Science子刊：小分子NLRP3抑製劑有望治療帕金森病

帕金森病（Parkinson』s disease, PD）是最為流行的突觸核蛋白病（synucleinopathy），也是全球第二大常見的神經退行性疾病，影響著大約2%的60歲以上人群，發病率僅次於阿爾茨海默病。

這種疾病的病理特徵是大腦黑質紋狀體中多巴胺能神經元的大量丟失，同時伴隨著慢性神經炎症、線粒體功能障礙以及以路易小體（Lewy body）形式存在的富含α-突觸核蛋白的蛋白聚集物的廣泛堆積。

越來越多的證據提示著致病性的原纖維是α-突觸核蛋白的主要神經毒性形式，這些原纖維通過相互連接的大腦區域能夠自我擴散，因而漸進性地促進多巴胺能神經元變性。來自臨床研究、臨床前研究和流行病學研究的強有力證據支持慢性神經炎症在多巴胺能神經元變性中發揮著病理作用。

然而，一種將在帕金森病患者和帕金森病動物模型中的致病性α-突觸核蛋白原纖維、漸進性多巴胺能神經元變性和慢性神經炎症相關聯在一起的明確機制尚未完全明確。

圖1. NLRP3炎性體組成，圖片來自Frontiers in Microbiology, doi:10.3389/fmicb.2010.00149。

炎性體（inflammasome）是一種多蛋白複合物，作為環境和細胞應激的胞內感測器發揮作用，主要有5種類型：NLRP1炎性體、NLRP3炎性體、NLRC4炎性體、IPAF炎性體和AIM2炎性體。

NLRP3炎性體是由NLRP3感測蛋白、含有半胱天冬酶招募結構域（caspase recruitment domain）的凋亡相關斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein, ASC）和半胱天冬酶-1（caspase-1, Casp1）組成，其中ASC是一種信號銜接蛋白。

一旦遭受細胞應激，免疫細胞中的NLRP3炎性體組裝會觸發Casp1激活和Casp1介導的IL-1和IL-18釋放，因而啟動炎性反應。

近期針對帕金森病模型的研究已證實源自小膠質細胞的炎性體組分，比如ASC斑點，能夠導致致病性的β-澱粉樣蛋白原纖維形成。在帕金森病患者的大腦中，這種炎性體通路能夠潛在地被氧化應激和不可溶性的α-突觸核蛋白聚集物激活。

然而，在帕金森病中，慢性NLRP3激活、ASC釋放與漸進性α-突觸核蛋白病變之間的相互作用仍然是未知的。

在一項新的研究中，來自澳大利亞昆士蘭大學、麥考瑞大學、美國愛荷華州立大學和愛爾蘭都柏林三一學院的研究人員為了確定NLRP3炎性體激活是否在臨床帕金森病中發生，首先評估了帕金森病患者死後大腦黑質中的關鍵性NLRP3炎性體組分。

他們發現相比於年齡匹配的對照組，在帕金森病患者的大腦中，Casp1切割產物（p20）和銜接蛋白ASC顯著增加，如圖2所示。他們還證實在帕金森病患者的大腦黑質切片中，NLRP3和ASC上調幾乎僅定位到Iba-1+小膠質細胞中。一部分ASC也在小膠質細胞外面發現到。

這些結果明顯地表明在晚期帕金森病患者中，在多巴胺能神經元丟失的地方發生顯著增加的NLRP3炎性體激活。此外，他們在21名帕金森病患者中發現循環Casp1顯著上升，這提示著系統性NLRP3炎性體激活可能也參與帕金森病致病機制。

圖2.對從帕金森病患者和對照組中獲得的黑質組織裂解物進行蛋白免疫印跡分析（A）和密度計分析（B）

除了α-突觸核蛋白在帕金森病進展中發揮著至關重要之外，線粒體功能障礙也被認為是帕金森病的一個主要致病機制。

通過進一步研究NLRP3在多巴胺能神經元變性中的作用，這些研究人員發現強勁的小膠質細胞NLRP3炎性體激活發生在帕金森病患者、多種由線粒體功能障礙和致病性α-突觸核蛋白引發的動物疾病模型的大腦中。

接著，這些研究人員首先評估了從野生型小鼠中分離出的原代小膠質細胞對利用體外聚集和超聲波處理製備出的α-突觸核蛋白原纖維作出的反應。

在利用超純的脂多糖和α-突觸核蛋白原纖維處理後的小膠質細胞中，他們觀察到一種時間依賴性的IL-1β分泌，所分泌的IL-1β在處理後18小時才可檢測到。

他們還發現從18小時後開始，Casp1（p20）和IL-1β切割產物（p17）存在於上清物中，這證實了延遲的NLRP3炎性體激活。他們還在接受α-突觸核蛋白處理的小膠質細胞的上清液中發現了顯著增加的胞外ASC蛋白。

圖3.對關鍵性的炎性體組分NLRP3感測蛋白進行免疫組織化學分析

進一步的實驗表明在不存在脂多糖的情形下，α-突觸核蛋白原纖維單獨也能夠誘導IL-1β分泌，如圖3所示。他們還檢測了由α-突觸核蛋白原纖維導致的NLRP3炎性體激活是否觸發小膠質細胞焦亡（pyroptosis）。

結果發現α-突觸核蛋白並不導致可檢測到的小膠質細胞焦亡，相反之下，奈及利亞菌素處理很容易觸發Casp1依賴性的小膠質細胞焦亡。

此外，他們還使用了從NLRP3基因敲除小鼠中分離出的原代小膠質細胞，結果發現α-突觸核蛋白並不促進IL-1β、Casp1或ASC釋放，這表明α-突觸核蛋白原纖維特異性地激活小膠質細胞中的NLRP3通路。

這些結果對致病性的α-突觸核蛋白原纖維激活NLRP3炎性體提供了機制上的深入認識。

圖4.MCC95化學結構式。MCC950 是一種有效的NLRP3選擇性抑製劑。

鑒於證實NLRP3炎性體在臨床帕金森病（指的是帕金森病患者）和實驗性帕金森病（指的是帕金森病動物模型）中被激活，這些研究人員評估了利用強效的小分子NLRP3抑製劑MCC950（如圖4所示）阻斷NLRP3激活的治療潛力。

他們先利用體外細胞模型證實MCC950阻斷原代小膠質細胞中的ATP和奈及利亞菌素依賴性的NLRP3激活，再者納摩爾劑量的 MCC950阻斷了α-突觸核蛋白介導的IL-1β釋放到小膠質細胞的上清液中，也會阻斷Casp1切割產物（p20）、IL-1β切割產物（p17）和ASC釋放到小膠質細胞的上清液中，如圖5所示。

MCC950也能夠在小膠質細胞中高效地阻斷α-突觸核蛋白原纖維誘導的ASC寡聚化。接著，他們在由線粒體功能障礙和致病性α-突觸核蛋白引發的多種帕金森病動物模型中證實口服的MCC950在中樞神經系統中是有活性的，而且能夠有效地阻斷黑質紋狀體中的NLRP3炎性體激活。

圖5.在小膠質細胞接受α-突觸核蛋白和MCC950處理後，對它們的上清液中的Casp1切割產物（p20）、IL-1β切割產物（p17）和ASC進行密度計分析。

鑒於口服的MCC950在治療相關濃度下能夠穿過血腦屏障，這些研究人員證實利用口服的有活性的可滲透到中樞神經系統內的MCC950抑制NLRP3能夠阻止6-OHDA帕金森病小鼠模型體內的多巴胺能神經元變性，這就表明NLRP3炎性體激活在小鼠的疾病進展中起著病理作用。

隨後，他們在由病理性α-突觸核蛋白聚集物引發的PFF帕金森病小鼠模型中發現長期服用MCC950能夠保護小鼠免受致病性α-突觸核蛋白原纖維在體內誘導的漸進性運動缺陷和多巴胺能神經元變性。

此外，他們發現在PFF帕金森病小鼠模型中，慢性NLRP3炎性體激活導致致病性α-突觸核蛋白聚集物在中樞神經系統中擴散，但是利用MCC950抑制NLRP3炎性體激活能夠有效地緩解這個至關重要的病理過程。

綜上所述，這些研究人員證實在帕金森病小鼠模型中，α-突觸核蛋白聚集物促進大腦小膠質細胞中的NLRP3炎性體激活。

在帕金森病患者和多種臨床前帕金森病動物模型的大腦黑質區中，Casp1切割物和ASC的水平升高了。在小鼠小膠質細胞中，α-突觸核蛋白原纖維導致的NLRP3感測蛋白激活觸發一種延遲但強烈的NLRP3炎性體激活，從而導致胞外IL-1β和ASC釋放，但並不導致小膠質細胞焦亡。

納摩爾劑量的小分子NLRP3抑製劑MCC950消除了小鼠小膠質細胞中由α-突觸核蛋白原纖維介導的NLRP3炎性體激活和胞外ASC釋放。再者，在多種帕金森病小鼠模型中，口服MCC950抑制NLRP3炎性體激活和有效地緩解運動缺陷和黑質紋狀體多巴胺能神經元變性和α-突觸核蛋白聚集物堆積。

這些結果表明小膠質細胞NLRP3可能是促進漸進性多巴胺能神經元病變的神經炎症的持續來源，這就突出表明NLRP3是治療帕金森病的一種潛在靶點。

在未來，這些研究人員計劃對MCC950進行改進，並希望在2020年利用它開展臨床試驗。

參考文獻：

Richard Gordon, Eduardo A. Albornoz, Daniel C. Christie et al. Inflammasome inhibition prevents α-synuclein pathology and dopaminergic neurodegeneration in mice. Science Translational Medicine, 31 Oct 2018, 10(465):eaah4066, doi:10.1126/scitranslmed.aah4066

Cooling "brains on fire" to treat Parkinson"s

https://www.uq.edu.au/news/article/2018/10/cooling-brains-fire-treat-parkinsons

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