文摘
有广泛的证据在帕金森病的氧化应激之间的关系和一些monogenically遗传性帕金森疾病有关的基因。本文侧重于这个链接的重要性和对神经功能的潜在影响。氧化应激的基本机制,细胞抗氧化机制,综述了细胞氧化应激的主要来源。此外,注意是氧化应激之间的复杂的相互作用和其他知名致病通路在帕金森病,如线粒体功能障碍和神经炎症。此外,概述现有的帕金森病基因的小鼠模型,这些模型突出显示的证据表明氧化应激。考虑老化和环境因素的重要性作为一个患帕金森病的风险,转基因小鼠模型的基因-环境交互帕金森病进行了讨论,强调氧化损伤的作用在遗传结构之间的相互作用,环境压力,在帕金森病和老龄化。
1。介绍
帕金森病(PD)是一种非常普遍的神经退行性疾病,发病率仅次于阿尔茨海默氏症的(1]。其患病率随年龄增长,大约1%在60岁以上的人增加到4%年龄在85岁以上(2]。它影响了大约450万人50岁以上的2005年,2030年,这个数字将翻了一番3]。病因还不知道(4),但这是推测,它可能源于环境因素之间的复杂的相互作用,遗传易感性和老化5,6]。
诊断病人的特点是电机和非临床表现。运动症状包括静止震颤、动作迟缓、运动不能,肌肉僵硬,失去平衡(7),主要是由于缺乏在纹状体多巴胺(DA),以及由此产生的基底神经节的障碍,一群核参与运动的启动和执行1,7]。非机动车的症状包括嗅觉受损、睡眠障碍、便秘、尿失禁、直立性低血压,和各种神经精神症状(如抑郁、幻觉、痴呆),并可以出现之前,在帕金森病的运动症状(7]。
帕金森病的病理特点包括损失的黑质多巴胺能神经元变性黑(SN)致密部(SNc)和不溶性蛋白质的存在夹杂物称为路易小体(磅)和路易(LNs),神经突位于神经元细胞体或神经过程,分别为(2,6,8]。伦敦商学院和LNs的主要成分是蛋白质的错误折叠版本α-突触核蛋白(syn) [8]。还有在PD non-dopaminergic神经元的影响,导致更广泛神经的变化,导致一个复杂和异构的临床征象(7,9]。最近,Braak和同事推测six-stage病理过程中出现PD病理嗅球和迷走神经的神经的背运动核只有在后期延伸至中脑和其他脑干区域(10,11]。目前治疗帕金森病的症状,针对缺乏在纹状体DA DA替换策略。虽然这些治疗缓解症状开始时,他们变得逐渐低效随着疾病的进展。因此,迫切需要能解决疾病进展的治疗策略(12]。
尽管PD一直被视为一个非遗传性零星的起源、研究的障碍表现在过去的十年里已经导致基因的鉴定与PD的罕见的单基因形式。这导致16“公园”的识别位点,与常染色体显性SNCA基因(PARK1/4),体内基因LRRK2和(PARK8)和常染色体隐性基因帕金(PARK2) DJ-1 (PARK7)和PINK1 (PARK6)是最常见的2,3,5]。尽管单基因形式占< 10%的帕金森病病例,这些基因中也扮演了一定的角色更常见疾病的零星的形式(5]。解开家族形式的PD背后的分子机制将有助于我们理解零星PD,因为分享临床和神经病理特征(5]。此外,一些细胞异常可能构成神经退化显示在零星的PD,如线粒体功能异常、氧化应激,会引起,蛋白酶体压力、神经炎症,和蛋白质聚合,也与家族性帕金森病的基因突变(13,14]。
多种动物模型已经发展为了研究PD的发病和进展和测试潜在的治疗策略15]。目前,焦点被放在集遗传、环境、和与年龄相关的影响更多的相关临床前动物模型,可以复制PD病理高保真。
因为有大量证据表明氧化应激在PD的发病机制14,16- - - - - -20.],氧化应激之间的联系和一些monogenically继承PD相关基因被描述,本文侧重于它的重要性和对神经功能的潜在影响。有趣的是,尽管所有的证据在PD氧化应激的作用,有广泛的研究相对较少的特点氧化应激在PD动物模型(21]。本文概述了氧化应激的发现PD的单基因小鼠模型。此外,将关注在这些小鼠模型基因-环境相互作用。
2。帕金森病的基因形式
帕金森病的基因可以显示隐性和显性遗传模式。常染色体显性PD包括SNCA基因,富亮氨酸重复激酶2体内基因LRRK2 (), microtubule-associated tau蛋白(MAPT), Htr丝氨酸肽酶2 (HtrA2)和葡糖脑苷脂酶(GBA),而常染色体隐性PD的基因包括帕金,PTEN-induced激酶1 (PINK1), DJ-1 [5,22]。在本文的上下文中,只有SNCA,帕金,PINK1, DJ-1讨论进一步的细节。
PD-linked基因的研究带来了光几个途径参与神经元死亡的SNc(蛋白质聚合,ubiquitin-proteasomal通路中的缺陷,对抗氧化应激障碍,异常蛋白质磷酸化,线粒体和溶酶体功能障碍,细胞凋亡),从而提高我们理解疾病的常见的零星的形式。事实上,“零星”案件可能是单基因,因为可能发生突变新创(5]。
2.1。SNCA
SNCA基因编码syn, 140个氨基酸的蛋白质,可以相关的脂质和自由在细胞质中23]。它已被证明syn促进PD发病机制通过继承居多的SNCA基因的突变(A30P、A53T E46K)或提高的因素syn表达式,如基因倍增(如重复,三倍)的SNCA或SNCA基因启动子多态性增加syn表达式(2,7]。虽然这三个错义突变SNCA是非常罕见的,一个正常的变异形式的表达式αsyn或超表达的野生型(WT)syn,有助于PD的发病机制2]。此外,SNCA剂量效果的明确证据还显示在一个家族中PD (2]。
SNCA基因突变与零星的PD患者的表型,但与早期发作和非典型特征,包括认知能力下降,精神问题和自主功能障碍。相同的突变被发现在零星的PD患者中,显示明显的频率新创突变(5]。
2.2。帕金
帕金是465氨基酸E3泛素连接酶、泛素转移目标蛋白质的降解(即。,通过蛋白酶体系统)或non-degradative(即。信号)的目的。突变帕金占大多数的早发性家族性帕金森病病例(24]。功能丧失的帕金有助于PD的病因通过扰乱正常功能的泛素蛋白酶体系统(UPS)的间隙中聚合的蛋白质或通过禁用帕金线粒体保护机制介导的信号功能,导致线粒体功能障碍(24]。
2.3。PINK1
PINK1编码581个氨基酸丝氨酸/苏氨酸激酶本地化的线粒体。突变PINK1第二个最常见的原因是常染色体隐性帕金后早发性家族性帕金森病,大多数突变发生在和扰乱激酶结构域的活动18,24,25]。帕金,功能丧失的PINK1导致线粒体保护减少氧化应激,导致增强线粒体功能障碍(26]。尽管PINK1蛋白质的生物功能并不完全了解,研究表明一个重要的角色在维持线粒体功能和防止氧化应激(27- - - - - -30.]。
2.4。DJ-1
DJ-1仍然不确定函数的编码189个氨基酸的蛋白质。突变DJ-1代表相当罕见的原因早发性家族性帕金森病(24]。不过,洞察DJ-1使这种蛋白质在调查中假定的角色,和DJ-1似乎与帕金和PINK1参与保护线粒体免受氧化应激(7]。有趣的是,减少DJ-1表达也与蛋白酶体抑制(23),突出一个额外的角色DJ-1 UPS的正常功能。DJ-1蛋白被发现氧化受损,显著增加在零星的PD患者的大脑5]。
患者携带突变帕金,PINK1或DJ-1显示显著的临床重叠,一般患有早发性帕金森症疾病进展缓慢,左旋多巴反应好,电机的早期发展波动(2]。
3所示。氧化应激在帕金森病
氧化应激可以被定义为一个条件的细胞水平的抗氧化防御机制不足以保持活性氧(ROS)低于毒性阈值(7]。这可能是由于生产过剩的自由基活性或细胞缓冲机制的失败(14]。活性氧会损害所有类型的生物分子和核酸氧化损伤,脂类,蛋白质可以是有害的31日]。几个相关的基因家族形式的PD似乎参与氧化应激的保护或传播(14,32]。此外,氧化应激和线粒体功能障碍与PD的发病机制,自从接触1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine注射(MPTP药物),复杂的我抑制剂,被发现在人类诱导帕金森症(30.,33]。后期的数据研究PD患者的大脑(表1)表明,氧化应激扮演重要的角色在多巴胺能神经元变性nigral神经元(34,35]。早期和流失严重,谷胱甘肽(GSH)的水平,减少线粒体复杂我活动,增加脂质氧化损伤,蛋白质和DNA,超氧化物歧化酶(SOD)活性增加,自由铁水平升高在PD患者的SN证明(9,15,35- - - - - -39]。此外,在活的有机体内观察(表1)表明,几个氧化应激的标记脑脊液(CSF)中改变和PD患者的血液样本40,41]。
然而,应该注意的是,许多临床试验在长期治疗PD患者,和药物摄入量可能会影响研究的结果。例如,一个很好的描述的影响慢性左旋多巴的摄入量是同型半胱氨酸的海拔等离子体水平,这是一个风险因素对各种病理条件可能由于homocysteine-mediated增加氧化应激(47- - - - - -50]。此外,Buhmann et al。43]表明,左旋多巴单一疗法结果自动氧化的增加和减少血浆抗氧化剂对ubiquinol-10意义,而DA受体激动剂单一疗法与α-生育酚水平较高(43]。穆勒和Muhlack48)也表明急性左旋多巴/卡比多巴应用程序在等离子体自由半胱氨酸和甘氨酸水平降低,这种下降可能与之前出现的氧化应激与伴随的食用抗氧化剂谷胱甘肽和后续这个分子转换成氧化谷胱甘肽(GSSG) [48]。因此,研究设计的临床试验时应该仔细考虑调查PD患者的氧化应激。
特别有趣的是,大脑更容易受到氧化应激和氧化损伤其他器官。例如,大脑消耗更多的氧气在生理条件下每个重量上比其他任何器官,从而增加氧化应激的敏感性。同时,大脑包含一个相对较低的水平的抗氧化剂和自由基清除酶相比其他组织(51- - - - - -53),以及大量的物质,如磷脂和不饱和脂肪酸,容易氧化的修改(33,54]。事实上,脂质过氧化作用的标志,如高架4-hydroxynonenal (4-HNE)和丙二醛(MDA),曾被观察到在死亡的脑组织和脑脊液的PD患者(42,51]。此外,神经元氧化损伤的脆弱性,积累在衰老神经元,也可能是由于他们postmitotic性质(55]。
ROS是由许多不同的途径,包括直接redox-active金属之间的相互作用和氧物种通过如芬顿反应和Haber-Weiss反应,或通过间接途径涉及到酶的激活,如一氧化氮合酶(NOS)。所有最初的自由基反应需要活化分子氧(51]。重要的是要意识到,ROS正在不断生成在活的有机体内由于氧代谢,大约有1 - 5%的氧气消耗被转换为ROS (30.]。分子氧的单价的降低导致超氧化物阴离子的形成()、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基。的可能导致通过铁羟基自由基的生成吗2 +催化Haber-Weiss和芬顿反应。活性氮物种(RNS)的生成是由于NOS-mediated精氨酸转换成瓜氨酸和随后代一氧化氮(NO)的反应产生过氧亚硝基(ONOO−)[51]。
DA的高浓度黑通路假定是一个重要决定因素的高脆弱性的多巴胺能细胞氧化应激。DA本身并不产生直接的毒性作用,但毒性中间体源自其分解代谢(54)可能导致氧化应激在PD致病通路。DA的分解代谢包括自动氧化成有毒DA-quinone物种,和H2O2,酶转换通过单胺氧化酶B(缺氧)惰性3,4-dihydroxyphenylacetic酸(DOPAC)和H2O2(56]。此外,H2O2和由DA分解代谢可以进一步转化为剧毒羟基自由基(如上所述17,36]。重要的是要注意,这些氢氧自由基生成途径主要是依靠铁的存在,已被发现是高架SN的PD患者(36]。具体原因还不清楚,但它似乎与年龄相关性积累neuromelanin nigral相关神经元(51]。Neuromelanin深棕色色素,主要金属离子,特别是铁,这让黑多巴胺神经元似乎深色。年龄相关性neuromelanin积累将导致更高的当地的多巴胺神经元中的铁浓度,浓度增加,这将使神经元高度有毒的羟基自由基。此外,一些研究已经表明,正常衰老的后果之一是铜和铁的浓度的增加脑组织中(51]。因此,当前视图是hydroxyl-radical-mediated neuromelanin失调引起的氧化应激和铁体内平衡是最重要的贡献者之一氧化损伤在PD (17,36,51]。ROS的生成也提升者会引起,overactivation调制的n -甲基- d(门冬氨酸)受体(51]。门冬氨酸受体的激活,没有生产,由于这些受体(NOS的相互作用54]。
大量研究报道的参与线粒体,通过活化的小胶质细胞神经炎症和其他ROS-mediated通路在PD的发病机制。
3.1。线粒体功能受损
了多方面的证据,一些来自PD患者,表明,线粒体功能障碍在PD的发病机制中起着重要作用,线粒体电子链的缺陷在复杂我运输获得最多的关注[9,57,58]。复杂的我内心位于线粒体膜和氧化磷酸化系统的构成部分负责代细胞腺苷′三磷酸腺苷(ATP) (59,60]。线粒体发挥至关重要的和致命的功能在生理和病理条件下。一方面,他们是不可或缺的能源生产,因此对真核细胞的生存;另一方面他们是至关重要的监管机构的固有细胞凋亡的途径61年]。此外,线粒体活性氧的主要来源在中枢神经系统(CNS) [62年]。线粒体含有氧化还原运营商可以单电子转移到氧气,从而生成。三羧酸循环酶和电子传递链(复合物I, II和III)和人物形象线粒体载体产生。生成的可以通过细胞防御机制转换成H2O2与其他分子,进一步反应,如上所述[30.,62年]。
正常的线粒体功能的损伤会导致过度生产活性氧和ATP含量下降。此外,有一个伴随线粒体膜电位的损失63年]。在生理条件下,线粒体港口一个健壮的线粒体跨膜电位和渗透率的low-conductance状态过渡孔复杂(PTPC)可能导致细胞溶质与线粒体之间的小代谢物交换矩阵,这一过程主要是由线粒体溶质载体。为了应对proapoptotic刺激,如ROS和钙(Ca2 +)过载,PTPC假定高电导状态允许放开小溶质进入线粒体基质电化学梯度。这种现象,这种现象被称为线粒体渗透性转换,结果立即消散的线粒体膜电位和渗透线粒体基质肿胀。因此,这可能会导致线粒体外膜透化作用和细胞毒性的释放到胞质蛋白通常局限在线粒体膜间隙。细胞毒性蛋白包括半胱天冬酶催化剂,如细胞色素c和暗黑破坏神,以及caspase-independent细胞死亡效应器凋亡诱导因子和酶G (61年,63年]。
自由基的主要来源,旁边有一个角色在电子传递链和氧化磷酸化,线粒体还参与Ca2 +体内平衡(9]。线粒体是发挥重要作用称为Ca2 +缓冲区,从而防止持续高企的胞质Ca2 +通过这些离子的吸收水平,通过膜potential-dependent uniporter [64年]。饱和的缓冲系统是可以预防的,通过释放线粒体Ca2 +再次进入细胞溶质通过H+/ Ca2 +交换器和一个未知的Na+/ Ca2 +换热器(65年]。
3.2。神经炎症
与中枢神经系统的炎症过程相关的神经毒性似乎主要由过于活跃的小胶质细胞(66年]。小胶质细胞是中枢神经系统先天免疫系统的组件,通常显示一个休息的表型,只有成为激活在脑损伤或免疫挑战[66年]。在氧化应激、小胶质细胞已经被确认为一种重要的ROS(来源62年]。小胶质细胞吞噬细胞,在中枢神经系统有双重的作用。他们可以通过消除外源性和内源性神经保护由生产潜在的有毒物质或促进神经退化代理(66年- - - - - -68年]。过于活跃的小胶质细胞被证明多巴胺能细胞释放有毒物质,如H2O2,不,以及促炎细胞因子,如肿瘤坏死因子-α(TNF -α)和interleukin-1β(il - 1β)[69年,70年),是目前众所周知,小胶质激活导致多巴胺能细胞死亡在PD患者(71年]。过分活跃的小胶质细胞释放的,似乎是细胞死亡的关键中介(71年]。它的生产是由NADPH氧化酶类,包括几个多组分酶复合物,转移电子穿过生物膜(62年,71年- - - - - -73年]。尽管NADPH氧化酶的主要来源诱导氧化应激活化的小胶质细胞,NADPH氧化酶类从神经元的起源也可能导致细胞死亡74年]。NADPH氧化酶的活化也通过之间的相互作用介导多巴胺能系统和中央肾素-血管紧张素系统(75年]。我们最近表明,刺激中央血管紧张素1受体(AT1)导致NADPH氧化酶的活化,同时刺激中央at₂受体导致抑制NADPH氧化酶激活(75年,76年]。因素驱动小胶质overactivation PD可能与环境毒素,内源性疾病蛋白质,甚至神经退化过程本身。事实上,正是表明PD注射毒素如MPTP药物,鱼藤酮,百草枯,从被污染的空气和颗粒物质的诱导小胶质激活,表明环境诱因在PD (66年]。
最后,多巴胺能细胞死亡释放蛋白质在细胞外空间,如组蛋白氧化脂质,DNA,和ATP所解释的小胶质细胞有关的分子模式分子,导致他们的激活77年]。这一发现是特别有趣,因为它意味着神经细胞死亡,这可能增加了小胶质神经毒性,进一步强化了过于活跃的小胶质细胞的表型。这将创建一个自我毒害神经的周期,小胶质细胞能够增强神经退化,而这反过来又将进一步加强小胶质激活(66年]。这种循环在SN对多巴胺神经元的损伤特别大,因为它包含4.5倍小胶质细胞相比,大脑的其他区域(71年]。
理解氧化应激作为主要的角色在PD的发病机制很复杂,不同的路径本身可以发挥主要作用,反过来可以启动ROS / RNS的形成。上述结果证明复杂的氧化应激之间的交互,线粒体损伤,神经炎症,有问题先确定哪些发生。而且,UPS系统的损伤,这是主要的机制负责消除变异,损坏,错误折叠和胞内蛋白和调控水平的短暂的蛋白质,可以导致异常蛋白质的积累,导致细胞内稳态的破坏和完整性,并创建一个状态称为蛋白水解压力(78年]。再次,氧化应激可能导致这种损害,反过来,UPS障碍可以诱导氧化应激(17]。
3.3。细胞抗氧化机制
保持一个合适的氧化还原平衡,所有的有氧生物利用一系列复杂的抗氧化防御机制,以保护自己免受氧化损伤通过消除活性氧,从而平衡之间的比例生成和活性氧的解毒。许多抗氧化酶,如过氧化氢酶、SOD抗氧化蛋白,谷胱甘肽过氧化物酶(GPx),低分了体重等化合物α生育酚、抗坏血酸、谷胱甘肽特点是(31日,37,79年,80年]。移除H2O2是通过两个酶家族:GPx和过氧化氢酶,减少氧气和水。GPx转换利用的力量减少谷胱甘肽,通过减少H2O2,氧化谷胱甘肽(79年]。连续动作GPx允许通过谷胱甘肽还原酶回收减少谷胱甘肽的氧化形式。另一个酶,醌还原酶,催化对苯二酚的醌类的直接减少二阶和避免活性半醌自由基中间体的形成79年]。此外,两个非酶的蛋白质,铁蛋白和血浆铜蓝蛋白,一个重要的角色在过渡金属的存储79年]。
此外,ROS的上升也可能构成压力信号,激活redox-sensitive信号通路,曾经激活可能损害或潜在的保护功能(80年]。氧化应激反应的主要信号通路激活的细胞外signal-regulated激酶(ERK) c-Jun n端激酶(物),磷酸肌醇3-kinase(π(3)K) /蛋白激酶B(一种蛋白激酶),核因子K B (NFκβ)、p53和p38通路。NFκβ和p53是转录因子,而π(3)K / AKT和增殖蛋白激酶(MAPK)通过磷酸化途径调节转录因子。给定的通路被激活的程度是高度依赖的性质和应力的持续时间(80年]。此外,过氧物酶体的激活proliferator-activated受体(PPAR),天然配体的多不饱和脂肪酸及其氧化产品,可能参与了PD的发病机制。PPAR也被认为是作为管理者线粒体生物起源的基因上调基因已知防止氧化应激(81年]。许多保护基因,如血红素加氧酶,已被证明在哺乳动物细胞诱导后暴露于氧化应激(79年]。确切的ROS传感机制并不清楚,但一些转录因子调节抗氧化基因的表达特征(37]。氧化应激反应的主要信号通路激活包括(i)转录因子,如NFκb,激活蛋白1 (AP1)和抗氧化反应元素(战神)结合蛋白与特定DNA图案可以直接交互的目标基因的催化剂(ii)或通过MAPK级联,从而激活转录因子触发目标基因转录(82年]。cytoprotective蛋白的转录控制核转录因子NF-E2-related因子2 (Nrf2)。在正常稳态条件,由其负监管机构Keap1 Nrf2是压抑的。在接触ROS, Nrf2胞质分离Keap1把原子核,它绑定到战神的启动子区域基因编码抗氧化酶(37]。这些发现表明,活性氧的增加导致两个关键效应:(i)通过过度生产ROS损伤细胞组件以及(2)通过活性氧激活特定信号通路的调节,影响各种细胞过程导致细胞死亡或适当的细胞功能(82年,83年]。
线粒体是高度动态的细胞器,可以进行重复聚变和裂变的循环来调节他们的形状和长度,并控制每个细胞线粒体的总数。两个线粒体的融合作为一种保护机制,形成管状网络,导致脂质膜的交换,线粒体DNA (mtDNA)和可溶性代谢物来弥补个人不足,以及稀释有毒中间体,如活性氧。另一方面,线粒体分裂允许分裂和封存的受损部分细胞器自噬(84年]。几个层次的防御机制已被证明在线粒体,确保其完整性。由分子伴侣’的第一道防线,协助线粒体蛋白质的折叠和装配,防止oxidative-stress-mediated线粒体损伤。另一个保护机制涉及线粒体受损蛋白质的蛋白酶的降解85年]。然而,一旦线粒体质量控制是不知所措,三分之一通路被激活,诱导选择性自噬清除受损的线粒体(mitophagy) [85年- - - - - -87年]。
4所示。证据表明氧化应激在帕金森病的遗传动物模型
更好的理解帕金森病的病理生理学是唯一可能的发展可靠的实验模型,可以模拟疾病过程具有良好的忠诚。最初,PD被管理建模的神经毒素,如6-hydroxydopamine注射(6-OHDA)和MPTP药物。然而,PD-associated基因的识别导致PD的新的遗传动物模型的发展88年]。虽然许多模型创建了,迄今为止没有一个模型,基于毒素或基因,已经能够重现所有疾病的关键特性(89年]。然而,淘汰赛(KO),击倒(KD),敲入,超表达和/或单个基因的突变提供了一个强大的工具来研究PD的病因89年]。到目前为止,一些转基因动物模型PD已经生成的55,90年]。转基因系统被广泛用于研究人类神经退行性疾病的细胞和分子基础。各种各样的生物模型已经被利用,包括细菌(大肠杆菌)、线虫(秀丽隐杆线虫)、节肢动物(黑腹果蝇),鱼(斑马鱼,鲐鱼类)和啮齿动物(老鼠,亩骶和老鼠,鼠形),以及非人灵长类动物(恒河猴,解剖)。这些转基因系统具有巨大的价值,了解疾病的病理生理基础和在某些情况下,是仪器发展的治疗方法来治疗这些条件(91年]。一旦确定了一个致病突变,转基因系统可以生成模型人类疾病或基因功能方面的改变。所有的模型可以提供进一步确认疾病的遗传基础,有助于识别负责疾病表型的细胞和分子机制。可用转基因模型不同的从容操作和系统发育关系的人类,但都是有用的神经退行性疾病研究[91年]。
在无脊椎动物系统中,节肢动物果蝇黑腹果蝇和线虫秀丽隐杆线虫使用最广泛的。使用无脊椎动物的优势是他们的快速生产和分析转基因线表达变异的疾病有关的蛋白质。缺点是缺乏关键因素,如免疫功能和髓鞘形成91年,92年]。尽管明显的进步发生在上述物种,鼠标仍然是最广泛使用的系统建模人类神经退行性疾病,因为它与人类密切相关,提供优势,如成本相对较低,生成时间短,高环境控制和操纵基因的可能性,允许任何人类疾病相关基因改变引入鼠标(91年]。
,因为如上所述,有突出的作用氧化应激在PD的发病机制,在缺陷产品的几个PD-associated基因,包括SNCA,帕金,PINK1, DJ-1,可能与氧化应激增加和/或更高的易受氧化损伤,概述了几种氧化应激标志已观察到在这些PD的转基因动物模型,重点是鼠标模型(表2)。
4.1。DJ-1模型
未发现显著差异蛋白质硝化,核酸氧化和脂质过氧化的SN岁DJ-1 KO小鼠(95年]。同样,蛋白质氧化并没有改变在整个大脑DJ-1 KO小鼠在不同年龄阶段的93年,94年]。这些发现表明DJ-1 KO不会导致氧化损伤增加基底条件(93年- - - - - -95年]。然而,几组观察到线粒体ROS水平增加SN以及整个大脑,DJ-1 KO小鼠在不同年龄阶段的94年,96年]。此外,减少线粒体顺乌头酸酶活动描述的年轻,但不是在岁KO小鼠(94年]。有趣的是,尽管Andres-Mateos et al。94年)观察线粒体H增加2倍2O2生产DJ-1 KO大脑,老鼠没有任何多巴胺能变性或线粒体损伤。注意,然而,补偿机制(upregulation MnSOD和GPx GPx活动水平和增加)已经激活,以弥补高H2O2在线粒体中,但不是在胞质分数从老老鼠。这些补偿性GPx水平和活动的增加似乎弥补缺乏DJ-1因为减少谷胱甘肽的胞质水平和GSSG比率GSSG /谷胱甘肽在DJ-1 KO大脑不显著差异与各自WT同窝出生的(94年]。这些结果综合表明,缺乏DJ-1导致增加线粒体H2O2线粒体GPx活性增加和补充DJ-1 KO小鼠岁表明DJ-1扮演重要的角色在线粒体消除H2O2(94年]。此外,减少线粒体顺乌头酸酶活动(ROS)高度敏感的酶,由于增加了线粒体H2O2生产,只是年轻DJ-1 KO小鼠中发现,而不是在老年小鼠显示增加表达GPx [94年]。
最近,古兹曼et al。96年)表明,使用转基因小鼠redox-sensitive变体表达绿色荧光蛋白的靶向线粒体基质,质膜的接触l型2 +渠道在正常自治起搏创建了一个特定于nigral神经元氧化应激,并诱导的氧化应激参与防御瞬态,轻微的线粒体去极化或分开。这表明在成熟SNc多巴胺神经元线粒体氧化剂基底压力存在,而氧化应激并不是衰老的结果,病理学、或实验准备,而是一个神经元设计,l型2 +渠道在自治起搏。此外,SNc表明多巴胺神经元缺乏DJ-1海拔在线粒体氧化应激,和额外的实验证实,这不是由于降低了抗氧化酶的表达,而是减少水平的UCP4 UCP5,包括线粒体解偶联对Ca的回应2 +全身的压力(96年]。
此外,DJ-1与DAXX相互作用,蛋白质与fas死亡受体结合,激活物凋亡途径。通过绑定DAXX, DJ-1蛋白质在细胞核和防止它进入细胞质和fas死亡受体诱导细胞凋亡。DAXX upregulation被发现发生在细胞治疗H2O2氧化应激与这个途径。这些数据表明,DJ-1参与凋亡活性物由氧化应激通路被激活,显示它的作用在防范oxidative-stress-induced细胞死亡113年]。
4.2。帕金模型
符合DJ-1缺陷小鼠的研究,没有发现显著差异的蛋白质氧化不同大脑结构的帕金KO小鼠2岁,3,12日和22个月One hundred.,101年,114年]。然而,当整个大脑分析蛋白质氧化,增加了帕金KO小鼠在18 - 20个月One hundred.]。脂质过氧化反应的观察同样的模式年龄帕金KO小鼠(One hundred.]。
帕金KO小鼠纹状体总谷胱甘肽水平升高岁11个月,虽然没有差异观察GSSG水平(99年]。Rodriguez-Navarro et al。102年)也注意到增加总谷胱甘肽水平在纹状体,中脑,和年轻的帕金KO小鼠的大脑边缘系统;然而,总谷胱甘肽水平降低在24个月大的年龄所有的大脑区域。没有观察到变化在谷胱甘肽还原酶的活性,过氧化氢酶和GPx在同一脑区相比同龄帕金KO,但年龄相关性增加GPx被发现,对帕金KO组内还原酶(102年]。
有趣的是,内生的DA水平增加上述突变小鼠的边缘地区,而DOPAC / DA和DOPAC / 3-methoxytyramine (3 mt)率也增加。增加DA水平和增加DA新陈代谢DOPAC通过毛,一种酶被认为是主要intraneuronal,并通过COMT的3 mt,酶被认为是主要extraneuronal,表明帕金障碍损害DA的释放,增加通过毛intraneuronal DA的新陈代谢。确定转移到细胞室DA的intraneuronal氧化、儿茶酚胺抑制其合成后的营业额α-methyl-tyrosine (αmt)调查。儿茶酚胺的消耗速度α-MT-treated动物突变和WT动物相似,这表明营业额在两组相似。因为短期的影响α太对儿茶酚胺主要是相关的营业额新合成的胞浆内的儿茶酚胺,而非儿茶酚胺的泡状池,这些数据表明,产量的增加DOPAC没有帕金不是由DA营业额的变化,但由于intracytoplasmatic DA被毛防护的新陈代谢。因此,帕金突变小鼠单胺代谢转向了H2O2毛生产途径,补充谷胱甘肽浓度的增加。虽然没有证据表明减少黑多巴胺能神经元的帕金突变小鼠,DA水平运输(DAT)蛋白在这些动物减少,表明多巴胺密度降低终端或黑系统适应变化。这种适应性变化是揭示了Itier et al .(2003)注意到神经元减少amphetamine-induced DA释放文化从帕金突变小鼠相比WT (99年]。类似的减少诱发DA释放证明了Kitada et al。115年];然而,总DA和纹状体的水平DAT实验组之间是相似的(115年]。相反,另一项研究显示,纹状体DA水平更高,DOPAC和高香草酸(HVA)帕金KO小鼠(116年]。同样,中脑DA含量增加,同时减少内源性DA释放后甲基苯丙胺(冰毒)所示的挑战体外自动射线照相术,upregulation纹状体DA D1和D2受体结合的帕金KO小鼠所示(117年]。
蛋白质组学分析,由二维凝胶电泳结合质谱分析,发现几个标记的氧化应激调节或下调腹侧中脑,或帕金KO小鼠纹状体和皮质。八个月大的腹侧中脑帕金KO小鼠,酶类减少1,2,6和观察lactoylglutathione裂合酶(One hundred.]。此外,降低抗氧化能力在帕金KO小鼠的血清One hundred.]。几个蛋白质参与解毒,与压力相关的陪伴,和组件的UPS也改变了帕金KO小鼠(101年]。这些差异可能反映了自适应机制旨在补偿ROS和帕金KO小鼠受损蛋白质的积累。这项研究提供了线索可能的补偿机制,防止多巴胺能神经元死亡帕金KO小鼠和可能有助于理解临床前的赤字在parkin-related帕金森症(101年]。
没有总线粒体异常帕金KO小鼠纹状体线粒体的证明,但减少呼吸能力被发现(One hundred.]。额外的研究,这可能与活性氧增加,增加astrogliosis在纹状体和水平的提高小胶质标记的中脑岁帕金KO小鼠(102年]。此外,在岁帕金KO小鼠,更高水平的硝基酪氨酸硝化αsyn SN中被发现(103年]。然而,在另一个帕金KO模型,免疫组织化学分析,嗅球,皮层,基底核、中脑和脑干αsyn、胶质原纤维酸性蛋白和泛素,以及染色thioflavin年代,苏木精伊红,银,并没有发现差异帕金零老鼠与WT老鼠(114年,118年]。只有一组显示年龄相关性多巴胺能变性的SN帕金KO突变体由一个重大损失纹状体的多巴胺能神经元终端和纹状体DA水平的降低。此外,年龄相关性proteinase-K-resistant内生积累αsyn SN中被发现,这是与3-nitrotyrosine (3 nt) [103年]。然而,这是早些时候证实prosurvival / proapoptotic蛋白质的比例,以分数衡量Bcl2 /伯灵顿,减少在纹状体和中脑年轻的成熟和年龄帕金KO小鼠对各自的年龄组。这是与大量凋亡细胞的DNA片段的纹状体和SN 24-month-old帕金KO小鼠比任何其他组(102年]。
4.3。PINK1模型
同样,与其他小鼠模型,没有显著差异蛋白质氧化和脂质过氧化作用被发现在不同PINK1-deficient老鼠的大脑结构28,29日]。然而,在左心室的PINK1 KO小鼠,增加脂质过氧化反应和DNA氧化观察(105年]。
PINK1的作用在维护线粒体的基本功能是由几组调查(30.,119年]。从这个角度看,PINK1 KO小鼠没有透露任何超微结构的变化或线粒体的总数29日,120年]。然而,一些功能方面的线粒体改变PINK1 KO小鼠中被发现。降低线粒体呼吸brain-region-specific方式所示在年轻PINK1 KO小鼠纹状体中出现的障碍,富含多巴胺能神经终端,但没有在大脑皮层,这表明高浓度的纹状体DA可能使纹状体的损失更敏感比大脑皮层PINK1 [29日]。一致的存在氧化应激在纹状体,和独立的基因型,增加了线粒体脂质过氧化是出现在纹状体相对于皮质线粒体(29日]。此外,PINK1 KO小鼠纹状体的,没有差异,可以观察到不同抗氧化蛋白(27,29日]。
然而,随着蛋白质组学筛选,水平的提高谷胱甘肽合成酶在纹状体和皮层和水平的提高的酶类1在PINK1 KO小鼠皮层观察(28]。PINK1 KO小鼠,左心室内SOD的活动减少,线粒体和细胞质顺乌头酸酶被观察到,与谷胱甘肽(GSSG比例降低(105年]。
线粒体分离PINK1 KO小鼠显著降低膜电位(55]。正如前所述,条件下氧化应激、线粒体通透性转换孔的半胱氨酸进行氧化,从而增加毛孔打开和崩溃的概率跨膜电位。PINK1条件不足,线粒体跨膜电位的变化独立于线粒体通透性转换孔的规定,表明其他途径涉及到29日]。PINK1 KO小鼠没有显示任何损失的多巴胺能神经元和纹状体DA和DA受体的正常水平88年,121年]。尽管沉默PINK1不会引起变性,它诱发一些功能缺陷,如减少诱发细胞外纹状体DA水平,这可能会导致降低激活突触后达1和2 DA受体,因此,在纹状体缺陷的可塑性和自发运动活动121年,122年]。它也观察到,沉默PINK1表达小鼠使用RNA干扰改变不了纹状体DA内容和nigral多巴胺能神经元数量(123年]。这些观察加强假设PINK1 DA的释放起很关键的作用,失去PINK1黑前夕变性可能发挥作用机制。
已经证明PINK1可以通过激活线粒体监护人的保护线粒体TRAP-1 HtrA2。在体外研究缺乏这些陪伴,如研究Gautier et al。29日),只支持PINK1的直接保护作用[29日]。PINK1的神经保护机制可能涉及这些关键信号蛋白的磷酸化途径调节细胞死亡和生存。磷酸化后,这些蛋白质可能调解PINK1神经信号的不同机制。磷酸化,激活TRAP-1线粒体ROS的生成和块。HtrA2磷酸化保护神经细胞接受神经毒素和氧化应激诱导细胞凋亡124年]。
几项研究在PINK1-deficient PINK1基因突变携带者的神经元细胞和成纤维细胞还显示线粒体ROS和脂质过氧化水平上升125年]。这些患者氧化应激中观察到或PINK1-deficient细胞也可以导致降低抗氧化防御机制。事实上,Gegg et al。126年]表明,沉默PINK1导致减少细胞的减少谷胱甘肽水平,减少人类PINK1 KD细胞谷胱甘肽水平降低,以及在人类成纤维细胞来源于PINK1患者(126年]。线粒体钙2 +过载和伴随的缓冲能力受损也观察到由于PINK1不足和似乎是由缺陷引起的Na+/ Ca2 +逆向转运功能(27,65年]。在Ca PINK1间接作用2 +提出了信号在斑马鱼(64年]。使用酵母二者混合屏幕,PINK1和Ca之间的交互2 +传感分子,神经元Ca2 +传感器1,已经证明(64年]。这个传感器可能参与2 DA受体表达的规定(127年)和释放神经递质(128年]。增加钙2 +全身的线粒体渗透性转换是纯化PINK1 KO小鼠大脑线粒体的所示(29日]。积累phospho-c-jun SN PINK1 KO小鼠神经元的证明,表明物PINK1 KO小鼠的活动增加。因此,线粒体钙增加2 +敏感性和物活动早期缺陷PINK1 KO小鼠之前减少哒水平和异常哒体内平衡,这可能导致神经功能障碍。差异基因表达在黑系统PINK1 KO小鼠支持早期的多巴胺功能障碍和显示PINK1删除导致先天免疫反应调节基因的异常表达(104年]。纹状体基因表达谱在丽江WT和PINK1 KO小鼠已经执行。几个调节基因编码stress-inducible转录因子的激活转录因子(ATF)和AP1家庭,包括ATF-3 c-fos, FosB, JunB Egr-2。ATF3引起多个信号,包括炎性细胞因子、dna有害,和生理上的压力。有趣的是,增加纹状体Fos-related抗原的表达和JunB已经观察到神经元损伤和DA系统的退化。此外,纹状体c-fos表达式是由DA,通过补偿DA-depleted纹状体,可能会诱发过敏性DA受体(104年]。
除了复杂的我抑制,最近的基因数据点PD-associated基因与正常的线粒体功能和抵抗氧化应激,如帕金,PINK1, DJ-1。所有这些基因被认为线粒体中起着重要的保护作用,防止线粒体功能障碍由氧化应激(125年]。这种保护作用可能由帕金的泛素连接酶的功能。的确,活性氧的生产是一种生理线粒体呼吸链的结果,和帕金可能发挥作用在去除氧化受损蛋白质可以影响正常的线粒体功能。然而,同样有可能的是,帕金防护行动可能通过介导的信号函数(24]。DJ-1可以视为redox-active分子能感觉到通过内部半胱氨酸氧化渣氧化应激,紧随其后的是线粒体基质易位,膜间隙(9]。一旦本地化的线粒体,DJ-1可以作为分子伴侣来防止氧化应激(129年]。此外,DJ-1本地化的膜间隙可以作为自由基清除剂,防止自由基的积累来源于线粒体呼吸链(63年]。
有趣的是,最近的见解显示所有线粒体的协作PD基因,DJ-1, PINK1,帕金,保护线粒体免受氧化应激(7]。此外,帕金和PINK1似乎一致行动调解晚期受损的线粒体自噬降解,作为全球线粒体功能质量控制机制(119年,130年,131年]。这样一个质量控制机制是重要的细胞,破坏线粒体是敏感proapoptotic破裂并释放的介质通过一种选择性macroautophagy称为mitophagy [130年),和损失的保护作用可能在PD神经退化的一个重要原因,在PD似乎发生凋亡神经元死亡而不是坏死(17]。一贯帕金可以部分弥补PINK1损失时过表达(132年]。然而,最近的一项研究表明,即使PINK1基因的失活,DJ-1,帕金是不足以造成重大nigral退化寿命内的老鼠,这表明这些基因可能是保护外部压力而不是生存必不可少的多巴胺能神经元在正常老化过程中(133年]。
4.4。SNCA的模型
在生理条件下,基底氢氧自由基生产没有区别的striata WT和纯合子SNCA KO小鼠,暗示αsyn缺陷不影响基底氢氧自由基的生产(106年]。正如之前提到的,αsyn特定目标的硝化SNc的PD患者,建议形成的氧化损伤的作用αsyn包体(134年]。同样,增加氧化损伤,如图所示的氧化和硝化αsyn,老鼠过多表达突变或WT所示αsyn [107年,109年,110年,112年]。此外,A30P突变小鼠模型,水平的提高氧化线粒体蛋白质被发现(108年),而在老鼠overexpressing突变A53T形式的αsyn,增加mtDNA损坏了(110年]。mtDNA损伤的存在可能与氧化应激有关,因为硝化的存在αsyn是相同的老鼠模型所示110年]。
此外,在双突变体αsyn转基因老鼠,GPx 3和SOD-2表达水平降低,但这仍然需要证实蛋白质水平(111年]。此外,一个A53Tαsyn转基因小鼠模型被发现DJ-1更高水平3个月大的时候,建议为了保护线粒体功能和减少氧化负担(55]。此外,它是显示α似syn与物相互作用与蛋白质(吉格)。这提出了一个保护的作用αsyn对抗氧化应激,由于其灭活能力似物途径通过upregulation吉格。的保护活动αsyn可能减少蛋白质突变时,错误折叠或聚合,因此无法似与吉格(113年]。越来越多的证据表明之间的联系αsyn、氧化应激和线粒体功能障碍在PD (54,81年]。在这个连接,αsyn可以绑定到线粒体复合体I和抑制其活性,说明一种过剩αsyn会诱发异常的线粒体功能障碍(55]。氧化事件似乎相当具体的目标,对修改后的氨基酸残基。事实上,例如,硝化酪氨酸残基的αsyn发现蛋白质积聚在磅(36]。
SNCA的主要参与在PD是通过αsyn聚合,αsyn寡聚物被认为是为多巴胺神经元细胞毒性的重要来源(129年]。可溶性和不可溶性选择性损害αsyn增加聚合的倾向,已经证明在PD患者的大脑81年]。自由基可能导致有毒的原纤丝的稳定αsyn,稳定似乎取决于氧化结扎αsyn DA (81年]。此外,αsyn参与突触囊泡内稳态和DA的存储在突触囊泡,和正常的损失αsyn函数后聚合会导致氧化应激水平增加(56]。此外,描述突变降低的亲和力αsyn脂质,因此增加蛋白质的胞质池,这反过来会受到几种机制的影响(23]。此外,众所周知,lipid-bound WTαsyn磷脂酶的有效抑制剂D2,一种酶,这种酶水解磷脂,参与突触囊泡循环(56]。突变的结果,减少了磷脂酶D2抑制将导致增强和特异表达突触囊泡回收和减少突触囊泡的形成。无能的神经元突触囊泡从早期内体可能会减少可用的囊泡数量达存储,导致积累DA在细胞质中56]。结果表明:有毒的低聚物的聚合αsyn还可以结合并形成囊泡膜孔,从而释放其余DA水泡商店在细胞质中63年]。因此,SNCA的突变会导致正常的损失α在突触囊泡动力学syn功能,增加有毒的函数αsyn聚合(56),这两个途径胞质DA含量更高,进而大大增加细胞氧化应激(23]。大会的突变也被证明有一个调节行动酪氨酸羟化酶(TH)激活,抑制疱疹单胺转运蛋白2的活动,与septin4 [135年),和改变dihydropteridine还原酶的表达51]。此外,一个复杂的形成与人类DAT已被证明,从而抑制DA的运输车的吸收(51]。
最近,诱导多功能stem-cell-derived多巴胺神经元从PD患者SNCA获得三倍显示增加的氧化应激水平和更敏感的H2O2全身的氧化应激(45]。此外,αsyn水平增加多巴胺神经元内老化,PD(的一个重要病因24]。这些发现和内在潜力大的氧化代谢产生ROS表明,氧化应激可能参与多巴胺能神经元的变性SNc的PD患者(134年]。
总的说来,这些研究结果表明,基因改变的PD基因帕金,PINK1 DJ-1, SNCA有助于增强氧化应激水平。虽然精确的机械细节尚未透露,之前提出的工作假说基于数据,他们可以提高细胞氧化应激导致多巴胺神经元氧化应激产生途径,比如DA处理不当,线粒体功能障碍,并存在(图1)。
5。基因-环境交互作用在帕金森病小鼠模型
除了遗传背景、环境因素、环境毒素或生活方式等因素,在PD发病机制可能有作用[24]。
5.1。环境毒素
暗示环境毒素可能发挥作用的分子病理学PD意外注射管理MPTP药物后第一次出现在一群年轻的静脉注射毒品使用者,并最终开发出一种临床表型的晚期帕金森病,尽管没有磅病理学(69年]。它是第一个证明暴露在环境毒素可能在人类产生帕金森症。MPTP随后被确认为一种神经毒素,它可以很容易地穿过血脑屏障,被代谢4-phenyl-2, 3-dihydropyridinium离子(MPP)+在星形胶质细胞),一个强有力的线粒体复杂我抑制剂,然后选择性地运送到多巴胺神经元通过DAT,最终导致细胞死亡通过线粒体损伤(24]。注射除了MPTP药物,其他环境毒素,如除草剂百草枯和鱼藤酮已被确认为贡献者多巴胺能神经细胞死亡和帕金森症,支持进一步的环境之间的联系接触杀虫剂和患帕金森病的风险。有趣的是,最近的一项荟萃分析的19研究的参与环境农药在PD的发病机制发现估计翻倍的风险开发PD (7]。四个人杀虫剂被发现增加PD的风险:狄氏剂、代森锰,百草枯,鱼藤酮(24),后两个表现为线粒体毒素,注射在类似的方式MPTP药物(7]。
5.2。生活方式因素
生活方式和饮食习惯也影响患帕金森病的风险。流行病学资料显示,饮用咖啡、烟草、和非甾体类抗炎药物降低PD的风险是有趣的1,55]。高脂质消耗和摄入热量在PD研究作为一个潜在的危险因素。证实了这一项研究显示,吃富含动物脂肪食物与PD(风险增加有关136年]。
5.3。基因-环境交互作用
如前所述,当前视图的ethiopathogenesis PD是受基因的相互作用,环境,和年龄相关因素,基因-环境的相互作用中发挥重要作用[24]。在某些情况下,遗传易感性不足以导致的PD (24]。例如,一些单基因的外显率形式的PD是不完整和变量,如体内基因LRRK2 Gly2019Ser突变的外显率(24]。因此,其他因素,如年龄和环境暴露于某些毒素,可能有助于病理。同时,反过来也是如此,因为毒素暴露后的患帕金森病的风险似乎也在一定程度上取决于遗传因素。事实上,似乎自发突变的存在易诱发神经退化能够增加环境毒素的内源性毒性(24]。最近的研究也表明,环境因素可能导致神经退化通过表观遗传修饰的感应,如DNA甲基化和染色质重塑,这可能引起基因表达的变化(137年]。在PD,直接关系表观遗传学和神经退化尚未被广泛利用137年]。它已经表明,甲基化的αsyn基因内区1减少SN的DNA,壳核和皮质零星的PD患者。内含子区域的甲基化调节αsyn表达式使用荧光素酶报告实验,表明hypomethylationαsyn基因内区1导致的表达增加αsyn PD。进而引起的毒性α可以拯救syn管理组蛋白脱乙酰酶(HDAC抑制剂)在细胞培养和转基因果蝇果蝇模型。此外,HDAC抑制剂可能在多巴胺能神经元和神经在PD的啮齿动物模型138年]。表观遗传学的缺失的环节可能构成基因和环境之间的相互作用,尽管如此,它仍然还没有被探测(137年]。
5.4。Toxin-Induced模型
PD的经典动物模型是基于神经毒素的使用,复制一些疾病的病理和行为变化的诱导选择性黑系统的退化。6-OHDA模型,原型toxin-induced PD模型仍然是最常用的程序获取PD-like SNc(多巴胺神经元的损失139年]。直到现在,6-OHDA的神经毒性与(汽车)氧化和醌类的形成,H2O2和氧自由基,内部和细胞,抑制复杂我呼吸链的第四和复杂。下,它已被证明导致大规模释放DA在纹状体的细胞外空间,进而可能导致氧化应激。DA水平的增加可能与增加DA新陈代谢,进而可能导致一个增强的基底生产H2O2与谷胱甘肽的耗竭。它也表明,黑注入6-OHDA与增加炎症反应有关,由于活化的小胶质细胞,产生和释放广泛的自由基和炎症细胞因子(139年]。
5.5。遗传模型和环境的挑战
完成我们的理解为PD的遗传贡献,全面描述疾病的遗传结构是必要的,一起探索遗传和环境因素之间的复杂的相互作用。与当前遗传PD模型不复制完整的疾病模式,基因的影响,环境,无论是在PD的不同方面之间的交互应该探索通过使用合适的动物模型。然而,遗传模型仍然可以提供有趣的见解不同的基因的作用在帕金森病的致病途径。
整合使用神经毒素,从而模拟环境病因和转基因小鼠模型,使模拟基因-环境交互作用可能发生在帕金森病的发展。因此,进行文献检索研究遗传易感性的PD模型环境压力(表已被调查3)。当然,并不是所有的环境压力实验设置中使用被广泛用于人类接触但应被视为代理环境压力,是有相当大的重叠,致病通路。例如,6-OHDA可以用作代理压力,因为它有一个类似的机制的行动更常见的环境毒素,如鱼藤酮和百草枯。此外,增加动物模型的预测效度,帕金森病的主要病因的风险因素,即老化,可以集成在模型中,从而代表更现实的条件。
6。转基因模型结合一种神经毒素
6.1。DJ-1小鼠模型
DJ-1 KO小鼠的2到4个月大的时候被发现更容易注射系统性MPTP药物注射后的黑赤字(140年,141年]。此外,在WT老鼠,adenoviral-mediated过度DJ-1块MPTP-induced神经元损失和保护动物对SNc[神经退化140年,142年]。因此,这些发现指出DJ-1的生理作用的保护神经元免受氧化应激和环境神经毒素(140年]。
然而,注射的MPTP药物以不同的方式生成DJ-1 KO小鼠导致纹状体DA损耗没有差异的多巴胺能细胞nigral损失(141年]。此外,增强小鼠的DAT水平缺乏DJ-1蛋白质转运时公布评估细胞准备丰富的synaptosomal膜(141年]。研究结果的差异金等。140年)可能是由于不同的行之间存在着DJ-1-deficient老鼠注射的敏感性不同MPTP药物(140年,141年]。一种解释可能是C57BL / 6背景的DJ-1 KO小鼠注射对MPTP药物赋予高于转基因动物的B6/129背景Manning-Bog et al。140年,141年]。的确,几年以来,几个原因,以避免注射使用MPTP药物已经提出,包括其应变,年龄,和老鼠gender-dependency [150年,160年- - - - - -164年]。
6.2。帕金小鼠模型
帕金KO小鼠神经毒素冰毒的3个月大的挑战或6-OHDA不是更敏感和WT老鼠相比,证明了分析的纹状体DA水平(98年]。冰毒是一个释放的毒素水泡DA细胞质和细胞外空间,可以抑制线粒体功能(98年]。
这些发现表明,没有一个健壮的帕金森帕金缺陷小鼠表型不是由于缺少接触环境诱因作用机制类似于冰毒或6-OHDA。然而,parkin-deficient老鼠可能是更敏感的神经毒素,如注射鱼藤酮或MPTP药物,它有不同的行动机制98年]。事实上,过度的帕金注射结合MPTP药物暴露似乎提供了一些保护的好处(142年),而帕金交付救援α-synucleinopathy在老鼠模型中(89年,142年]。
6.3。PINK1小鼠模型
线粒体与纹状体的接触或年龄的大脑皮层PINK1 KO小鼠线粒体毒素,如百草枯、6-OHDA,哒,和鱼藤酮,不会导致不同级别的H2O2生产基础条件(29日]。PINK1 KO小鼠系统性挑战,急性脂多糖(LPS)注入和杀害8小时后有限合伙人管理证明更高的纹状体表达il - 1的含量β、il - 12、il - 10。纹状体的12个细胞因子水平没有不同与WT没有有限合伙人的挑战。此外,倾向于增加纹状体- 2的表达,il - 4, TNF -α后被观察到的有限合伙人的挑战。没有发现差异在纹状体CD3表达式之前和之后的有限合伙人的挑战。新生儿小胶质细胞分离和培养的前脑PINK1 KO小鼠也与有限合伙人的挑战。高表达的il - 10和类似的il - 6的表达,TNF -α,粒细胞集落刺激因子(g - csf)培养后小胶质细胞中发现了一个有限合伙人的挑战[104年]。在最近发表的一项研究中,一个条件PINK1核糖核酸干扰(RNAi)转基因小鼠模型是暴露于百草枯。老鼠被暴露于百草枯岁14天,进一步12岁周连续3周。一周后最后注射百草枯,RNAi-mediated PINK1 KD和4-hydroxytamoxifen激活注射诱导Cre活动。岁的20个月,多巴胺能神经元的重大损失和损失的纹状体DA在这些老鼠被发现(143年]。一致,局部区域的过度PINK1保护注射多巴胺能神经元变性引起的MPTP药物(144年]。综上所述,这些数据揭示了一个重要的在活的有机体内角色对toxin-induced PINK1保护多巴胺神经元细胞死亡。
6.4。SNCA小鼠模型
由不同的组,如图所示α-syn-deleted老鼠注射更耐MPTP药物神经毒性比WT的同胞,演示了通过纹状体DA含量测定和/或染色的神经终端和/或多巴胺能神经元nigral [106年,145年- - - - - -149年]。然而,intrastriatal 3-nitropropionic管理局酸导致显著增加纹状体氢氧自由基产量WT老鼠,显著减杂合的和纯合子大会KO小鼠存在剂量依赖的相关性,表明αsyn不足导致神经保护通过减少氧化应激(106年]。因此,Klivenyi et al。106年得出的保护作用αsyn缺失是由于减少了氢氧自由基的形成(106年]。使用3-nitropropionic酸的一个缺点是它的nonselectivity多巴胺能神经元。Alvarez-Fischer et al。150年)检查的敏感性SNCA KO小鼠6-OHDA,发现删除αsyn呈现小鼠抗6-OHDA和建议的毒性6-OHDA至少部分由αsyn [150年]。这些发现表明,删除αsyn导致神经保护,可能通过抑制ROS介导的形成(106年,150年,165年,166年]。另一种假说表明,聚合、错误折叠和氧化α公布的syn或分泌多巴胺能神经元死亡,导致活性氧的形成,提供另一种机制,通过这种机制ROS生产可以减毒α-syn-deleted老鼠(150年]。老鼠overexpressing突变αsyn A30P控制特异性神经元Thy-1或注射TH发起人不是更容易MPTP药物与其WT的同胞相比,6个月大时(151年]。这些发现与注射对MPTP药物的增加αsyn A30P Tg5093转基因老鼠在6 - 8个月的年龄。此外,在相同的老鼠,病变程度并不不同于他们的nontransgenic同窝出生仔畜控制在3 - 4个月时,一种慢性鱼藤酮治疗并没有导致不同病变程度(152年]。
老鼠overexpressing单方面的变异人αsyn A53T SN没有注射更容易MPTP药物相比,控制(153年]。作者认为从他们的结果与直接的函数(突变)αsyn氧化应激和凋亡通路(153年]。相反,人类A53T转基因小鼠表达α注射syn更敏感的神经毒性MPTP药物相比,非转基因的同胞。注射此外,MPTP药物治疗A53T转基因小鼠与3 nt水平显著提升,这与αsyn [154年]。
在另一项研究由彭et al。155年),新生儿铁喂养的联合效应和环境百草枯暴露在转基因小鼠年龄相关性黑变性表达A53T家族突变形式的人类αsyn评估在三个年龄组,即2、12和23个月大。百草枯的接触减少多巴胺能神经元在所有三个年龄组在WT和A53T相同的程度αsyn表达转基因老鼠,这表明百草枯毒性age-independent [155年]。然而,通过23个月大的时候,百草枯诱导多巴胺能细胞损失数字在那些动物更明显,此前接受口服铁在新生儿期升高,表明老iron-fed动物更容易受到比年轻iron-fed动物暴露在百草枯,百草枯政府加速nigral多巴胺能神经元损失这些动物由于早期铁接触(155年]。此外,神经退化可能是减毒的全身治疗与生物抗氧化剂复合euk - 189。此外,euk - 189政府似乎减少colocalization硝化αsyn nigral内多巴胺能神经元,暗示卓越的作用氧化应激在多巴胺能神经细胞退化和损伤函数在PD的实验模型,结合环境因素与遗传因素已知分别参与疾病(155年]。相反,百草枯在老鼠overexpressing神经毒性评估αsyn,人类WT或A53T突变形式的蛋白质,该文就近年来关于百草枯所致蛋白质聚集发生显示,但完全防止退化。此外,增加水平的热休克蛋白70被发现,这可能,因此,导致神经保护转基因小鼠(141年]。
年轻和年老的双突变体(A53T和A30P)转基因小鼠注射脆弱性对MPTP药物(158年)和百草枯加杀菌剂代森锰(159年)是评估。增强年轻双突变小鼠注射毒性MPTP药物可能是由于更高密度的DAT [158年]。双突变小鼠表达人类A53T和A30P变异形式的αsyn对百草枯和maneb-induced毒性更敏感,老鼠相比,表达人类独自WT (159年]。
在另一项研究中,7个月大转基因小鼠表达A53T家族突变形式的人类αsyn注射LPS。WT老鼠相比,只有转基因小鼠表现出持续的神经炎症,慢性进行性黑退化,积累的聚合、硝化αsyn和磅像nigral神经元夹杂物的形成。此外,治疗两个诱导NOS抑制剂和NADPH氧化酶阻塞LPS-injected转基因小鼠的神经退化(156年]。
所以我们如何解释数据积累基因-环境相互作用在PD小鼠模型?虽然文献结果并不总是一致的,大多数指向一个共识,帕金,PINK1,和DJ-1重要保护神经元的氧化损伤,而αsyn似乎扮演一个有趣的是双重角色,提高超表达条件对氧化应激的敏感性,减少氧化应激的敏感性条件删除(图2)。,有明显的证据证实基因-环境相互作用与PD发病机制有关,和上述PD基因参与途径氧化应激与细胞的生存。
7所示。结束语
最新进展在人类理解帕金森病的遗传学,以及使用PD动物模型的应用,不仅使我们做出重要的步骤在识别因素参与发病机制,而且在确定这些因素如何相互作用[9]。然而,缺乏一个清晰的图片关于PD的发病机制意味着理性的神经保护治疗仍下落不明。因此,目前迫切需要确切的说明分子架构在PD的发病机制,为了提供良好的依据理性药理干预可以预防、减缓或阻止进行性神经变性。
不仅基因的发现,而且从流行病学研究令人信服的数据,表明PD是一个强有力的候选人为研究基因-环境相互作用[167年]。个体的易感性PD开发可能涉及到遗传因素之间复杂的相互作用,环境因素和老化,结果,在人口的PD患者,存在很大的异质性对特定的细胞通路的功能(9]。尽管这种相互作用的重要性,没有多少数据是可用的基因-环境相互作用研究在PD动物模型。虽然不同的遗传动物模型的PD未能完全复制PD病理,他们仍然提供一个有趣的平台来调查不同PD-associated基因的作用在黑多巴胺能和其他神经系统的完整性。动物模型的接触外部压力可能加速疾病过程和区分它们的动物模型,在控制实验室条件下远离压力。我们建议PD具有挑战性的转基因动物模型可能有重要价值预测的基因改变读数的影响。此外,大多数的研究描述的PD动物模型只考虑疾病的表型,发生前症状不考虑PD的表现。调查pre-symptomatic方面,如氧化应激、可能让动物模型的更深入的描述。
自生物标志物是重要的工具来监视一个人的疾病状态,应努力开发、标准化,并协调不同的技术允许进行不同实验研究中心确保权力,允许复制,并增加他们的成功。几种有前景的方法PD生物标记,如蛋白质组学,朝着希望的方向(了168年- - - - - -171年]。此外,它应该被强调,多个标记的检测氧化应激是关键,因为一个标记可能会给误导的结果(31日]。更应努力推断发现PD患者动物模型,反之亦然。不仅发现,而且发达的方法应该更适用和/或容易可调为应用在动物模型和PD病人。正如上面提到的,它是著名的PD是异构神经退行性疾病和导致各种症状的发生,形成的基础分类PD患者分为不同的亚型1,172年,173年]。以后,症状的严重程度和类型在这些不同的亚型可能会因病人而异,并可能可能反映不同的潜在病因,其识别和生化特征可能促进我们对其发病机制的理解,因此可能会导致更多的个体化治疗1,173年]。我们的知识和广泛的文献研究后,没有发现,调查数据的不同亚型PD的氧化应激和发病机理的影响。
在本文中,我们专注于复杂的交互和氧化应激之间相互关系的互补和神经退化和氧化应激和PD-associated基因之间可能的联系。虽然并不总是一致的,文献结果指向的重要参与帕金森病基因帕金,PINK1, DJ-1,和氧化应激的SNCA致病途径和防止氧化应激,再次证实,氧化应激是一个重要的致病途径在PD。
确认
作者希望承认r . Berckmans太太的帮助下,g·迪斯美特先生,c . De Rijck太太和R.-M太太。吉恩。这项工作进行的金融支持促进研究所科技创新在佛兰德斯(IWT) (IWT420)和研究委员会的sccp布鲁塞尔。m . Varcin持有人研究拨款IWT (IWT420)。大肠Bentea FWO-Vlaanderen的研究员。