Cerebroventricular Injection of Pgk1 Attenuates MPTP-Induced Neuronal Toxicity in Dopaminergic Cells in Zebrafish Brain in a Glycolysis-Independent Manner

Lin CY, Tseng HC, Chu YR, Wu CL, Zhang PH, Tsai HJ

研究背景與發現

帕金森氏症(PD)是一種中樞神經退行性疾病，因黑質部多巴胺細胞死亡導致多巴胺產生降低所引起。但由於中樞神經系統血腦障壁的存在，造成藥物與蛋白質在活體腦中功能研究受到限制。斑馬魚已被視為一種研究PD的有利物種，當斑馬魚幼魚以浸泡方式或成魚以腹腔注射MPTP，便能造成腹測間腦多巴胺細胞死亡，模擬PD-like症狀發生。此外，斑馬魚cerebroventricular microinjection (CVMI)則是相對簡單且快速的方式，能將外源研究材料送入斑馬魚腦腔中，在活體腦部環境中快速地驗證有效性的途徑。本實驗室證實，細胞外添加Pgk1蛋白，證實能延緩ALS模式動物與細胞神經退化情形。因此，當我們以CVMI方式將Pgk1直接注入處理MPTP誘發PD-like斑馬魚幼魚或成魚的腦中，結果發現腦腔注射Pgk1的MPTP處理組，腦中的多巴胺細胞數量，較未注射Pgk1的MPTP處理組幼魚數量為多。腦腔Pgk1注入的MPTP處理組別游動距離也明顯大於未注入Pgk1的MPTP處理組別。當增加腦腔的Pgk1注射次數，效果更為顯著。我們於活體斑馬魚胚胎中，也觀察到Pgk1會座落在多巴胺細胞表面。有趣的是，我們在MPTP處理的斑馬魚腦腔注射醣解作用催化位點突變Pgk1-T378P時，我們發現其對多巴胺能神經元與正常Pgk1具有相似的功效，表示細胞外Pgk1功能並非透過能量代謝途徑。進一步，在類多巴胺細胞SH-SY5Y細胞株中也證明，外添加Pgk1後，能夠減緩MPP⁺造成的氧化壓力降低ROS累積與細胞凋亡。這些證據支持細胞外的Pgk1應具有抵抗神經毒素傷害，保護多巴胺細胞的效果。因此細胞外添加Pgk1或許能成為改善PD的新思維。