摘要：精准医学与蛋白组学关注国内外蛋白组学、蛋白修饰组学应用领域的科研进展，普及蛋白组学在生命科学及基础医学研究中的应用，一起交流学习。如有侵权请联系后台删除
精准医学与蛋白组学关注国内外蛋白组学、蛋白修饰组学应用领域的科研进展，普及蛋白组学在生命科学及基础医学研究中的应用，一起交流学习。如有侵权请联系后台删除
帕金森病（PD）是第二大常见的神经退行性疾病，其发病与线粒体功能缺陷密切相关。PINK1/Parkin通路是线粒体功能调控的关键，增强PINK1/Parkin介导的线粒体自噬（mitophagy）被认为是治疗PD的潜在策略，因此筛选更有效的PINK1/Parkin的小分子激活剂，已成为PD相关研究的热点。
热蛋白质组学技术（Thermal Proteome Profiling, TPP）则在小分子化合物作用机制研究，尤其是在挖掘非预期靶点及解析脱靶效应分子发挥了独特优势：当配体（如药物、代谢物等）与蛋白质结合时，会改变蛋白质构象从而影响其热稳定性。通过比较不同温度下蛋白质的热稳定性变化，能够在全蛋白质组水平上识别潜在的药物靶点。如此前研究通过热蛋白质组学揭示伊布替尼脱靶机制。
近日，加州理工学院Tsui-Fen Chou、David C. Chan等团队在Science子刊Science Advances（IF=12.5）上发表了题为 “Putative PINK1/Parkin activators lower the threshold for mitophagy by sensitizing cells to mitochondrial stress” 的研究成果。该研究通过蛋白质组学、热蛋白质组学揭示了2种线粒体自噬激活剂（新型的FB231（Parkin激活剂）和已报道的MTK458（PINK1激活剂））协同激活线粒体自噬的新机制，这一发现对PD治疗策略的开发提供了重要参考。
本研究通过蛋白质组学及热蛋白组学分析，发现FB231和MTK458并非直接激活PINK1/Parkin，而是作为弱线粒体毒素，通过诱导线粒体综合应激反应（ISR）和铁代谢紊乱，从而协同激活线粒体自噬，降低细胞面对其它线粒体毒素时的细胞存活率。这一发现为PD治疗药物开发提供了一个此前易忽略的新方向。
1、候选化合物FB231与MTK458降低线粒体自噬阈值
研究基于先前成果，筛选并验证了FB231可加剧PINK1/Parkin线粒体自噬，且与已报道的PINK1激活剂MTK458相似。进一步的，研究评估了FB231和MTK458对线粒体自噬的诱导能力。结果显示，当这两种化合物单独与低剂量线粒体毒素联合使用时，显著降低了线粒体自噬的诱导阈值。重要的是，二者联用后，FB231和MTK458对线粒体自噬的激活具有协同效应，并且严格依赖PINK1/Parkin通路。
2、蛋白质组学揭示FB231和MTK458在PINK1/Parkin靶标外发挥功能
在细胞实验中，研究发现FB231在20μM浓度下对线粒体自噬有明显的抑制效果，而MTK458本身在SH-SY5Y细胞中能够轻微激活线粒体自噬。为了探究两种化合物是否通过潜在脱靶效应调控线粒体自噬，研究者对FB231和MTK458处理的细胞进行了蛋白质组学分析。
结果表明，FB231处理显著上调了ATF3、ATF4等综合应激反应（ISR）关键蛋白，并引起了铁代谢相关蛋白（如IREB2、FECH）的表达改变。这些变化在PINK1或ParkinPINK1/Parkin敲除的细胞中依然存在，说明FB231的ISR诱导效应不依赖PINK1/Parkin通路；FB231或MTK458联合线粒体毒素处理同样可以增强相应蛋白表达，该变化同样不依赖PINK1/Parkin通路。以上结果证明FB231和MTK458是在PINK1/Parkin靶标外诱导ISR。
3、FB231通过铁螯合机制诱导线粒体自噬
接下来，研究者通过热蛋白质组分析（TPP）探究了化合物对ISR的直接靶点，结果发现FB231可直接螯合铁离子，导致铁反应蛋白IREB2蛋白表达上调、铁相关线粒体蛋白亚铁螯合酶（FECH）蛋白表达下调，进而增强了线粒体自噬。补充铁离子可完全逆转FB231与线粒体毒素联合诱导的线粒体自噬，而铁螯合剂DFP（deferiprone）也表现出类似的线粒体自噬增强效应。这些结果证明FB231通过铁螯合作用引起线粒体铁代谢紊乱，进而诱导线粒体应激和PINK1/Parkin通路激活。
4、FB231和MTK458与线粒体毒素协同抑制线粒体功能并降低细胞存活
接下来，研究探究了二者对线粒体功能的影响，发现FB231和MTK458均能抑制线粒体功能，但方式不同：MTK458可显著降低细胞氧消耗率（OCR），引起线粒体膜电位（MMP）超极化，FB231则相反。对于细胞活力影响方面，二者单独使用可降低细胞活力，当与线粒体毒素联合使用时表现出协同毒性。以上结果表明，FB231和MTK458两者通过不同机制影响线粒体功能并降低细胞存活率。
本研究通过蛋白组学技术和热蛋白质组学，系统阐明了FB231和MTK458作为弱线粒体毒素，通过诱导ISR协同激活线粒体自噬的机制。从转化医学角度看，该研究提示我们，增强线粒体自噬以改善PD的治疗策略中，应避免使用具有潜在线粒体毒性的化合物，而应聚焦于真正特异性激活PINK1/Parkin通路的药物。研究揭示了当前围绕线粒体自噬进行药物筛选过程中存在的陷阱，为未来开发更特异性高的PINK1/Parkin激活剂提供了重要参考。
本研究的亮点在于，通过整合蛋白组学、热蛋白组学和功能性实验，揭示了候选化合物通过脱靶效应诱导细胞应激反应和线粒体功能紊乱的机制；其中，蛋白质组学技术在发现激活剂对细胞通路的全局影响中发挥了关键作用，热蛋白质组学助力研究快速锁定ISR、铁代谢等关键通路，为机制解析提供了核心线索。展示了蛋白组学技术在高通量药物筛选和机制研究中的广泛应用前景。
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来源：景杰生物
