上海交大李丹课题组从帕金森病病理脑组织中发现全新α-syn病理聚集构象

帕金森病（PD）是最常见且严重的运动相关神经退行性疾病，而路易体痴呆（DLB）作为另一种常见的神经退行性疾病，被发现与PD在部分病理特征上具有一致性，但更多在临床上表现出早期认知障碍及其他神经症状。其共同病理标志是神经元内富集α-突触核蛋白（α-syn）纤维形成的路易小体和路易神经突。这些纤维具有细胞间传播性、损伤溶酶体与线粒体、诱导神经炎症等多种致病活性，被认为是疾病进展的重要驱动力。过去十年，研究者已从患者脑组织中提取α-syn纤维并解析出多个高分辨率结构，如PD/DLB的Lewy fold、多系统萎缩（MSA）与青少年发病型突触核蛋白病（JOS）的多种病理聚集构象，揭示了构象多态性与临床异质性的紧密关联。然而，传统的结构研究往往需要利用去垢剂溶解、超速离心等理化步骤将不溶性纤维从脑组织中分离纯化出来，这一过程极有可能“偏好”更稳定的构象，从而丢失一部分同样真正存在于病灶中的纤维结构，无法全面反映疾病相关的构象多态性，影响对疾病分子机制的全面理解。

2025年11月14日，上海交通大学Bio-X研究院李丹团队在Cell Reports期刊上发表了题为“In situ amplification of α-synuclein amyloid fibril reveals a distinct polymorph related to Parkinson’s disease and dementia with Lewy body”的研究论文。该工作提出了一条全新的技术路径：不再“把病理纤维从脑里拎出来”，而是在尽量保留病理环境的脑匀浆中，即直接在PD和DLB患者的脑组织匀浆中扩增α-syn病理纤维聚集体，从而避免了传统纯化方法可能造成的聚集体构象偏好，我们将这一技术命名为纤维原位扩增（ISA）。通过进一步对扩增产物进行冷冻电镜结构分析，结果显示存在多种纤维多态性结构（polymorphs）。在其中，发现一种特定的聚集构象不同于典型的Lewy fold，但与其他突触核蛋白病中观察到的结构相似。本工作揭示帕金森病和路易体痴呆中存在多样化的α-syn纤维构象，并表明其中某些构象可能在不同类型的突触核蛋白病中具有共同的原纤维折叠模式，为理解相关疾病的发病机制在分子原子水平上提供了新的视角。

研究人员首先确认了两例临床和病理诊断明确的PD和DLB患者，并分别选取了病程中受累较早的延髓和额叶皮层组织，并将其匀浆化后与α-syn蛋白单体共同孵育，通过病理种子的“传染性”使其在原始脑内病理环境中自发扩增。结果显示，来自PD患者的延髓（ISA-PD）和DLB患者的额叶皮层（ISA-DLB）的脑匀浆均能高效扩增出大量α-syn纤维，而同龄健康对照脑组织则无法大量扩增出纤维，证明ISA纤维的产生依赖于疾病相关的病理模板。

利用冷冻电镜技术，团队对扩增得到的ISA纤维进行二维分类分析，发现无论是ISA-PD还是ISA-DLB，扩增产物都不是单一的构象，而是由多种纤维构象组成的“家族”。其中，三种构象（分别命名为P1，P2及P3）在两种疾病中均可看到，此外，ISA-DLB中还出现了只在该病例中观察到的独特结构，提示不同疾病、不同脑区及个体之间的病理构象可能存在差异（图1）。

在多种构象中，研究团队重点解析了主要构象ISA-P1的高分辨率结构。结果显示，来源于PD和DLB的ISA-P1的原子结构折叠极为类似，但这构象与此前解析的从PD/DLB患者脑中提取的纤维结构不同，却与MSA和JOS患者脑中提取的α-syn纤维高度相似，尤其与JOS纤维在纤维核心区的重合度最高。该结果首次在PD/DLB病理背景下发现“MSA/JOS样”构象，提示不同突触核蛋白病之间可能共享 “结构基序”。

图1    原位扩增（ISA）技术的建立与扩增产物冷冻电镜结构分析

与传统的“提纯-重构”路线相比，本研究建立的ISA技术有两层重要意义：一是最大限度保留病灶脑中的复杂分子环境，尽量避免提取过程对纤维构象的“筛选偏好”，让研究者得以发现更多原本可能被忽视的病理结构；二是通过对扩增纤维的系统结构解析，间接证明PD和DLB中确实存在区别于Lewy fold的“未知表型”，这一重要发现不仅证实了帕金森病和路易体痴呆中存在以往未被充分认识的结构多态性，更提示不同的突触核蛋白病可能共享某些共同的结构基序。

上海交通大学Bio-X研究院李丹教授为本研究通讯作者。上海交通大学Bio-X研究院博士研究生曹天逸和赵钦玥为该论文的共同第一作者。浙江大学医学院附属邵逸夫医院的乐卫东教授，中国医学科学院基础医学研究所（北京协和医学院基础学院）仇文颖教授及马超教授，中国科技大学申勇教授及高峰教授，以及患者及其家属为此项研究提供珍贵的脑组织样本。本工作受到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、“科技创新2030”—重大项目、中国科学院国际人才计划、及上海尚思自然科学研究院（SANS）等基金的资助。

论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)01336-1

作者： Bio-X研究院 供稿单位： Bio-X研究院