的α-突觸核蛋白具有像朊病毒一樣的特性，即會(huì)像病毒擴(kuò)散感染細(xì)胞那樣，α-突觸核蛋白聚集體也會(huì)從已感染的細(xì)胞擴(kuò)散到未感染的細(xì)胞中，從而引起這些細(xì)胞中新的α-突觸核蛋白聚集導(dǎo)致細(xì)胞死亡。并且這種擴(kuò)散不僅僅能夠發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（大腦和脊髓），也能夠從支配身體的外周神經(jīng)系統(tǒng)，如腸道神經(jīng)系統(tǒng)中沿著腦-腸軸神經(jīng)傳導(dǎo)，將病理狀態(tài)下的α-突觸核蛋白傳播進(jìn)大腦中。由于α-突觸核蛋白屬于自身抗原（self-antigen）的一種，免疫系統(tǒng)無(wú)法對(duì)α-突觸核蛋白聚集體做出有效反應(yīng)去清除它們。但這也提示了一種潛在的治療手段，即誘導(dǎo)人體自身的免疫系統(tǒng)識(shí)別異常聚集的α-突觸核蛋白并做出反應(yīng)。得益于固態(tài)核磁共振波譜（solid-state NMR spectroscopy）和電子冷凍顯微鏡技術(shù)（electron cryo-microscopy，cryo-EM）的發(fā)展，人們已清楚解析了從病人大腦中分離出來(lái)的α-突觸核蛋白結(jié)構(gòu)，這為改造和利用α-突觸核蛋白提供了研究基礎(chǔ)。近日，德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)物理生物學(xué)研究所Gültekin Tamgüney教授團(tuán)隊(duì)在Brain 期刊上發(fā)表了題為Vaccination with structurally adapted fungal protein fibrils induces immunity to Parkinson's disease 的研究論文，利用分子嫁接技術(shù)將α-突觸核蛋白的構(gòu)象表位移植到可溶性真菌蛋白HETs的朊蛋白結(jié)構(gòu)域HETs（218-289）上，從而構(gòu)建出一種四價(jià)疫苗，在帕金森模型小鼠上，接種該四價(jià)疫苗后，能夠誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生能夠識(shí)別α-突觸核蛋白聚集體的抗體，保護(hù)其免受帕金森病的困擾，改善運(yùn)動(dòng)性能并延長(zhǎng)生存期。
真菌蛋白HETs的碳末端殘基218-289在溶液狀態(tài)是不定形結(jié)構(gòu)狀態(tài)，能夠自發(fā)地組裝在一起形成纖維狀結(jié)構(gòu)?；诖耍没蛲蛔?，作者團(tuán)隊(duì)將能夠代表病理狀態(tài)下人源α-突觸核蛋白構(gòu)象表位的氨基酸殘基嫁接到了HETs的218-289上，構(gòu)建了4種候選疫苗——α-SC3，α-SC6，α-SC8和α-SC9。通過(guò)實(shí)時(shí)震蕩誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化（real-time quaking induced conversion，RT-QuIC）實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，作者團(tuán)隊(duì)證實(shí)這4種疫苗本身不會(huì)誘導(dǎo)α-突觸核蛋白聚集體產(chǎn)生。
為了驗(yàn)證這些疫苗的效果，作者團(tuán)隊(duì)利用TgM83+/-小鼠作為研究工具，該小鼠模型會(huì)表達(dá)具有家族性A53T突變的人源α-突觸核蛋白，但在缺乏誘導(dǎo)因素的情況下，不會(huì)自然發(fā)病。然而一旦注射了病人來(lái)源和人工合成的α-突觸核蛋白聚集體后，該小鼠模型會(huì)很快表現(xiàn)出帕金森病理特征。作者團(tuán)隊(duì)每2周通過(guò)小鼠腹腔給一次四價(jià)疫苗，一共給4次疫苗，持續(xù)8周，最后再給小鼠注射α-突觸核蛋白聚集體誘導(dǎo)帕金森病發(fā)作以評(píng)估疫苗效果。并且為了評(píng)估疫苗對(duì)機(jī)體自身抗體的誘導(dǎo)作用，在每次注射前后，作者團(tuán)隊(duì)都會(huì)收集小鼠血漿用以檢測(cè)抗體含量（圖1A）。為了分別模擬中樞起源（brain-first，α-突觸核蛋白聚集體首先產(chǎn)生于大腦，并向外周擴(kuò)散）和外周起源（body-first，α-突觸核蛋白首先產(chǎn)生于外周，并向大腦擴(kuò)散）的兩種帕金森疾病亞型，作者團(tuán)隊(duì)分別將α-突觸核蛋白直接注射到大腦中，或注射到腹腔/胃腸道中（圖1 B—D）。作者團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在中樞起源的帕金森模型小鼠中，相較于未注射疫苗組，注射了四價(jià)疫苗后的帕金森模型小鼠生存期從154天延長(zhǎng)到了166天，提高了約8%（n=20，小鼠數(shù)量為20只）。而在外周起源的帕金森模型小鼠中，注射了四價(jià)疫苗后的帕金森小鼠生存期分別從223天延長(zhǎng)到了271天（提高了約22%，腹腔注射）和231天延長(zhǎng)到了280天（提高了約21%，胃腸道注射）。作者團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)無(wú)論是哪種注射方式，注射了疫苗后的小鼠體重下降速度都變得更為緩慢，并且外周注射的小鼠體重下降速度比中樞注射的更為緩慢（圖1 E）。利用轉(zhuǎn)棒、握力和爬桿行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，作者團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于中樞起源的帕金森病模型小鼠而言，注射了疫苗后的小鼠行為功能累積評(píng)分（2.09±2.12）高于未注射疫苗的小鼠（1.37±1.98）。對(duì)于外周起源的帕金森病模型小鼠而言，注射了疫苗后的小鼠行為功能累積評(píng)分（腹腔注射=6.45±2.50，胃腸道注射=7.70±1.25）顯著高于未注射疫苗的小鼠（腹腔注射=4.40±3.35，胃腸道注射=4.74±3.11，圖1 F）。此外作者團(tuán)隊(duì)也通過(guò)對(duì)小鼠血漿的分析，發(fā)現(xiàn)四價(jià)疫苗能夠成功誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生識(shí)別α-突觸核蛋白聚集體的抗體。

圖1 四價(jià)疫苗能夠延長(zhǎng)帕金森模型小鼠生存期并且改善其運(yùn)動(dòng)功能障礙
綜上，基于α-突觸核蛋白結(jié)構(gòu)被清楚解析和真菌蛋白HETs的特性，作者團(tuán)隊(duì)利用工程改造的四價(jià)疫苗能夠誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生針對(duì)α-突觸核蛋白聚集體的抗體，從而在小鼠模型上延緩帕金森病的發(fā)作時(shí)間，起到延長(zhǎng)生存期和改善運(yùn)動(dòng)功能障礙的作用。**值得注意的是，在本研究中，作者團(tuán)隊(duì)只選擇了少量的構(gòu)象表位位點(diǎn)來(lái)制作疫苗，而α-突觸核蛋白上還存在著其它許多構(gòu)象表位位點(diǎn)大有可為，也許能夠改造出效果更好的疫苗。并且這種疫苗改造手段，不僅僅適用于α-突觸核蛋白聚集體誘導(dǎo)的帕金森病，也非常適用于如Aβ/Tau聚集的阿茲海默癥，或是Aβ前體聚集的II型糖尿病，或是其它由于蛋白錯(cuò)誤折疊導(dǎo)致的疾病。相較于其他需要低溫保存的藥物，這種疫苗的還一個(gè)好處就是能夠長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存在室溫狀態(tài)下，方便保存和運(yùn)輸。**參考文獻(xiàn)：

[1] Pesch V, Flores-Fernandez JM, Reithofer S, Ma L, ?zdüzenciler P, Busch Y, Sriraman A, Wang Y, Amidian S, Kroepel CVM, Müller L, Lien Y, Rudtke O, Frieg B, Schr?der GF, Wille H, Tamgüney G. Vaccination with structurally adapted fungal protein fibrils induces immunity to Parkinson's disease. Brain. 2024 Mar 1:awae061. doi: 10.1093/brain/awae061. Epub ahead of print. PMID: 38428032.

投稿合作：chuhan.si@shulanfund.com