帕金森病的核心病理特征是中脑多巴胺能神经元内α-突触核蛋白的异常聚集与错误折叠，但其毒性作用的初级机制和亚细胞定位长期未被阐明。本研究利用人诱导多能干细胞衍生的多巴胺能神经元，通过空间和时间分辨的蛋白质组学与转录组学分析，揭示了错误折叠的α-突触核蛋白以纳米级神经元内斑点形成为标志，与内质网易位子功能受损密切相关。研究证实α-突触核蛋白与Sec61A亚基直接相互作用，干扰内质网加工蛋白的共翻译易位，导致溶酶体酸化缺陷等细胞器功能障碍，并增加α-突触核蛋白通过细胞外囊泡的释放。该发现为α-突触核蛋白病理与多种帕金森病遗传修饰因子之间的关联提供了统一机制解释，也为早期蛋白酶体激活治疗策略提供了理论依据。
该研究由Chor Lai Lam、Nicholas J. F. Gatford、Ana Aragón-González、Benedict Tanudjojo、Anis Sahoo、Andrew R. Castle、Devika Agarwal、Ashwin Jainarayanan、Svenja S. Hester、Navoneel Sen、Justin L. P. Benesch、Roman Fischer、David Sims及George K. Tofaris共同完成，通讯作者为George K. Tofaris。论文题为"α-Synuclein blocks endoplasmic reticulum co-translational protein translocation early in Parkinson's disease"，于2026年7月发表于Nature Communications。
重要发现
01
纳米级聚集体驱动异常蛋白质相互作用
研究构建了α-突触核蛋白与抗坏血酸过氧化物酶融合表达的人诱导多能干细胞衍生多巴胺能神经元模型，通过原纤维接种模拟不同病理阶段。利用邻近生物素化标记技术，在活神经元中标记错误折叠α-突触核蛋白聚集体周围10纳米半径内的相互作用蛋白，并在接种后第3、7、14天进行质谱分析。即时结构照明显微镜证实，α-突触核蛋白过表达本身即可诱导直径不超过1微米的纳米级聚集体，原纤维接种则进一步诱导更大的微米级聚集体。蛋白质组学分析显示，纳米级聚集体与更广泛的异常蛋白相互作用关联，而较大的微米级聚集体在生化上相对惰性，主要生物素化自身及邻近分子。这表明早期小型聚集体而非成熟包涵体才是毒性相互作用的主要驱动因素。
纳米级聚集体与人类多巴胺能神经元中异常的α-突触核蛋白相互作用相关
基因本体富集分析和蛋白相互作用网络分析揭示，核糖体-内质网翻译通路是早期α-突触核蛋白相互作用组的核心组分，包括易位子亚基SEC61A、SEC61B及信号识别颗粒多个组分。内质网标记蛋白钙连蛋白与生物素化蛋白的共定位强度随时间增加，且在未接种条件下即可检测到，说明内质网是早期病理的关键作用位点。
02
α-突触核蛋白特异性结合Sec61A并阻断共翻译易位
为在内源性系统中验证，研究使用来自SNCA基因三倍体患者的诱导多能干细胞衍生多巴胺能神经元，其α-突触核蛋白表达量约为正常水平的2.5倍。即时结构照明显微镜检测到纳米级内源性磷酸化α-突触核蛋白聚集体，原生斑点印迹也证实了错误折叠α-突触核蛋白的存在。批量和单细胞RNA测序分析均显示内质网相关功能和核糖体翻译通路显著富集，共翻译蛋白靶向内质网是排名最靠前的通路之一。拟时序分析揭示了SNCA三倍体神经元中不同于等基因对照的病理状态转变轨迹，驱动基因富集于内质网相关蛋白复合物、内质网膜和细胞外囊泡等组分。
αSyn相互作用组分析揭示内质网和蛋白酶体参与早期病理过程
邻近连接测定证实，SNCA三倍体神经元中磷酸化α-突触核蛋白与Sec61A的相互作用显著增加，而与EMC通路的TMEM85或GET通路的GET1无明显共定位。帕金森病患者死后黑质组织的三维成像重建和邻近连接测定同样证实了该增强相互作用。结构建模预测，α-突触核蛋白N端部分解折叠的α-螺旋结构域（第16至40位氨基酸）最可能与Sec61A的疏水核心残基相互作用，包括Phe12、Ile15、Leu89、Leu93、Ile122、Ile125、Phe156、Leu293、Phe374、Phe375和Tyr378，其中Leu89和Leu293位于Sec61A疏水核心内，该区域正常负责锚定从核糖体伸出的新生多肽链。N端第32至42位氨基酸缺失突变显著降低了该相互作用，进一步验证了模型。
αSyn与ER转位酶Sec61A1相互作用
通过嘌呤霉素标记新生多肽链结合邻近连接测定，研究发现SNCA三倍体神经元在第45、60、80天均表现出内质网相关翻译的显著下降，第80天下降约2倍。该缺陷具有底物特异性：Sec61A依赖底物如v-ATPase V0a1亚基和葡萄糖脑苷脂酶的翻译减少，而GET途径底物Sec61B、VAMP2或EMC途径底物SQS不受影响。内质网易位缺陷伴随核糖体亚基RPL26的UFM化修饰增加，但未检测到p38磷酸化增强或未折叠蛋白反应激活，说明这是一种早期非凋亡性翻译应激。
03
多主体徒手扫描与术中导航应用
内质网相关翻译缺陷直接影响多种细胞器相关蛋白的合成与运输。约30%的已鉴定易位子底物被α-突触核蛋白-APEX标记，其中包括多个帕金森病风险基因编码的蛋白。v-ATPase V0a1亚基是维持细胞器pH稳态的关键组分，三维成像分析显示病理性α-突触核蛋白与v-ATPase V0a1的相互作用主要发生在内质网（52.63%）和高尔基体（40.26%）接触位点，而非其最终目的地溶酶体（7.11%），表明病理相互作用发生在蛋白合成和早期运输阶段。
缺陷ER相关易位损害溶酶体酸化等基因控制hiPSC-DANs双向方差分析
免疫印迹证实SNCA三倍体神经元中v-ATPase V0a1蛋白水平进行性下降，第80天最为显著，葡萄糖脑苷脂酶和组织蛋白酶B的成熟形式也显著减少，而mRNA水平未变。膜组分中嘌呤霉素标记蛋白和刀豆球蛋白A标记的糖基化蛋白均减少，证实膜蛋白和细胞器相关蛋白的内质网加工存在广泛缺陷。功能层面上，v-ATPase V0a1与溶酶体标记蛋白Lamp1的共定位进行性下降，溶酶体酸化严重受损：正常神经元溶酶体pH维持在4.4至4.8，而SNCA三倍体神经元第60天平均pH升至5.17，第80天进一步升至5.82，组织蛋白酶B活性也显著降低。溶酶体功能障碍促使α-突触核蛋白转向细胞外囊泡途径释放，SNCA三倍体神经元条件培养基中细胞外囊泡相关α-突触核蛋白与CD81比值随培养时间进行性增加。巴弗洛霉素抑制v-ATPase可在对照细胞中模拟该表型，证实了两者间的因果关系。
04
基因沉默与蛋白酶体激活可逆转内质网缺陷
研究构建了多西环素诱导的dCas9-KRAB系统，在SNCA三倍体背景下靶向沉默SNCA基因。从第25天给药，至第50天α-突触核蛋白水平几乎完全敲除，第60天即时结构照明显微镜证实聚集体数量显著减少。嘌呤霉素标记实验显示，α-突触核蛋白降低后Sec61A处的新生链翻译和v-ATPase V0a1的特异性翻译均显著恢复，膜组分中v-ATPase V0a1和组织蛋白酶B蛋白水平相应回升。
蛋白酶体激活可挽救人诱导多能干细胞衍生多巴胺能神经元（hiPSC-DANs）中的内质网缺陷
药物干预方面，咯利普兰通过抑制磷酸二酯酶4升高cAMP激活蛋白酶体，他达拉非通过抑制磷酸二酯酶5升高cGMP激活蛋白酶体。从第50天（已形成纳米级聚集体）给药至第80天，两种药物均减少磷酸化α-突触核蛋白阳性斑点数量，并恢复Sec61A处的内质网相关翻译和v-ATPase V0a1合成。在SNCA A53T突变患者来源的神经元中，咯利普兰同样减少聚集体并缓解内质网翻译缺陷。这些结果表明，病理早期通过降低α-突触核蛋白水平或激活蛋白酶体，可有效逆转内质网共翻译易位缺陷。
创新与亮点
本研究的核心突破在于首次将α-突触核蛋白毒性的亚细胞定位精确到内质网易位子Sec61A，阐明了共翻译易位阻断这一早期致病机制。研究创新性结合APEX邻近标记质谱、即时结构照明显微镜超分辨成像和单细胞转录组学等多组学技术，实现了对病理过程的空间和时间分辨解析，发现直径不超过1微米的纳米级聚集体而非成熟包涵体才是毒性相互作用的主要驱动者。该技术路线在光学生物医疗领域具有重要价值：即时结构照明显微镜以1.50数值孔径的油浸物镜实现了纳米级聚集体的活体检测，使以往常规共聚焦显微镜无法分辨的早期病理事件得以可视化，为神经退行性疾病早期诊断提供了成像技术范式；Airyscan超分辨成像结合三维重建则实现了蛋白相互作用在亚细胞器水平的精确定位，为解析蛋白毒性的空间机制提供了方法学参考。
总结与展望
本研究揭示了α-突触核蛋白在帕金森病早期通过与Sec61A相互作用阻断内质网共翻译易位的统一致病机制，将蛋白聚集与多种帕金森病遗传修饰因子编码的细胞器相关蛋白失调联系起来，并为咯利普兰、他达拉非等已上市药物的蛋白酶体激活治疗策略提供了机制依据。未来研究需进一步解析阻断Sec61A的α-突触核蛋白形式的高分辨率结构，验证该机制在散发性帕金森病和不同神经元亚型中的普适性，并探索基于超分辨成像的早期病理生物标志物开发与临床转化应用。
论文信息
声明：本文仅用作学术目的。
Lam, C.L., Gatford, N.J.F., Aragón-González, A. et al. α-Synuclein blocks endoplasmic reticulum co-translational protein translocation early in Parkinson’s disease. Nat Commun 17, 7768 (2026).
doi:https://doi.org/10.1038/s41467-026-76173-4