近日，暨南大学中医学院何蓉蓉教授团队和匹兹堡大学Kagan教授团队合作在《Nature Chemical Biology》上在线发表了题为“Phospholipase iPLA2βAverts Ferroptosis By Eliminating A Redox Lipid Death Signal”的研究工作（https://rdcu.be/ceL6m）。该研究利用氧化脂质组学等技术阐明了磷脂重塑关键蛋白iPLA2β突变导致其水解氧化磷脂ox-PE活力下降，导致多巴胺能神经元中氧化磷脂堆积。研究发现iPLA2β是ferroptosis（铁死亡）的一个重要调节蛋白，其活性丧失引起的脂质过氧化物累积与帕金森病的发生紧密相关，抑制铁死亡有望成为治疗帕金森病的一种新策略。药学院孙万阳副研究员为第一作者，中医学院/药学院何蓉蓉教授和匹兹堡大学Valerian Kagan教授及其团队成员Yulia Tyurina为共同通讯作者。
多巴胺能神经元退行性死亡是临床上导致帕金森病（PD）的主要病理机制，目前研究认为凋亡、坏死性凋亡和自噬性死亡等死亡方式都参与了多巴胺能神经元的死亡。但是，这些死亡方式都不足以解释其病理进程和机制，深入研究发现这些死亡方式都存在一个共同特征，即：多巴胺能神经元细胞的脂质过氧化损伤。真正能反应细胞脂质过氧化的细胞死亡方式是近些年新发现的细胞死亡方式——铁死亡。生物膜内磷脂的不饱和脂肪酸链不断被氧化，又不断被修复，如果修复不及时导致磷脂过氧化物堆积，尤其是前期发现的铁死亡磷脂过氧化信号分子15-HpETE-PE的大量堆积，就可能引发细胞发生铁死亡。在氧化磷脂修复过程中，钙非依赖磷脂酶A2β（iPLA2β，对应基因名称是PNPLA9）发挥了重要作用。iPLA2β是一种特异性水解磷脂的sn-2酰基键的蛋白，对细胞膜氧化磷脂清除和磷脂的重构具有重要作用。临床研究显示，PNPLA9突变和帕金森病发病密切相关，目前已经发现80多种不同的PNPLA9突变类型，但是其发病机制却不清楚。
在本研究中，作者重点关注PNPLA9R747W突变类型诱导帕金森症的发病机制，所获结论对其他突变类型也适用。首先对健康人细胞H109和有iPLA2β突变的帕金森病患者细胞fPDR747W的磷脂进行氧化磷脂组学分析，发现与正常细胞H109相比，fPDR747W细胞的磷脂过氧化水平明显更高，铁死亡信号分子15-HpETE-PE水平也明显更高，提示iPLA2β突变帕金森病患者细胞发生氧化磷脂堆积。进一步通过铁死亡诱导剂RSL3处理H109和fPDR747W细胞，证实了iPLA2β缺陷能够增加细胞对铁死亡的敏感性。
为验证iPLA2β功能和帕金森病发病的关系，何蓉蓉团队采用CRISPR-Cas9技术构建Pnpla9R748W点突变小鼠（对应人R747W突变位点）。与WT小鼠相比，纯合子突变小鼠自3月龄开始出现爬杆、转棒、步态行为异常（与常用帕金森病SncaA53T基因小鼠模型相比，该模型发病时间明显缩短）（图1a-c）；7月龄纯合子突变小鼠中脑中多巴胺及其代谢物水平显著降低，4-HNE水平显著升高，GSH耗竭，并且伴随铁死亡信号分子15-HpETE-PE水平显著升高。体外酶活实验结果显示，突变小鼠中脑iPLA2β表达水平未改变，但是催化活力显著降低（图1d-f）。作者也使用不同帕金森病模型（鱼藤酮诱导和SCNA A53T鼠源帕金森病模型）证实了iPLA2β功能缺失引起的脂质过氧化物累积现象也存在于其它帕金森疾病模型中。
（图1. iPLA2β突变诱导小鼠产生帕金森样行为和中脑氧化磷脂酰乙醇胺累积）
研究进一步探讨了iPLA2β突变导致氧化磷脂累积的机制。体外酶催化反应实验显示，15-HpETE-PE是iPLA2β的优势底物。进一步采用计算机模拟iPLA2β WT和R747W二聚体与细胞膜磷脂的相互作用（图2），发现野生型蛋白锚定到细胞膜后，磷脂容易进入活性口袋，接近活性中心位点，有利于酶催化反应。蛋白突变后，活性口袋缩小，磷脂难以接近活性中心位点，使得酶催化反应受阻。突变导致iPLA2β和细胞膜磷脂结合构象改变，降低了酶解氧化磷脂的能力。
（图2. 突变导致iPLA2β和细胞膜磷脂结合构象改变，酶解氧化磷脂的能力降低）
本研究首次发现了iPLA2β抗铁死亡功能—清除铁死亡的死亡信号分子15-HpETE-PE，揭示了磷脂氧化堆积是帕金森病的重要病理机制，阐明了iPLA2β突变诱导帕金森病的分子机制，证实了iPLA2β功能缺失能够导致多巴胺能神经元铁死亡“易感”
在研究过程中，作者采用CRISPR-Cas9技术构建的iPLA2β突变小鼠帕金森病发病基因鼠自3月龄开始出现帕金森病行为，与常用帕金森病SNCA A53T基因小鼠模型相比发病时间明显缩短，有望用于帕金森病病理机制和干预药物的研究和开发。同时，在美国匹兹堡大学Kagan教授团队的指导下，已在暨南大学建立了完善氧化磷脂组学检测平台。