利用從酵母細(xì)胞到人類干細(xì)胞這些組件構(gòu)成的一個(gè)發(fā)現(xiàn)平臺(tái),Whitehead研究所的科學(xué)家們鑒別出了一個(gè)新的帕金森病藥物靶點(diǎn),并證實(shí)一種化合物能夠修復(fù)來自帕金森病患者的神經(jīng)元.

    發(fā)表在本周《科學(xué)》(Science)雜志上的兩篇論文描述了這一平臺(tái)的效率,其有可能加速發(fā)現(xiàn)應(yīng)對(duì)帕金森病和其他神經(jīng)退行性疾病潛在病理的候選藥物.當(dāng)前還沒有這樣的藥物存在.

    蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)毒性累積,是帕金森病(PD)以及亨廷頓氏病、阿爾茨海默氏癥等神經(jīng)退行性疾病的特征.例如,α-突觸核蛋白(α-Synuclein,α-Syn)在細(xì)胞中累積長(zhǎng)期以來與帕金森病聯(lián)系到一起,使得這一蛋白成為了一個(gè)看似適當(dāng)?shù)闹委煾深A(yù)靶標(biāo).

    在尋找有可能改變一種蛋白質(zhì)(諸如α-突觸核蛋白)的行為或功能的化合物過程中,藥物公司往往依賴于所謂的以靶標(biāo)為基礎(chǔ)的篩查策略,以快速、自動(dòng)化的方式測(cè)試大量化合物對(duì)于探討蛋白的影響.盡管有效,但由于這種篩查基本上是在試管中發(fā)生,這樣的方法受到限制.以靶標(biāo)為基礎(chǔ)的篩查發(fā)現(xiàn)的一些看似有前景的化合物,在從體外環(huán)境轉(zhuǎn)移到活體環(huán)境時(shí)其作用有可能截然不同.

    為了克服這種局限性,Whitehead研究所成員Susan Lindquist的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向了表型篩查,即在活體動(dòng)物中研究候選化合物.在Lindquist的實(shí)驗(yàn)室里,酵母細(xì)胞充當(dāng)了研究蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊問題,以及鑒別可能的解決方案的活體試管.經(jīng)過遺傳改造可過量生成α-突觸核蛋白的酵母細(xì)胞,成為了這種帕金森病潛在致病蛋白毒性的有強(qiáng)力模型.

    其中一篇Science論文的主要作者、Lindquist實(shí)驗(yàn)室研究員Daniel Tardiff說:"表型篩查有可能還未被充分利用來鑒別藥物靶點(diǎn)和潛在化合物.在這里,我們讓酵母告知了我們什么是好的靶標(biāo).我們讓活細(xì)胞告訴了我們逆轉(zhuǎn)α-突觸核蛋白毒性的關(guān)鍵是什么."

    對(duì)近20萬個(gè)化合物進(jìn)行了篩查,Tardiff和同事們鑒別出了一種化學(xué)實(shí)體,其不僅可在酵母細(xì)胞中逆轉(zhuǎn)α-突觸核蛋白毒性,還部分程度上解救了線蟲模型和大鼠的神經(jīng)元.用鑒別的這一化合物進(jìn)行治療,一些細(xì)胞病理包括細(xì)胞運(yùn)輸受損、氧化性應(yīng)激增高均顯著減少.Tardiff 發(fā)現(xiàn)這一化合物是通過修復(fù)一種細(xì)胞蛋白介導(dǎo)的功能來發(fā)揮作用,這一蛋白對(duì)于細(xì)胞運(yùn)輸至關(guān)重要而以往被認(rèn)為"無藥可及".

    但這些研究發(fā)現(xiàn)能夠應(yīng)用于人類細(xì)胞嗎?為了解答這一問題,Chee-Yeun Chung和Vikram Khurana的夫妻團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)了Science雜志上的第二項(xiàng)研究,檢測(cè)了來自帕金森病患者的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)生成的神經(jīng)元.這些細(xì)胞和分化神經(jīng)元均來自攜帶α-突觸核蛋白突變,形成了侵襲性帕金森病的患者.為了確保這些培育神經(jīng)元中所有的病理均只歸因于遺傳缺陷,研究人員還用突變已得到糾正的iPS細(xì)胞衍生了對(duì)照神經(jīng)元.

    Chung和Khurana利用來自酵母α-突觸核蛋白毒性模型的大量數(shù)據(jù),了解了隨著患者的神經(jīng)元在細(xì)胞皿中老化而發(fā)生混亂的重要細(xì)胞過程.引人注目的是, Tardiff研究中通過酵母篩查發(fā)現(xiàn)的這一化合物逆轉(zhuǎn)了這些神經(jīng)元的損傷.

    "很顯然,這一化合物以相似的方式并通過相同的靶點(diǎn)挽救了酵母細(xì)胞和患者神經(jīng)元,沒有酵母遺傳學(xué)引導(dǎo)我們,我們就不能夠鑒別出這一靶點(diǎn),"Khurana說.Khurana認(rèn)為發(fā)現(xiàn)的異常存在于疾病的早期.如果是這樣的話,成功操縱此處鑒別的靶點(diǎn),或許可幫助減慢或阻止疾病的進(jìn)展.

    對(duì)于研究人員而言,這些研究結(jié)果有點(diǎn)讓他們感到驚訝.因?yàn)橄衽两鹕∵@樣的神經(jīng)退行性疾病,很大程度上是一些老年病,利用iPS細(xì)胞培養(yǎng)的神經(jīng)元在培養(yǎng)皿中建立這些疾病的模型一直被認(rèn)為是極其困難的.

    Chung 說:"很多人,其中包括我們自己,都對(duì)我們能夠通過重編程患者的細(xì)胞來發(fā)現(xiàn)一種神經(jīng)退行性疾病的重要病理持懷疑態(tài)度.但關(guān)鍵是,我們也在死后大腦中驗(yàn)證了這些病理,因此我們很有信心確定這些與帕金森病相關(guān)."

    下一階段,科學(xué)家們打算對(duì)這一化合物進(jìn)行化學(xué)優(yōu)化,并在動(dòng)物模型中對(duì)其進(jìn)行測(cè)試.此外,他們確信這一酵母-人類干細(xì)胞發(fā)現(xiàn)平臺(tái)可以應(yīng)用于其他的、已開發(fā)酵母模型的神經(jīng)退行性疾病.

    Lindquist 說:"利用酵母遺傳學(xué)來鑒別一種化合物,以及它對(duì)一種疾病的基礎(chǔ)病理起作用的機(jī)制,證實(shí)了我們構(gòu)建的這一系統(tǒng)的能力.我們繼續(xù)利用這種能力非常的重要,因?yàn)殡S著我們降低人們癌癥和心臟病的死亡比率,這些可怕的神經(jīng)退行性疾病的負(fù)擔(dān)將會(huì)增高,這是不可避免的."