Alzheimer's Dementia︱最新科学假说！JNK为神经退行性疾病的治疗靶点

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撰文︱赵迎迎，吴庆华

责编︱王思珍

阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD），均属于常见的神经退行性疾病。此类疾病是由神经元和（或）其髓鞘的丧失所致，随着时间的推移而恶化，以导致神经功能障碍【1】。由于这类疾病病因的多因素和复杂性，目前仍没有最佳的治疗药物。近20年来，科学家对神经退行性疾病的发病机理作了大量研究，新的机制不断被报道。研究发现tau蛋白过度磷酸化、β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积、乙酰胆碱缺乏、突触丢失、树突修剪等与神经退行性疾病密切相关【2-3】。然而，调控这些复杂机制的总开关，即上游调控信号蛋白，仍不清楚，从而使得靶标分子治疗神经退行性疾病一直未有重大突破。

2021年5月25日，来自长江大学—赫拉德茨˙克拉洛韦大学(捷克)毒理学联合实验室的吴庆华和Kamil Kuca教授团队在Alzheimer's & Dementia在线发表了题为《Hypothesis: JNK Signaling is a Therapeutic Target of Neurodegenerative Diseases》的科学假说文章（Review Article）。该团队基于来自细胞和动物实验研究的大量数据，全面分析了JNK信号在神经退行性疾病发病机制中的作用机制，并提出假说：JNK是治疗神经退行性疾病的潜在靶点。该文对于如何有效验证此科学假说与面临的挑战进行了深入分析。该假说的提出为研发阿尔茨海默病靶标药物，精准分子治疗该类疾病提供了新思路。

背 景

JNK又被称为应激活化蛋白激酶，是哺乳类细胞中MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）信号通路的另一亚类。JNK蛋白激酶由3个基因编码，JNK1和JNK2基因在全身广泛表达，而JNK3基因主要在脑中表达，在心脏和睾丸中表达较少【4】。JNK1/2参与免疫细胞的调节和胚胎神经系统的发育，而JNK3是应激刺激激活的主要亚型，主要参与神经变性过程【3,5】。

研究表明，JNK的活化不仅与AD和其他神经退行性疾病中的tau蛋白过度磷酸化有关，还参与Aβ的产生和积累【6-8】。JNK能够在多个位点磷酸化tau蛋白并导致其与微管解离，最终导致神经纤维缠结的形成【6,9】。其中，JNK3能够强烈地自我磷酸化并促成tau过度磷酸化【10】。值得关注的是，JNK3通过磷酸化淀粉样前体蛋白（APP）促进老年斑的主要成分Aβ₄₂的产生；反过来，Aβ可以诱导JNK活化，从而形成正反馈循环【7-8】。JNK信号通路还与黑质中多巴胺能神经元的进行性丧失有关，这是引起PD的主要原因

【11】。此外，具有生理活性的JNK通过磷酸化不同的底物来调节突触强度并促进突触的可塑性【4】。尽管基础水平的JNK活性对于诱导突触可塑性是必需的，但是应激诱导的JNK过度激活对突触可塑性是有害的，可能导致记忆缺陷和神经变性【5,12】。

JNK在神经原纤维缠结形成中的作用机制

（图片引自：Zhao et al. Alzheimer’s & Dementia2021;1–7）

提出假说 

JNK信号通路通过影响神经元的功能，从而导致神经损伤和随后的空间学习和记忆障碍。例如，用谷氨酸受体激动剂红藻氨酸处理JNK3基因敲除的小鼠，发现小鼠海马神经元变性减少了【13】。另外，用JNK抑制剂处理大鼠原代皮层神经元可有效阻止抗凋亡蛋白Bcl-w和Bcl-xL的下调，表明JNK参与神经元死亡途径【14】。JNK1基因缺陷小鼠的记忆和海马神经元树突的棘状结构都出现了被破坏的现象，表明JNK在突触可塑性中是必不可少的[5]。然而，JNK持续激活对突触可塑性是有害的【12】。此外，在H4-APP^sw细胞系中发现，抑制JNK活性后可阻止苏氨酸（Thr）668处APP的磷酸化，从而使Aβ片段大量减少；这充分证明了JNK参与Thr668处APP的磷酸化，从而促进了Aβ蛋白的产生【15】。同样，JNK的抑制还可阻止大鼠皮质神经元和转基因AD小鼠中tau的磷酸化，表明JNK在tau蛋白过度磷酸化中起重要作用【16】。总之，来自细胞和动物模型的这些发现都充分表明，JNK信号通路在神经退行性疾病发病机理中发挥了不可或缺的作用；因此，JNK很可能是神经性退行性疾病的潜在治疗靶点。

JNK调控神经退行性疾病发病机制

（图片引自：Zhao et al. Alzheimer’s & Dementia2021;1–7）

假说的验证 

在本文中，该团队提出可以把与人类具有更大遗传同源性的大型动物（如黑猩猩、猪等）用于验证JNK是神经退行性疾病的潜在治疗靶点的假设。例如，可将p-JNK，即磷酸化的JNK，注射到老年黑猩猩（chimpanzee）的大脑皮质中，观察是否出现神经退行性疾病的病理特征。值得注意的是，由于神经退行性疾病症状发作缓慢，该研究应长期进行。然而，遗憾的是，p-JNK的直接注射不仅会对脑组织造成局部穿透性损伤，还会造成其大剂量局部积累。为了解决这些限制，该团队还提出可以利用CRISPR技术建立转基因猪或黑猩猩模型，进一步验证提出的假设。

面临的挑战

目前，阐明JNK在神经退行性疾病中的作用机制主要依赖于细胞和啮齿动物模型（小鼠或大鼠）。但是，啮齿动物的短寿命，及与人类的进化隔离和解剖异质性，是其作为动物模型用于研究的限制因素，并且近交系动物并不能真正模拟人类基因的多样性。在基因组上，啮齿动物与人类只有48-66%的基因同源性，而非人灵长类动物，比如黑猩猩等，与人类有大于80%的基因同源性【17】。因此，建立大型动物模型将是更好的选择。值得注意的是，虽然非人灵长类动物模型可以作为替代方案，能更加真实地再现人类疾病过程，但它们的构建耗时、昂贵，并且需要补充体外试验进行验证。这些体外试验通常利用啮齿动物的神经细胞，由于较老的神经细胞无法在培养基中存活，从而无法观察到神经退行性疾病的病理发育变化。

结论与展望

对于未来而言，JNK3将是治疗神经退行性疾病的重要靶标和生物标志物。同时，由于神经胶质细胞参与大脑的许多重要的生理和病理过程，因此，应该进一步研究JNK3在神经胶质细胞中的作用。由于许多神经退行性疾病的发病率与性别有关，JNK3的激活是否与性别有关，还有待进一步研究。另外，JNK如何影响突触功能障碍的潜在机制也仍需进一步揭示。

本文中，长江大学的硕士研究生赵迎迎与捷克赫拉德茨˙克拉洛韦大学的Kamil Kuca教授为共同第一作者；长江大学的吴庆华教授为本文唯一通讯作者。

赵迎迎（左）、Kamil Kuca（中）、吴庆华（右）

（图片来源：长江大学吴庆华实验室） 

原文连接：

https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/alz.12370

参考文献（上下滑动查看）  

【1】Goedert M. Alzheimer's and Parkinson's diseases: The prion concept in relation to assembled Abeta, tau, and alpha-synuclein. Science. 2015;349:1255555.

【2】Yarza R, Vela S, Solas M, Ramirez MJ. c-Jun N-terminal Kinase (JNK) signaling as a therapeutic target for Alzheimer's Disease. Front Pharmacol. 2015;6:321.

【3】Musi CA, Agro G, Santarella F, Iervasi E, Borsello T. JNK3 as Therapeutic Target and Biomarker in Neurodegenerative and Neurodevelopmental Brain Diseases. Cells. 2020;9:2190.

【4】Antoniou X, Falconi M, Di Marino D, Borsello T. JNK3 as a therapeutic target for neurodegenerative diseases. J Alzheimers Dis. 2011;24:633-42.

【5】Komulainen E, Varidaki A, Kulesskaya N, Mohammad H, Sourander C, Rauvala H, et al. Impact of JNK and Its Substrates on Dendritic Spine Morphology. Cells. 2020;9:440.

【6】Yoshida H, Hastie CJ, McLauchlan H, Cohen P, Goedert M. Phosphorylation of microtubule-associated protein tau by isoforms of c-Jun N-terminal kinase (JNK). J Neurochem. 2004;90:352-8.

【7】Yoon SO, Park DJ, Ryu JC, Ozer HG, Tep C, Shin YJ, et al. JNK3 perpetuates metabolic stress induced by Abeta peptides. Neuron. 2012;75:824-37.

【8】Kim EK, Choi EJ. Pathological roles of MAPK signaling pathways in human diseases. Biochim Biophys Acta. 2010;1802:396-405.

【9】Zhang X, Tang S, Zhang Q, Shao W, Han X, Wang Y, et al. Endoplasmic reticulum stress mediates JNK-dependent IRS-1 serine phosphorylation and results in Tau hyperphosphorylation in amyloid beta oligomer-treated PC12 cells and primary neurons. Gene. 2016;587:183-93.

【10】Vogel J, Anand VS, Ludwig B, Nawoschik S, Dunlop J, Braithwaite SP. The JNK pathway amplifies and drives subcellular changes in tau phosphorylation. Neuropharmacology. 2009;57:539-50.

【11】Hunot S, Vila M, Teismann P, Davis RJ, Hirsch EC, Przedborski S, et al. JNK-mediated induction of cyclooxygenase 2 is required for neurodegeneration in a mouse model of Parkinson's disease. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101:665-70.

【12】Sherrin T, Blank T, Todorovic C. c-Jun N-terminal kinases in memory and synaptic plasticity. Rev Neurosci. 2011;22:403-10.

【13】de Lemos L, Junyent F, Camins A, Castro-Torres RD, Folch J, Olloquequi J, et al. Neuroprotective effects of the absence of JNK1 or JNK3 isoforms on kainic acid-induced temporal lobe epilepsy-like symptoms. Mol Neurobiol. 2018;55:4437-52.

【14】Yao M, Nguyen TV, Pike CJ. Beta-amyloid-induced neuronal apoptosis involves c-Jun N-terminal kinase-dependent downregulation of Bcl-w. J Neurosci. 2005;25:1149-58.

【15】Colombo A, Bastone A, Ploia C, Sclip A, Salmona M, Forloni G, et al. JNK regulates APP cleavage and degradation in a model of Alzheimer's disease. Neurobiol Dis. 2009;33:518-25.

【16】Ploia C, Antoniou X, Sclip A, Grande V, Cardinetti D, Colombo A, et al. JNK plays a key role in tau hyperphosphorylation in Alzheimer's disease models. J Alzheimers Dis. 2011;26:315-29.

【17】Eaton SL, Wishart TM. Bridging the gap: large animal models in neurodegenerative research. Mamm Genome. 2017;28:324-37.

制版︱王思珍

本文完