帕金森病（Parkinson’s disease, PD）是最为流行的突触核蛋白病（synucleinopathy），也是全球第二大常见的神经退行性疾病，影响着大约2%的60岁以上人群，发病率仅次于阿尔茨海默病。
这种疾病的病理特征是大脑黑质纹状体中多巴胺能神经元的大量丢失，同时伴随着慢性神经炎症、线粒体功能障碍以及以路易小体（Lewy body）形式存在的富含α-突触核蛋白的蛋白聚集物的广泛堆积。
越来越多的证据提示着致病性的原纤维是α-突触核蛋白的主要神经毒性形式，这些原纤维通过相互连接的大脑区域能够自我扩散，因而渐进性地促进多巴胺能神经元变性。来自临床研究、临床前研究和流行病学研究的强有力证据支持慢性神经炎症在多巴胺能神经元变性中发挥着病理作用。
然而，一种将在帕金森病患者和帕金森病动物模型中的致病性α-突触核蛋白原纤维、渐进性多巴胺能神经元变性和慢性神经炎症相关联在一起的明确机制尚未完全明确。
图1. NLRP3炎性体组成，图片来自Frontiers in Microbiology, doi:10.3389/fmicb.2010.00149。
炎性体（inflammasome）是一种多蛋白复合物，作为环境和细胞应激的胞内传感器发挥作用，主要有5种类型：NLRP1炎性体、NLRP3炎性体、NLRC4炎性体、IPAF炎性体和AIM2炎性体。
NLRP3炎性体是由NLRP3传感蛋白、含有半胱天冬酶招募结构域（caspase recruitment domain）的凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein, ASC）和半胱天冬酶-1（caspase-1, Casp1）组成，其中ASC是一种信号衔接蛋白。
一旦遭受细胞应激，免疫细胞中的NLRP3炎性体组装会触发Casp1激活和Casp1介导的IL-1和IL-18释放，因而启动炎性反应。
近期针对帕金森病模型的研究已证实源自小胶质细胞的炎性体组分，比如ASC斑点，能够导致致病性的β-淀粉样蛋白原纤维形成。在帕金森病患者的大脑中，这种炎性体通路能够潜在地被氧化应激和不可溶性的α-突触核蛋白聚集物激活。
然而，在帕金森病中，慢性NLRP3激活、ASC释放与渐进性α-突触核蛋白病变之间的相互作用仍然是未知的。
在一项新的研究中，来自澳大利亚昆士兰大学、麦考瑞大学、美国爱荷华州立大学和爱尔兰都柏林三一学院的研究人员为了确定NLRP3炎性体激活是否在临床帕金森病中发生，首先评估了帕金森病患者死后大脑黑质中的关键性NLRP3炎性体组分。
他们发现相比于年龄匹配的对照组，在帕金森病患者的大脑中，Casp1切割产物（p20）和衔接蛋白ASC显著增加，如图2所示。他们还证实在帕金森病患者的大脑黑质切片中，NLRP3和ASC上调几乎仅定位到Iba-1+小胶质细胞中。一部分ASC也在小胶质细胞外面发现到。
这些结果明显地表明在晚期帕金森病患者中，在多巴胺能神经元丢失的地方发生显著增加的NLRP3炎性体激活。此外，他们在21名帕金森病患者中发现循环Casp1显著上升，这提示着系统性NLRP3炎性体激活可能也参与帕金森病致病机制。
图2.对从帕金森病患者和对照组中获得的黑质组织裂解物进行蛋白免疫印迹分析（A）和密度计分析（B）
除了α-突触核蛋白在帕金森病进展中发挥着至关重要之外，线粒体功能障碍也被认为是帕金森病的一个主要致病机制。
通过进一步研究NLRP3在多巴胺能神经元变性中的作用，这些研究人员发现强劲的小胶质细胞NLRP3炎性体激活发生在帕金森病患者、多种由线粒体功能障碍和致病性α-突触核蛋白引发的动物疾病模型的大脑中。
接着，这些研究人员首先评估了从野生型小鼠中分离出的原代小胶质细胞对利用体外聚集和超声波处理制备出的α-突触核蛋白原纤维作出的反应。
在利用超纯的脂多糖和α-突触核蛋白原纤维处理后的小胶质细胞中，他们观察到一种时间依赖性的IL-1β分泌，所分泌的IL-1β在处理后18小时才可检测到。
他们还发现从18小时后开始，Casp1（p20）和IL-1β切割产物（p17）存在于上清物中，这证实了延迟的NLRP3炎性体激活。他们还在接受α-突触核蛋白处理的小胶质细胞的上清液中发现了显著增加的胞外ASC蛋白。
图3.对关键性的炎性体组分NLRP3传感蛋白进行免疫组织化学分析
进一步的实验表明在不存在脂多糖的情形下，α-突触核蛋白原纤维单独也能够诱导IL-1β分泌，如图3所示。他们还检测了由α-突触核蛋白原纤维导致的NLRP3炎性体激活是否触发小胶质细胞焦亡（pyroptosis）。
结果发现α-突触核蛋白并不导致可检测到的小胶质细胞焦亡，相反之下，尼日利亚菌素处理很容易触发Casp1依赖性的小胶质细胞焦亡。
此外，他们还使用了从NLRP3基因敲除小鼠中分离出的原代小胶质细胞，结果发现α-突触核蛋白并不促进IL-1β、Casp1或ASC释放，这表明α-突触核蛋白原纤维特异性地激活小胶质细胞中的NLRP3通路。
这些结果对致病性的α-突触核蛋白原纤维激活NLRP3炎性体提供了机制上的深入认识。
图4.MCC95化学结构式。MCC950 是一种有效的NLRP3选择性抑制剂。
鉴于证实NLRP3炎性体在临床帕金森病（指的是帕金森病患者）和实验性帕金森病（指的是帕金森病动物模型）中被激活，这些研究人员评估了利用强效的小分子NLRP3抑制剂MCC950（如图4所示）阻断NLRP3激活的治疗潜力。
他们先利用体外细胞模型证实MCC950阻断原代小胶质细胞中的ATP和尼日利亚菌素依赖性的NLRP3激活，再者纳摩尔剂量的 MCC950阻断了α-突触核蛋白介导的IL-1β释放到小胶质细胞的上清液中，也会阻断Casp1切割产物（p20）、IL-1β切割产物（p17）和ASC释放到小胶质细胞的上清液中，如图5所示。
MCC950也能够在小胶质细胞中高效地阻断α-突触核蛋白原纤维诱导的ASC寡聚化。接着，他们在由线粒体功能障碍和致病性α-突触核蛋白引发的多种帕金森病动物模型中证实口服的MCC950在中枢神经系统中是有活性的，而且能够有效地阻断黑质纹状体中的NLRP3炎性体激活。
图5.在小胶质细胞接受α-突触核蛋白和MCC950处理后，对它们的上清液中的Casp1切割产物（p20）、IL-1β切割产物（p17）和ASC进行密度计分析。
鉴于口服的MCC950在治疗相关浓度下能够穿过血脑屏障，这些研究人员证实利用口服的有活性的可渗透到中枢神经系统内的MCC950抑制NLRP3能够阻止6-OHDA帕金森病小鼠模型体内的多巴胺能神经元变性，这就表明NLRP3炎性体激活在小鼠的疾病进展中起着病理作用。
随后，他们在由病理性α-突触核蛋白聚集物引发的PFF帕金森病小鼠模型中发现长期服用MCC950能够保护小鼠免受致病性α-突触核蛋白原纤维在体内诱导的渐进性运动缺陷和多巴胺能神经元变性。
此外，他们发现在PFF帕金森病小鼠模型中，慢性NLRP3炎性体激活导致致病性α-突触核蛋白聚集物在中枢神经系统中扩散，但是利用MCC950抑制NLRP3炎性体激活能够有效地缓解这个至关重要的病理过程。
综上所述，这些研究人员证实在帕金森病小鼠模型中，α-突触核蛋白聚集物促进大脑小胶质细胞中的NLRP3炎性体激活。
在帕金森病患者和多种临床前帕金森病动物模型的大脑黑质区中，Casp1切割物和ASC的水平升高了。在小鼠小胶质细胞中，α-突触核蛋白原纤维导致的NLRP3传感蛋白激活触发一种延迟但强烈的NLRP3炎性体激活，从而导致胞外IL-1β和ASC释放，但并不导致小胶质细胞焦亡。
纳摩尔剂量的小分子NLRP3抑制剂MCC950消除了小鼠小胶质细胞中由α-突触核蛋白原纤维介导的NLRP3炎性体激活和胞外ASC释放。再者，在多种帕金森病小鼠模型中，口服MCC950抑制NLRP3炎性体激活和有效地缓解运动缺陷和黑质纹状体多巴胺能神经元变性和α-突触核蛋白聚集物堆积。
这些结果表明小胶质细胞NLRP3可能是促进渐进性多巴胺能神经元病变的神经炎症的持续来源，这就突出表明NLRP3是治疗帕金森病的一种潜在靶点。
在未来，这些研究人员计划对MCC950进行改进，并希望在2020年利用它开展临床试验。
参考文献：
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
来源；生物谷
