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阿尔茨海默病是造成痴呆症的主要疾病[1]。
2018年，国际阿尔茨海默病组织（ADI）估算，全球有大约5千万患者，并且预测至2050年，这个数字将翻三倍。目前还没有非常有效的治疗阿尔茨海默病的药物和治疗手段[1]。
这一治疗现状，很大程度上是由于阿尔茨海默病的发病机制尚不完全清楚。在众多发病假说中，β淀粉样蛋白级联假说，仍然是非常重要且主流的假说之一[2]，这一假说使清除Aβ聚集体成为治疗目标之一。
实际上，人体细胞有自主清除有害蛋白的能力，溶酶体就是清除这些蛋白的主要细胞器。在阿尔茨海默病等神经退行性疾病发病过程中，患者大脑中蛋白聚集体的累积，有一部分的原因是神经元降解蛋白能力的下降[3,4]。因此，解码溶酶体生成的调控机制，进而增强自噬体/溶酶体降解途径是非常重要的。
近日，由复旦大学基础医学院李洋领衔的研究团队，在Alzheimer’s & Dementia上发表重要研究成果[5]。
他们发现了一个能调控溶酶体生成的小分子药物——LH2-051，并阐明了这个化合物调控溶酶体生成的分子机制。
更重要的是，他们还发现LH2-051能增强β淀粉样蛋白斑块的降解，并改善阿尔茨海默病模式小鼠的记忆力。
这个研究不仅让我们对溶酶体与阿尔茨海默病的关系有了进一步的理解，还为阿尔茨海默病的治疗带来了新的潜在药物。
论文首页截图
溶酶体的生成是由核转录因子EB（TFEB）和转录抑制因子ZKSCAN3调控的[4,6]。去磷酸化的TFEB，从细胞质转位到细胞核，开启溶酶体生成的相关基因的转录翻译，从而促进溶酶体生成。然而在生理和病理条件下，尤其是在大脑神经元中，TFEB的激活和溶酶体生成是如何被调控以维持细胞稳态的仍然不清楚。
为了解密TFEB如何被激活，李洋课题组建立了一个Hela细胞筛选系统。这个细胞系能稳定表达被绿色荧光蛋白EGFP标记了的TFEB（TFEB-EGFP），如果发现绿色荧光信号从胞浆中转移到细胞核中，则代表了TFEB的激活。
利用这个系统和溶酶体特异染料Lyso-Tracker Red，研究人员筛选到37个能激活TFEB和促进溶酶体生成的化合物，其中效力最强的就是LH2-051。他们还发现，敲除TFEB可以完全抑制LH2-051促进溶酶体生成的能力，说明LH2-051增强溶酶体生成的能力完全依赖于TFEB。
A．小分子化合物LH2-051化学结构。B．HeLa细胞筛选系统。绿色代表TFEB-EGFP。DMSO为对照组，绿色荧光分布在细胞质中，作为阳性对照的TFEB激活剂Torin1和LH2-051处理的细胞，大部分绿色荧光定位在细胞核中。
为了进一步探究LH2-051激活TFEB的机制，研究人员从LH2-051处理后的HeLa细胞系中纯化了EGFP-TFEB，并进行了蛋白质谱分析。分析结果显示，与对照组相比，LH2-051的处理，显著降低了TFEB在S97，T99，S109，S114，S132和T331这五个位点的磷酸化。如果突变掉这五个位点的氨基酸，可以有效的抑制LH2-051激活TFEB的能力。
在后续的研究中，李洋团队发现：当LH2-051结合到细胞膜的多巴胺转运体（DAT）上之后，会引发DAT向溶酶体的转位，导致CDK9从溶酶体释放下来。被释放的CDK9失去了磷酸化TFEB的能力，进而降低了TFEB的磷酸化水平。随后，未被磷酸化的TFEB进入细胞核，促进溶酶体生成相关的基因表达。
LH2-051作用在DAT-CDK9-TFEB轴示意图
那么LH2-051通过DAT促溶酶体生成在体内的效果如何呢？
李洋团队在ICR（CD-1）小鼠上做了药物动力学和血脑透过研究，惊喜地发现LH2-051在体内仍然具有很好的药物活性，并且可以穿过血脑屏障，进入中枢系统。这一结果说明LH2-051具有成为治疗脑部疾病的药物的可能性。
随后，他们在5月龄的阿尔茨海默病模式小鼠（APP/PS1小鼠）身上检验了LH2-051的效果。他们连续一个月在小鼠腹腔注射LH2-051，结果发现相比注射溶剂的对照组，注射LH2-051组的小鼠，海马区的Aβ降低了65.6%，皮层区的Aβ降低了63.2%。而且LH2-051还显著上调了小鼠脑部的溶酶体、自噬体相关基因的表达。
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他们还利用经典的水迷宫和Y迷宫行为学测试方法，检测LH2-051对APP/PS1小鼠的学习、记忆和认知能力的影响。在水迷宫测试中，相比于对照组，LH2-051注射组小鼠，寻找站台所需时间更少，站上站台的次数更多，在目标象限停留的时间更长。它们在Y迷宫测试中也表现的更好。
以上研究结果表明，LH2-051增强了APP/PS1小鼠的溶酶体生成，Aβ的清除，提升了它们的学习、记忆和认知功能。
LH2-051减低小鼠海马和皮层的Aβ聚集体
总的来说，这个研究首次阐释了神经递质多巴胺转运体对溶酶体生成和机体内蛋白稳态的重要作用，明确了DAT-CDK9-TFEB的新的溶酶体调控机制。
更重要的是研究人员发现的LH2-051在阿尔茨海默病模式小鼠上有出色的表现，能改善模式小鼠学习、记忆和认知能力。这意味着LH2-051具有很好的临床转化价值，可能在不久的将来，给阿尔茨海默患者带来新的疗法。
参考文献：
1.Scheltens P, De Strooper B, Kivipelto M, et al. Alzheimer's disease. Lancet. 2021;397(10284):1577-1590.
2.Lacor PN, Buniel MC, Furlow PW, et al. Abeta oligomer-induced aberrations in synapse composition, shape, and density provide a molecular basis for loss of connectivity in Alzheimer's disease. J Neurosci. 2007;27(4):796-807.
3.Ferguson SM. Beyond indigestion: emerging roles for lysosome-based signaling in human disease. Curr Opin Cell Biol. 2015;35:59-68.
4.Levine B, Kroemer G. Biological Functions of Autophagy Genes: A Disease Perspective. Cell. 2019;176(1-2):11-42.
5.Yin L, Zhou J, Li T, et al. Inhibition of the dopamine transporter promotes lysosome biogenesis and ameliorates Alzheimer's disease-like symptoms in mice. Alzheimers Dement. 2022.
6.Settembre C, Di Malta C, Polito VA, et al. TFEB links autophagy to lysosomal biogenesis. Science. 2011;332(6036):1429-1433.
责任编辑丨BioTalker