Nature Communications：LRRK2激酶调控α-核突触蛋白的积累，可作为治疗帕金森的药物靶标

帕金森病（PD）的病理特征包括路易小体（Lewy bodies，LBs）和路易神经突（Lewy neurites，LNs）中α-核突触蛋白的异常积累，因此PD可属于突触核蛋白疾病（synucleinopathies）【1】。在PD的进展中，α-突触核蛋白的异常积累可作为PD的致病因子之一，然而，α-突触核蛋白积累的分子学机制并未完全被阐明。

2018年8月27日，来自韩国首尔国立大学医学院、美国国立卫生研究院、美国加州大学圣地亚哥分校、德国神经退行性疾病中心、韩国庆熙大学研究生院、韩国康克英大学医学院的联合研究团队，将他们的一篇突破性研究成果以LRRK2 kinase regulates α-synuclein propagation via RAB35 phosphorylation为题发表在Nature Communications上。

研究表明：通过磷酸化多克隆抗体RAB35，LRRK2会促进α-核突触蛋白的积累；同时，LRRK2激酶活性可作为减缓核突触蛋白病的病变（即PD）的药物靶标【2】。

突触核蛋白基因SNCA不仅和家族性PD相关联，且与散发性PD也有密切关系。随着PD的进展，α-核突触蛋白会从大脑的几个离散区域逐渐扩展到更大的区域，同时，α-核突触蛋白累积与PD临床进展有一定的相关性，这或许增加了α-核突触蛋白是PD进展的主要驱动力的可能性【2-3】。

越来越多的研究表明，在相互连接的大脑区域内，α-核突触蛋白在细胞间的传播（propagation）是α-核突触蛋白病理学的基本机制【4】。可是，PD患者大脑的解剖学分析和连接组学研究对α-核突触蛋白异常积累理论提出了质疑【5】。然而，许多细胞和动物模型中证实α-核突触蛋白聚集是真实存在的。因此，对这一现象的研究将给PD的疾病发生学（etiopathology）提供见解。

尽管已有研究表明：隧道纳米管（tunneling nanotubes）能够使神经元转运α-核突触蛋白聚集物，但是α-核突触蛋白聚集似乎受到供体神经元的聚集胞外分泌和受体神经元的聚集胞内分泌的调控【6-7】。而内化的α-核突触蛋白通过内溶酶体通路（endolysosomal pathway）进行转运【8】。但是，目前对α-核突触蛋白的聚集过程和对此过程中的关键调控因子的理解是不清晰的。

LRRK2（leucine-rich repeat kinase 2，富亮氨酸重复激酶2）的突变被认为是家族性和散发性PD的最常见致病因子【9】。LRRK2是多区域蛋白家族（multidomain protein famil）的成员之一，LRRK1也属于该蛋白家族（Fig.1）。在物种间和同类型间，LRRK蛋白的域结构具有保守性。

Fig. 1  Effects of lrk-1 deficiency in α-synuclein propagation.

lrk-1基因属于秀丽线虫（C. elegans）LRRK基因，lrk-1基因与哺乳动物的LRRK基因具有域结构同源性【10】。对整体结构保守性的研究表明线虫LRK-1蛋白与哺乳动物LRRKs蛋白具有功能相似性。

研究表明两种LRRK2激酶抑制剂没有抑制LRK-1蛋白的表达，虽然在本研究中提供了间接性证据，但是LRRK2激酶对LRK-1蛋白的直接影响仍未得到证实【11】。

LRRK2最常见的突变是在激酶域内被G2019S所取代，这种突变导致激酶活性的提高【12】。表明在PD患者中，LRRK2基因突变与α-核突触蛋白诱发的神经退化密切相关，然而LRRK2在核突触蛋白疾病学上的机制并不完全清晰。

在本研究中，首先，研究者们阐明了在携带PD的细胞培养物、秀丽线条模型、兔及小鼠模型中，LEEK2在α-核突触蛋白积累过程中具有重要作用：LRRK2对α-核突触蛋白积累的影响需要LRRK2激酶活性的调控。PD患者的G2019S突变会提升激酶酶活、加速α-核突触蛋白的积累效率（Fig. 2）。

Fig. 2  LRRK2 kinase activity regulates propagation of α-synuclein.

此外，研究发现LRRK2会通过磷酸化多克隆抗体RAB35来促进α-核突触蛋白的积累。在lrk-1突变秀丽线虫模型中，RAB35的组成性激活（constitutive activation）会覆盖（override）减少的α-核突触蛋白积累表型（Fig.3-4）。

Fig. 3  RAB35 mediates LRRK2-induced propagation of α-synuclein.

Fig. 4  RAB35 Phosphorylation is necessary for regulation of α-synuclein propagation

最后，研究者们阐明，在突触核蛋白病小鼠模型中，通过增强α-核突触蛋白与溶酶体讲解途径的相互作用，LRRK2激酶抑制剂会减少α-核突触蛋白的异常积累（Fig.5）。

Fig. 5  Blockade of LRRK2 kinase inhibits α–synuclein propagation in mice

综合研究表明，RAB35介导的LRRK2调控可作为一种潜在PD药物治疗的标靶。

补充阅读

Major References

【1】Goedert, M., et al. 100 years of Lewy pathology. Nat. Rev. Neurol. 9, 13–24 (2013).

【2】Eun-Jin Bae，et al.  LRRK2 kinase regulates α-synuclein propagation via RAB35 phosphorylation. Nat. Commun. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05958-z（2018）.

【3】Braak, H. et al. Staging of brain pathology related to sporadic Parkinson's disease. Neurobiol. Aging  24, 197–211 (2003).

【4】Brundin, et al.Prying into the prion hypothesis for Parkinson's disease. J. Neurosci. : Off. J. Soc. Neurosci. 37, 9808–9818 (2017).

【5】Surmeier, D. J., et al. Parkinson's disease is not simply a prion disorder. J. Neurosci. : Off. J. Soc. Neurosci. 37, 9799–9807 (2017).

【6】Lee, H. J., et al. Extracellular alpha-synuclein-a novel and crucial factor in Lewy body diseases. Nat. Rev. Neurol. 10, 92–98 (2014).

【7】Abounit, S. et al. Tunneling nanotubes spread fibrillar alpha-synuclein by intercellular trafficking of lysosomes. EMBO J. 35, 2120–2138 (2016).

【8】Kim, D. K. et al. Anti-aging treatments slow propagation of synucleinopathy by restoring lysosomal function. Autophagy 12, 1849–1863 (2016).

【9】Zimprich, A. et al. Mutations in LRRK2 cause autosomal-dominant parkinsonism with pleomorphic pathology. Neuron 44, 601–607 (2004).

【10】Paisan-Ruiz, C. et al. Cloning of the gene containing mutations that cause PARK8-linked Parkinson's disease. Neuron 44, 595–600 (2004).

【11】Farrer, M. J. Genetics of Parkinson disease: paradigm shifts and future prospects. Nat. Rev. Genet. 7, 306–318 (2006).

【12】Haugarvoll, K. & Wszolek, Z. K. Clinical features of LRRK2 parkinsonism. Park. Relat. Disord. 15, S205–S208 (2009). Suppl 3.

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