Mol Neurobiol︱曹子岗课题组揭示帕米帕利引起斑马鱼胚胎神经发育缺陷和脑出血的分子机制
撰文︱杨 豆
责编︱王思珍
编辑︱杨彬伟
帕米帕利（Pamiparib）是一种选择性聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）抑制剂，能够特异性的抑制parp-1和parp-2，已经被证明在小鼠体内具有良好的穿透血脑屏障的能力，具有独特的治疗脑肿瘤的潜力[1]。Pamiparib通过抑制肿瘤细胞DNA单链损伤的修复和同源重组修复缺陷，对肿瘤细胞起到合成致死的作用。在BRCA1突变MDA-MB-436乳腺癌异种移植模型的疗效研究中，Pamiparib效力是奥拉帕利的16倍[2]。研究表明，Pamiparib在多种肿瘤模型中都具有很强的抗肿瘤活性。然而，Pamiparib作为一种新型PARP抑制剂和抗肿瘤药物，是否会对脑发育造成损伤目前未见报道。
Notch信号通路参与多种组织器官发育的过程，如造血，血管和神经发生[3]。研究表明Notch激活会导致Xic1的转录下调和抑制初级神经元形成[4]。在B-ALL细胞中，Notch信号的激活还会导致HES1介导的PARP1激活和随后的细胞凋亡[5，6]。最近的研究还表明Notch和PARP1都参与盲肠结扎和穿刺（CLP）诱导的脓毒症相关性脑病，并导致神经元凋亡和记忆障碍[7]。目前，关于Pamiparib与notch信号通路之间关系尚不清楚。
2022年8月19日，井冈山大学发育生物学研究中心曹子岗课题组在《分子神经生物学》（Molecular Neurobiology）上发表了题为“Pamiparib induces neurodevelopmental defects and cerebral haemorrhage in zebrafish embryos via inhibiting notch signaling”的研究论文。课题组以模式动物斑马鱼为研究对象，首次发现Pamiparib会引起斑马鱼胚胎脑发育异常和脑出血，揭示了Pamiparib可通过抑制Notch信号通路诱导脑损伤的这一新的分子机制，研究为Pamiparib的作用机制和的安全使用提供了重要的研究思路。杨豆为第一作者，曹子岗教授和肖菊花博士为通讯作者。
为了测试Pamiparib暴露对斑马鱼胚胎的影响，研究人员用1、2、3 µM Pamiparib处理胚胎至72 hpf。暴露到48 hpf后，观察到胚胎头部萎缩，脑室周围发育缺陷（图1C）。为了进一步确认Pamiparib是否诱导神经元发育缺陷，研究人员使用了标记新神经元的Tg(elavl3:YC2)转基因系，观察到幼鱼头部的新神经元明显减少（图1H-I）。
图1 Pamiparib处理后的胚胎表型
（图源：Yang D, et al., Mol Neurobiol, 2022）
同时，研究人员发现Pamiparib能够诱发脑出血并引起脑血管减少，并且随着药物浓度的增加，表型更加严重（图2A-C），在处理组中观察到严重的脑萎缩（图2D,E）。这些结果表明Pamiparib能够诱发脑部神经发育缺陷和脑出血。
图2 Pamiparib诱发斑马鱼神经发育缺陷和脑出血
（图源：Yang D, et al., Mol Neurobiol, 2022）
研究人员检测了暴露在Pamiparib的胚胎的氧化应激水平。结果显示，Pamiparib暴露后，幼鱼头部的ROS信号和超氧化物歧化酶（SOD）的活性明显增加，过氧化氢酶（CAT）和丙二醛（MDA）的活性明显下降（图3A-E），说明Pamiparib可以诱发氧化应激。
图3 Pamiparib处理后胚胎的氧化应激分析
（图源：Yang D, et al., Mol Neurobiol, 2022）
研究人员使用氧化应激抑制剂虾青素（astaxanthin）研究是否能挽救Pamiparib引起的神经发育缺陷。结果显示，与对照组相比，astaxanthin有效地恢复了脑萎缩和神经发育缺陷（图4A）。此外，astaxanthin能够部分减轻Pamiparib诱导的脑出血（图4B）。这些结果表明Pamiparib通过上调氧化应激水平诱发了神经发育缺陷。
图4 astaxanthin有效回救Pamiparib引起的神经发育缺陷
（图源：Yang D, et al., Mol Neurobiol, 2022）
Notch信号通路在脑部发育和神经发生发挥非常重要的作用[5]。为了探索Pamiparib诱导的脑神经发育缺陷的分子机制，研究人员将Notch信号通路标记转基因系Tg（TP1:EGFP）斑马鱼暴露于Pamiparib，发现Tg（TP1：EGFP）幼鱼的头部绿色荧光明显减少（图5A）。研究人员还测试了Notch相关途径的基因转录水平。与对照组相比，样本组中dlb和notch1a的表达明显下调（图5B,C）。这些结果表明Pamiparib可以显著下调Notch信号。
为了进一步确认Pamiparib是否通过抑制Notch信号而导致脑出血和脑萎缩，研究人员使用notch1a激活剂丙戊酸钠（sodium valproate，SV）上调Notch信号，发现，与Pamiparib组相比，SV联合Pamiparib共同处理后，脑出血减少，脑血管更加丰富，脑萎缩得到有效回救（图5D, E）。
图5 sodium valproate回救Pamiparib引起的神经发育缺陷和脑出血
（图源：Yang D, et al., Mol Neurobiol, 2022）
当然，这项研究还存在一些有待解决的问题，如Pamiparib与Notch信号通路之间的详细分子机制是什么？Notch信号与氧化应激之间关系又是怎样的？相关具体的机制还需要进一步探究。
总之，该研究首次报道了Pamiparib通过抑制Notch信号通路诱发胚胎脑发育损伤这一新的分子机制，为Pamiparib的安全使用和新的作用机制提供了重要的依据。
原文链接：https://doi.org/10.1007/s12035-022-02988-z
该研究得到国家自然科学基金(31900597, 81860282, 81960101);，江西省自然科学基金杰青项目(20192ACB21013)和江西主要学科学术与技术带头人培养计划青年人才(20204BCJL23043)等项目的资助。
通讯作者：曹子岗（左）；第一作者：杨豆（右）
（照片提供自：曹子岗实验室）
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1. Xiong, Y., et al., Pamiparib is a potent and selective PARP inhibitor with unique potential for the treatment of brain tumor. Neoplasia, 2020. 22(9): p. 431-440.
2. Friedlander, M., et al., Pamiparib in combination with tislelizumab in patients with advanced solid tumours: results from the dose-escalation stage of a multicentre, open-label, phase 1a/b trial.Lancet Oncol, 2019. 20(9): p. 1306-1315.
3. Lathia, J.D., M.P. Mattson, and A. Cheng, Notch: from neural development to neurological disorders. J Neurochem, 2008. 107(6): p. 1471-81.
4. Vernon AE et a.,l Notch targets the Cdk inhibitor Xic1 to regulate differentiation but not the cell cycle in neurons. EMBO Rep, 2006. 7(6):643–648
5. Kannan, S., et al., Notch/HES1-mediated PARP1 activation: a cell type-specific mechanism for tumor suppression. Blood, 2011. 117(10): p. 2891-900.
6. Qin, X., et al., Notch signaling protects retina from nuclear factor-κB- and poly-ADP-ribose-polymerase-mediated apoptosis under high-glucose stimulation. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai), 2011. 43(9): p. 703-11.
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本文完