mitotherapeutics

线粒体（Mitochondria）是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是机体的能量调节枢纽，被称为能量工厂（Power House）。线粒体为神经元神经递质代谢、钙缓冲等生理过程供应能量，其动力学和功能损伤是很多神经退行性疾病如阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）、帕金森氏疾病（Parkinson’s disease, PD）等的重要特征。近日，Scripps Research Institute的Ronald L. Davis博士团队在Science Advances上发文，首次提出从原代神经元中多通路、高通量、并结合表型筛选调节神经元内线粒体稳态小分子物质，直接针对维持或改善线粒体功能，为神经退行性疾病如AD、PD提供一种新的治疗策略：高效、准确的线粒体疗法（mitotherapeutics）。

1开发基于原代神经元的多通路、高通量、高含量MnMs（modulators of neuronal mitostasis）的表型筛选

图1 基于原代神经元表型筛选方法示意图

作者采用N-端线粒体靶向序列携带GFP2 荧光标记的ROSA26 KI小鼠，将来自线粒体P0期幼鼠前脑解离细胞与携带钙/钙调蛋白依赖的蛋白激酶（CaMKII）启动子驱动的iCre重组酶基因复制缺陷型AAV9混合培养。14天后测量神经元轴突及树突线粒体长度（图1）。

2MnMs小分子化合物筛选

图2 小分子调节物质的筛选作用分析

线粒体解偶联剂FCCP处理神经元，根据活细胞成像参数鉴别并验证线粒体稳态过程，筛选出67个能够多方位调节线粒体稳态的MnMs小分子化合物。通过动力学参数区分具有增强线粒体功能的化合物，筛选出的MnMs能够显著增加线粒体的数量及功能（图2）。

3最佳MnMs增加在体ATP 产生

图3 七种小分子化合物对在体神经元线粒体功能的影响

作者将再分离的线粒体种筛选出的七个最佳MnMs用于小鼠，结果显示这些MnMs提高了机体ATP产量、加强了海马神经元的突触基础活性、增加了机体、并增加了线粒体的呼吸作用，证明最佳MnMs在体内具有显著作用（图3）。毒性Aβ在神经元及线粒体中聚集，呈剂量依赖性地造成轴突线粒体聚集区减少、病理形态改变增加及突触线粒体长度降低。

4总结

本研究首次通过多通路、高通量、结合表型筛选建立了调节神经元线粒体功能的小分子化合物筛选平台。筛选出的大多数MnMs能够增加线粒体的数量、长度，改善线粒体功能且不改变神经突触的生长；少数可保护原代神经元内线粒体因毒性Aβ、谷氨酸毒性所增加的氧化应激；最佳MnMs能够直接靶向线粒体。这项研究针对维持或改善神经元细胞线粒体数量、延伸率和健康程度等功能及生物学指标，为AD及PD的治疗提供了新的候选策略。