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2024年1月3日美国南加州大学Pinchas Cohen研究团队在Molecular Psychiatry发表“A naturally occurring variant of SHLP2 is a protective factor in Parkinson’s disease”，揭示了一种自然发生的SHLP2变异是帕金森病的一种保护性因子。
小护脑素样肽 2 (SHLP2) 是一种线粒体衍生肽，与衰老和氧化应激等多种生物过程有关。线粒体DNA单核苷酸多态性（mtSNPs)）与帕金森病的发生风险降低有关，但其潜在机制尚不明确。在本研究中，作者研究了PD相关的mtSNP影响线粒体衍生肽SHLP2的功能作用。在编码SHLP2的小开放阅读框中发现了m.2158 T > C，这是一种与帕金森病风险降低相关的mtSNP。利用靶向质谱技术，检测了神经元细胞中SHLP2的特异性胰蛋白酶片段，并证明了其与线粒体复合体1的结合。与WT SHLP2相比，与PD风险降低相关的K4R变异表现出更高的稳定性。此外，在体外实验中，WT和K4R SHLP2对线粒体功能障碍具有增强的保护作用。本研究揭示了m.2158 T > C mtSNP对SHLP2的功能后果，且为mtSNP可能降低PD风险的潜在机制提供了见解。
图一 神经元细胞中SHLP2肽的鉴定和SHLP2 SNP在PD风险中的重要性 线粒体全关联研究与GWAS类似，但MIWAS不是关注核遗传变异，而是将线粒体遗传变异与特定的表型联系起来。基于MIWAS分析，作者认为线粒体遗传变异可以改变线粒体微蛋白。m.2158T>C和m.11251 A > G均可降低帕金森病的风险。m.11251 A > G不与任何线粒体sORFs相关，而m.2158 T > C用SHLP2第4位的氨基酸精氨酸取代了氨基酸赖氨酸。因此，作者重点关注了m.2158 T > C在SHLP2上的作用。内源性SHLP2采用微蛋白靶向蛋白质组学方法检测，该分析从SHLP2中鉴定出一种可检测的胰蛋白酶肽FFPSVQR。氢键数量从精氨酸中的3个变为赖氨酸中的2个的变化可以解释K4R SHLP2结构和功能的改变。
图二 SHLP2的定位和稳定性 由于细胞中的蛋白质定位与其功能密切相关，SHLP2被预测为线粒体膜整合蛋白。SHLP2和其他线粒体膜蛋白对碳酸钠提取具有抗性，表明SHLP2是一个完整的膜蛋白。SHLP2的SNP导致SHLP2中赖氨酸被精氨酸的氨基酸取代，赖氨酸是翻译后修饰的热点，包括泛素化、乙酰化等。这些翻译后修饰在蛋白质亚细胞定位和/或稳定性中发挥重要作用。因此，HEK293细胞瞬时转染携带WT和EGFP标记的SHLP2或K4R变异的质粒。尽管WT和K4R SHLP2在HEK293细胞中的mRNA表达相似，但K4R SHLP2的完全表达蛋白水平高于WT。此外， K4R SHLP2比WT SHLP2更稳定。
图三 K4R SHLP2，由携带m. 2158 T > C多态性的个体产生，对线粒体功能障碍具有保护作用 因为SHLP2位于线粒体复合物1中，所以接下来研究了SHLP2是否能改变线粒体功能并防止线粒体功能障碍。TFAM是一种线粒体DNA结合蛋白，PD患者显示TFAM和mtDNA拷贝数水平降低。作者利用TFAM杂合子敲除小鼠胚胎成纤维细胞研究SHLP2对线粒体功能障碍的潜在保护作用。结果显示，SHLP2可能与TOMM34结合，招募蛋白到线粒体外膜转运体；SHLP2与TOM20结合，膜间空间蛋白最终被招募到线粒体内膜的Tim50。此外，快速线粒体免疫共沉淀显示，处理30 min后，SHLP2定位于线粒体。结果表明，合成的SHLP2可以定位于线粒体。因为K4R SHLP2增加了TFAM敲除细胞中NAD+的水平，作者检测了K4R SHLP2对同一细胞线粒体形态的影响。K4R SHLP2显著减少了携带增大线粒体的细胞数量。综上所述，K4R SHLP2可以减轻TFAM减少过程中的线粒体功能障碍。在PD病理中发现线粒体复合物I活性降低。线粒体复合物1抑制剂如MPTP及其代谢物MPP+在体内和体外均可导致神经元细胞死亡，广泛应用于细胞和动物PD模型。利用MPP +处理的SH-SY5Y细胞，检测WT SHLP2和K4R变体对MPP +诱导的体外细胞死亡的保护作用。K4R SHLP2处理降低了MPP +诱导的SH-SY5Y细胞死亡。
图四 K4R SHLP2预处理小鼠对MPTP损伤小鼠有保护作用 为了研究WT SHLP2和K4R变体在体内对神经毒素诱导的多巴胺消耗的潜在保护作用，在MPTP（一种神经毒素，能够通过破坏黑质中产生多巴胺的神经细胞而导致类似于帕金森氏症的症状。它被广泛运用于帕金森氏症各种动物模型的研究。）诱导的细胞死亡前5天开始，暴露于MPTP的C57BL/6小鼠给予WT SHLP2或K4R变体。对SHLP2肽的预处理可以重现人类SHLP2的产生。MPTP给药导致黑质内多巴胺能神经元的退行性变，进一步导致纹状体多巴胺水平的降低。多巴胺能神经元的活力和功能的评估取决于酪氨酸羟化酶表达的定量，这是多巴胺生物合成的关键酶。为了研究SHLP2对MPTP引发的多巴胺能神经元丢失的潜在保护作用，采用了免疫印迹分析，以确定纹状体中TH的表达水平。给予K4R SHLP2可以保护MPTP处理小鼠纹状体TH表达的丢失，而WT SHLP2没有提供类似程度的保护作用。然后作者了检测纹状体中的多巴胺水平，以确定SHLP2是否能防止MPTP诱导的多巴胺减少。MPTP诱导注射小鼠纹状体中多巴胺水平显著降低。与MPTP处理的小鼠相比，WT和K4R SHLP2给药挽救了MPTP诱导的纹状体多巴胺损失。 总之，线粒体微蛋白在理解与疾病相关的mtSNPs中发挥着核心作用。线粒体内膜微蛋白SHLP2受到m.2158 T > C多态性的影响，与PD风险降低相关。与WT SHLP2相比，携带该SNP的个体产生的K4R SHLP2具有更高的细胞稳定性。SHLP2及其变体是PD保护性微蛋白，而给予K4R可能能够保护PD。因此，深入了解这种遗传多态性及其相关线粒体微蛋白的作用，将为开发帕金森病新的治疗靶点提供基础。  https:///10.1038/s41380-023-02344-0  特别鸣谢 |
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