近日，交叉中心劉聰課題組與上海交通大學(xué)李丹課題組、復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院王堅(jiān)課題組合作在Cell Research在線發(fā)表題為“Generic amyloid fibrillation of TMEM106B in patient with Parkinson's disease dementia and normal elders”的研究成果。該研究中，研究人員直接從一位伴有癡呆的帕金森病患者（Parkinson’s disease dementia, PDD）及兩位高齡健康對(duì)照者的腦組織中提取、發(fā)現(xiàn)一種之前未知的全新病理蛋白聚集體，進(jìn)一步揭示這種全新的蛋白病理聚集體是由跨膜蛋白106B（transmembrane protein 106B, TMEM106B）折疊成新穎的冰壺狀片層結(jié)構(gòu)單元并進(jìn)一步自組裝形成，此外還深入討論了新發(fā)現(xiàn)的蛋白聚集體在NDs及衰老中的作用。
劉聰課題組長期研究帕金森病關(guān)鍵蛋白α-syn的液-固相變與聚集的分子機(jī)理、發(fā)展化學(xué)干預(yù)的新方法。通過發(fā)展包括螺旋重構(gòu)技術(shù)及電子衍射技術(shù)手段系統(tǒng)研究并發(fā)現(xiàn)了不同的內(nèi)在及外在條件可以誘導(dǎo) α-syn通過液-固相變形成具有不同三維結(jié)構(gòu)的病理蛋白聚集體，并呈現(xiàn)不同的細(xì)胞病理毒性。然而，之前的研究主要借助于體外制備的α-syn蛋白聚集體展開。在本工作中，劉聰團(tuán)隊(duì)與華山醫(yī)院王堅(jiān)團(tuán)隊(duì)及交通大學(xué)李丹團(tuán)隊(duì)密切合作，首次嘗試從PDD患者腦組織中直接提取α-syn病理蛋白聚集體，并通過多步純化最終從腦組織成功提取獲得蛋白纖維聚集體（圖1）。令人驚訝的是，從PDD腦組織提取的蛋白纖維聚集體并非由α-syn形成。進(jìn)一步研究，他們通過冷凍電鏡及質(zhì)譜等技術(shù)手段鑒定這個(gè)全新的蛋白聚集體是由之前缺乏關(guān)注與研究的TMEM106B蛋白形成的。
圖1 人腦組織蛋白纖維聚集體提取方法及結(jié)果
更為有趣的是，除了PDD患者的腦組織，研究人員同時(shí)從另外兩例高齡健康對(duì)照者腦組織中提取獲得同樣由TMEM106B形成的蛋白纖維聚集體。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn), TMEM106B在PDD及兩例健康對(duì)照腦組織中形成有別于其天然構(gòu)象的全新冰壺狀構(gòu)象并組裝形成具有類似β-折疊片層結(jié)構(gòu)的纖維聚集體。但TMEM106B在三種不同來源的纖維聚集體中又存在細(xì)微的差別。在2號(hào)健康對(duì)照中，TMEM106B呈現(xiàn)單股原纖維組成的Type 1結(jié)構(gòu)（圖2）；在1號(hào)健康對(duì)照中為單股原纖維組成的Type 2結(jié)構(gòu)；在PDD中同時(shí)存在兩種結(jié)構(gòu)的TMEM106B纖維，一種為與1號(hào)健康對(duì)照相同的Type 1結(jié)構(gòu)，另一種為由兩股與Type 1結(jié)構(gòu)相同的原纖維組成的Type 3結(jié)構(gòu)。Type 1和Type 2纖維聚集體均由TEME106B的C端結(jié)構(gòu)域（Residue 120-254）組成，形成一個(gè)含有17個(gè)β-片層的冰壺狀構(gòu)型（圖2）。
圖2 PDD患者和高齡健康對(duì)照腦組織TMEM106B纖維聚集體冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
值得一提的是，在過去的1個(gè)多月時(shí)間里，哥倫比亞大學(xué)Fitzpatrick課題組、加州大學(xué)洛杉磯分校Eisenberg課題組及劍橋大學(xué)Goedert＆Scheres課題組陸續(xù)在Cell及Nature報(bào)道了與本研究高度相關(guān)的研究成果。其中，F(xiàn)itzpatrick及Eisenberg課題組從多個(gè)不同類型NDs（包括額顳葉變性、進(jìn)行性核上性麻痹及路易體癡呆等）的患者腦中獲取TMEM106B病理纖維聚集體，并認(rèn)為TMEM106B形成的聚集體與不同NDs（特別是額顳葉變性）的發(fā)病密切相關(guān)。然而，Goedert＆Scheres課題組發(fā)現(xiàn)TMEM106B不僅存在與ND患者腦組織中，也存在于高齡健康人群腦組織中，并推測TMEM106B聚集體可能是一個(gè)衰老相關(guān)的年齡依賴的蛋白聚集體，與ND的發(fā)病沒有直接關(guān)聯(lián)。因此，以上三個(gè)工作對(duì)于TMEM106B纖維聚集體的病理意義存在較大的爭議。
在本工作中，研究人員綜合分析了本工作及以上三個(gè)工作中報(bào)道的用來提取TMEM106B纖維聚集體的腦組織捐贈(zèng)者年齡在不同亞群中的分布特征，發(fā)現(xiàn)無論是以家族性及散發(fā)性NDs分類，還是以不同類別的NDs分類，NDs患者的年齡均顯著低于健康對(duì)照組（圖3）。據(jù)此，提出了疾病與年齡共同作為TMEM106B病理纖維聚集形成的兩個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。
圖3 含有TMEM106B纖維的腦組織捐贈(zèng)者的年齡統(tǒng)計(jì)分析圖
綜上，本研究工作從PDD患者及高齡健康對(duì)照中腦組織中意外發(fā)現(xiàn)一類全新的由TMEM106B蛋白形成的病理纖維聚集體，并討論TMEM106B纖維的形成與疾病、衰老的直接關(guān)系。本工作為理解不同蛋白病理聚集體在疾病及衰老中的復(fù)雜作用提供了新的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步探索人腦中存在的不同蛋白聚集體的紛繁復(fù)雜的病理及生理活性開拓了新思路，也為識(shí)別病理蛋白聚集體的PET示蹤劑的研發(fā)提出新的挑戰(zhàn)。
