大家好，我是杨伟莉，来自暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院。我们研究院目前汇聚着多位世界顶级的神经科学家。我非常荣幸今天能够有机会在这里跟大家分享我们的一些研究进展，我和我的研究团队主要聚焦帕金森病的研究。

▲拳王阿里

(资料图片仅供参考)

很多人初识帕金森病，可能源于拳王阿里在1996年亚特兰大奥运会上，用颤抖的双手来点燃火炬的那个时刻。

曾经放言“没有人能打败我”的阿里，却在退出拳坛之后遭遇了帕金森病的折磨，并且与之抗争30年。

▲遭受帕金森病折磨的科学家

还有我国的著名作家巴金、美国著名的影星凯瑟琳·赫本、著名的数学家陈景润等这些名人，他们都曾经遭受帕金森病的折磨。

全世界还有千千万万的帕金森病患者，我们并不清楚他们的姓名。他们遍布在各个行业，不分人种、肤色，不分性别和年龄，不分职业和信仰。

▲Dorsey ER, Bloem BR. The Parkinson Pandemic-A Call to Action. JAMA Neurol. 2018 Jan 1;75(1):9-10.

请大家看一组数据，从1990年到2015年，帕金森病患者的数目增加了一倍，增长速度超过阿尔茨海默症，成为目前第二大神经退行性疾病。

并且随着全球老龄化的到来，预计到2030年，帕金森病的患者在全世界将超过1000万，我们中国的患者将超过500万。

为何中国的患者会有如此大的比重？一个可能的因素是由于我们中国的人口基数较大，另外一个因素可能是由于环境因素，比如环境污染也会造成帕金森病的发生。

我们中国目前有超过14亿人口。65岁以上帕金森病的患病率高达1.7%，而超过80岁以上的老年人发病率可能超过4%。这也就意味着随着人口老龄化，日益增长的帕金森病患者必将会给患者本人、家庭、社会等带来巨大的痛苦和负担。

▲Journal of Parkinson’s Disease 2 (2012) 181-187DOI 10.3233/JPD-2012-012108

**帕金森病最早是由英国的一名医师詹姆斯·帕金森首次提出的。**他在1817年发表了一篇研究论文，描述了6个患有帕金森的病人。这些病人表现出了静止性震颤、运动迟缓等症状。当时他还不知道该把这种疾病归为哪一类，因此命名为震颤麻痹。随后到1877年，法国的一名医生把它命名为帕金森病，从而被广为人知。

**提到帕金森病，大家的第一印象可能是手抖。**有人可能会问：我脾气火爆，生气时有时会气得手发抖，这是不是帕金森病的前兆？我想告诉你，这只是由于你情绪过于激动而导致的。保持心情愉悦，有利于身体的健康。但手抖并不是帕金森病患者独有的症状。

患者还会出现肌肉僵直、运动迟缓、姿势以及平衡异常等运动症状，想要做出一些日常生活中非常简单的动作，都会变得异常困难。这些症状是由于大脑出现问题所造成的吗？是的，由于帕金森病患者的中脑黑质多巴胺能神经元死亡，造成了这些运动症状。

那么中脑是在哪里？就是图片中蓝色小球所指的位置。我们的中脑黑质多巴胺能神经元能够分泌多巴胺，多巴胺是让我们感到快乐和愉悦的一种神经递质，还控制着我们的运动。

▲中脑黑质多巴胺神经细胞退变死亡

在大脑解剖学上我们可以看到，图上方正常病人的中脑部位部分会出现黑色，是因为多巴胺能神经元可以分泌黑色素，故称为黑质。而在下方帕金森病人的大脑中脑黑质部位颜色变得十分浅显，因为他们的多巴胺能神经元大量丢失和死亡。

▲α突触核蛋白（α-synuclein）聚集形成的路易氏小体Shulman JM, De Jager PL, Feany MB. Parkinson"s disease: genetics and pathogenesis. Annu Rev Pathol. 2011;6:193-222.

在帕金森病被首次提出以后的一段时间内，科学家们对它的病理学研究一直没有取得突破性的进展。**直到1912年，德国的一位神经病理学家发现，帕金森病患者的大脑当中能够检测到一种异常的蛋白聚集小体。**这种蛋白聚集小体能够对神经元造成毒性，因此后人把它称为路易氏小体。帕金森病人多巴胺神经元的死亡，其实是一个随着年龄增长的渐进性发展的过程。在我们能够看得到的这种显著的运动障碍之前的5年、10年甚至20年，这些患者就已经经历了一系列的非运动症状的困扰。

▲帕金森病的非运动症状

比如说嗅觉出现障碍，没有办法再闻到美味食物的气味；比如说长期失眠；比如说睡觉时会大喊大叫、拳打脚踢；又或者便秘、尿频、抑郁、认知能力下降；再或者面部表情不再丰富，变得僵硬和呆板……

这些都是帕金森病患者的一些预警信号。如果你或者你的家人朋友出现这些症状，还希望能够引起关注。

在帕金森病被发现之后的近200年里，科学家们也一直在寻找它的病理学、病因学要素以及可能的治疗方法。

▲1957年，第一个帕金森病动物模型建立

比如在上世纪的50年代，来自瑞典的一位神经科学家发现帕金森病人大脑当中多巴胺的含量是显著降低的，他就采用一种能够降低多巴胺的药物，叫做利血平，把它注射到动物体内，建立了第一个帕金森病的动物模型。利血平能够降低多巴胺的转运，从而使得动物出现运动障碍。

▲药物治疗：左旋多巴胺

更为重要的是，这位科学家还研制出了左旋多巴胺，对这个疾病的动物模型进行治疗。从而奠定了左旋多巴胺在帕金森病中治疗的一个重要基础。从此以后，多巴胺与帕金森病能够直接地联系起来。

▲Arvid Carlsson （1923-2018）

为了表彰这位科学家的贡献，他在2000年被授予了诺贝尔生理学或医学奖。

时间来到1976年，乔治华盛顿大学化学专业的一名研究生在实验室私自合成了毒品MPPP。这种毒品俗称为合成海洛因，掺杂有MPTP（中间产物）。当他给自己注射毒品之后的第三天，出现了帕金森病样的症状。此后也有大量报道，有一些20多岁的吸毒者，年纪轻轻便在飘飘欲仙中患上了帕金森病。

随后科学家发现，MPTP专门损伤我们的中脑多巴胺能神经元，造成帕金森病。MPTP本身并没有毒性，但当它进入到我们的大脑内，能够被我们大脑的神经胶质细胞所产生的单胺氧化酶代谢成有毒的MPP阳离子，从而损伤我们的多巴胺能神经元。

对于这些吸毒的年轻人群来讲，这是非常非常不幸的。但是这种意料之外的不幸，对于科学家来说是意外的发现。因为可以能够利用给动物注射MPTP来建立帕金森病的动物模型，从而研究这种化学物质为什么会致病，以及研究能否找到合适的治疗方法。

▲首次建立神经毒素MPTP诱导的帕金森猴模型

比如**来自美国的神经科学家马龙·德隆，他把MPTP注射到猴的体内，建立了帕金森病的猴模型。**随后他发现帕金森猴的丘脑下核出现了异常放电。对丘脑下核进行切除之后，能够大大改善帕金森病猴的症状。

▲阿里姆·路易斯·本納比 (Alim Louis Benabid)

基于这项研究结果的灵感，法国的一位脑外科专家在尝试给帕金森病人进行治疗时，对患者的丘脑下核进行高频刺激，发现能够大大地改善帕金森病的运动症状，从而开创了深部脑刺激疗法。

▲深脑刺激（Deep Brain Stimulation，DBS）

这个方法指的是在患者的大脑的特定脑区植入电极，刺激大脑神经元的活性，从而缓解症状。

▲脑部深度刺激疗法

大家可以看到视频当中，治疗前和治疗后，患者的症状是得到了明显的改善的。

除了MPTP这种毒物以外，我们在日常的生活中如果过度暴露于工业污染物、重金属或者是农业除草剂、杀虫剂等环境中，也会提高患帕金森病的概率。

此外，**如果大脑受过脑外伤或者撞击，也是一个比较危险的因素。**比如前面讲到的拳王阿里，他在整个职业生涯中，大脑遭受过3万次以上的撞击，这也可能是他患有帕金森病的一个主要原因。

还有衰老。随着衰老，我们的大脑会出现神经细胞的退变，这也是造成帕金森病的一个主要因素。

▲Shin JH et.al., Cell. 2009

除了这些外界因素之外，还有大约10%的帕金森病的患者是由于基因的遗传突变所造成的。目前已经发现帕金森病的主要致病基因有超过20种以上。

比如1997年发现了第一个与帕金森病相关的致病基因α-synuclein。α-synuclein蛋白的异常聚集，也是我们前面介绍到的帕金森病人脑中路易氏小体的主要组分。随后1998年，在日本的一个青少年型帕金森病的家系当中发现了Parkin基因的突变。2001年在意大利的一个家族中发现了PINK1基因的突变。

我和我的研究团队主要聚焦PINK1和Parkin这两个基因的功能研究。为何要选择这两个基因？主要是它们在隐性遗传的帕金森病中发病率较高，而且这两个基因的突变能够造成青少年型帕金森病发病，发病年龄过早，危害极大。

▲PINK1基因突变的帕金森病患者

过往提到帕金森病，大家可能都认为这是中老年人才会得的病。但请大家看这张图片，这个巴基斯坦的小男孩在5岁时就被诊断为帕金森病，携带有PINK1基因突变。他双拳紧握、嘴巴张开，这是肌张力严重障碍的表现。

他的父母是近亲结婚。他刚出生时还是健康的，但在4岁时就已经出现静止性震颤、步态不稳以及言语不清等症状。过早的发病年龄对这个孩子以及他的家庭来说，都是非常大的痛苦和负担。

PINK1和Parkin这两个基因能够调控线粒体的功能。线粒体是什么？它是我们人体能量的工厂，就好比汽车的发动机一样。我们的大脑和肌肉都需要大量的线粒体来提供能量，以维持我们正常的生命活动。

▲PINK1和Parkin可清除受损线粒体

细胞中的线粒体出现损伤时，PINK1和Parkin这两个基因的产物能够把线粒体运输到我们的“细胞垃圾清理站”溶酶体进行降解，从而保护细胞。

目前这个理论主要是基于大量的体外实验所得到的，仍然缺乏生理状态下哺乳动物体内的证据。由于伦理的限制，我们不能够直接用人去做研究，需要建立合适的动物模型。

因为**PINK1、Parkin这两个基因的功能缺失突变会造成帕金森病，所以我们一般采用基因敲除或者敲低的方法来建立模型。**通俗来讲就是把这个基因从动物体内删除，或者降低表达。

但遗憾的是，在小鼠以及猪的模型当中删除PINK1和Parkin这两个基因，都不能够很好地模拟帕金森病人脑中神经细胞退变死亡的重要病理特征和运动障碍的症状。

小鼠模型在全世界的科学研究当中是最为广泛应用的模型，但绝大多数基因修饰的帕金森病小鼠模型，都很难模拟病人脑中神经细胞退变死亡的重要病理特征，这可能是由于物种的差异性造成的。

▲DeFelipe, Frontiers in Neuroanatomy, 2011

请大家看图片中大脑的结构和体积。小鼠和人的大脑在体积上相差甚远，从大脑的表面结构上我们也可以看到，小鼠大脑表面较为光滑，而灵长类比如说猴和人的大脑是含有皮质沟回的。

▲Tomoki Otani et al., Cell Stem Cell. 2016

并且从发育的角度上我们也可以看到，人的大脑皮层发育需要大约120天，猴需要60天，而小鼠只需要6天。这种发育上的差别可能说明了为何PINK1基因删除的小鼠模型很难模拟病人脑中神经细胞退变死亡的重要病理特征。

因此，我和我的研究团队目前所要探究的关键科学问题就是，我们能否在与人类更为接近的猴模型中删除PINK1基因，来模拟帕金森病人脑中重要的神经细胞退变死亡的病理特征，能否找到关键的治疗靶点。

在此声明一下，我们所有的实验动物操作都是严格按照国家的动物伦理和福利标准来进行的。

▲基因修饰猴模型建立流程

为了建立帕金森病遗传机制的动物模型，我们首先挑选了合适的供体母猴采集卵细胞，然后进行体外受精。这个过程类似于我们人类在辅助生殖时所利用的人工授精的方法。随后我们把基因打靶的载体通过显微注射的方法导入到受精卵中，在发育到4-8细胞时，把胚胎移植到代孕母猴体内。经过大约165天的妊娠，我们就可以得到新生的基因修饰猴模型。

我们人类需要大概15-18年可以成年，那么猴需要3-5年，而小鼠仅需要7到8周的时间。这也就意味着我们利用猴来建立模型需要能耐得住寂寞、坐得住冷板凳。

▲神经细胞染色

左：正常猴大脑

右：PINK1敲低猴大脑

Yang et.al., Cell Research, 2019

经过多年的努力之后，我们建立了PINK1删除的猴模型。大家可以在显微镜下观察到上方图中这些棕色的小点点，代表的是神经细胞的染色。小点点数目越多，代表神经元的数目越多。

我们可以非常清晰地看到PINK1删除的猴脑中，这些棕色小点点是显著减少的，这也就说明神经元是出现大量丢失死亡的。

▲电镜下的猴脑神经细胞

左：正常猴大脑

右：PINK1敲低猴大脑

Yang et.al., Cell Research, 2019

我们还在电镜下观察到PINK1缺失确实能够造成猴脑中神经元的退变死亡。

▲PINK1基因缺失影响猴的运动功能

此外还观察到在成年猴的大脑黑质中删除PINK1基因，能够造成猴出现严重的运动障碍。

为何PINK1基因的删除能够引起灵长类大脑神经细胞功能的损伤，而并未对小鼠大脑功能造成明显影响呢？我们经过进一步的研究发现，PINK1蛋白只在灵长类大脑当中特异表达。

▲Yang et.al., Protein Cell, 2021

图中红色线框所指的条带是我们通过蛋白质印迹法（western Blotting）来检测PINK1蛋白在小鼠、猴以及人三个不同物种的大脑中表达的量。条带越黑、越粗，代表着表达量越高。

我们可以非常清晰地看到PINK1蛋白在小鼠脑中几乎检测不到，这也说明丰富表达的PINK1蛋白可能对灵长类的大脑更为重要。因此把这个基因删除之后，灵长类的大脑会出现神经退变死亡的现象，而小鼠的大脑可能根本不需要PINK1蛋白，或者是有其它的蛋白来代替它行使功能，因此把这个基因删除之后并不会影响小鼠的大脑功能。

**至此我们建立了一个可以更好地模拟帕金森病人神经细胞退变死亡重要病理特征的PINK1删除动物模型。**接下来一个关键的科学问题就是，这种神经细胞退变死亡是不是由于线粒体的功能障碍所引起的？

▲Yang et.al., Protein Cell, 2021

请大家看左侧图中红色箭头所指的圆形结构，这是在电子显微镜下所观察到的线粒体。我们可以看到把PINK1基因删除之后，并没有明显地影响猴大脑当中线粒体的形态和结构。

并且我们还对线粒体的数目进行了统计，白色柱状图代表的是正常组，黑色柱状图代表的是PINK1删除组，在不同线粒体的数量上也没有出现一个明显的变化。

▲Yang et.al., Protein Cell, 2021

**此外我们还检测了线粒体蛋白的表达。**从红色线框所指的PINK1蛋白的表达我们可以看到，PINK1敲除的猴确实会出现PINK1蛋白被显著敲低，证明猴模型是被成功建立的。那么与之对应的蓝色线条框中的神经功能相关蛋白的表达，却出现了非常明显的下调。而右侧图中橙色线框所标注的跟线粒体功能相关的蛋白则没有明显的变化，这说明PINK1基因缺失所造成的神经细胞退变死亡并不是由于线粒体的功能障碍所引起的。

由于它是一种蛋白激酶，激酶是指能够磷酸化其它蛋白的一种酶，我们就在思考它是不是影响了灵长类大脑当中神经功能相关蛋白的一些底物磷酸化，所以影响了大脑神经细胞的功能。

因此我们采用了磷酸化质谱的方法，这是一种能够帮我们鉴定到PINK1激酶的缺失究竟影响了哪些蛋白磷酸化水平的一种方法。

▲Yang et.al., Protein Cell, 2021

图中红色代表了基因的表达量较高，蓝色代表了基因的表达量较低。跟正常猴相比，PINK1突变猴能够确实影响到神经功能相关蛋白磷酸化水平的严重下调。

▲PINK1蛋白在灵长类大脑中发挥特异功能

我们的研究成果跟过去基于大量体外实验的传统理论是具有明显区别的。传统理论认为在对细胞进行药物刺激和造成线粒体损伤时，PINK1会定位到线粒体，从而采用线粒体自噬的方法来降解损伤的线粒体，保护神经细胞。

而我们通过PINK1删除的猴模型发现了PINK1功能的新机制，也就是说我们的PINK1蛋白在灵长类脑中不需要定位到线粒体，就可以在细胞浆中发挥独立于线粒体的重要激酶作用。它能够磷酸化神经功能相关的蛋白，从而调控灵长类大脑神经细胞的存活。

当然，我们的研究还有很多关键的科学问题需要深入探究，目前的研究结果也提示着我们同一个致病基因在不同的物种中具有不同的表达模式和功能。因此我们在研究这些关键的致病基因时，不仅需要考虑物种的差异性，而且要更真实地去模拟为何一些致病基因只在人类或者灵长类中产生疾病。

除了前面介绍的这些关于帕金森病的研究进展，我们的团队目前还聚焦在其他的重大神经退行性疾病，比如说阿尔茨海默症、渐冻人症、亨廷顿舞蹈症等。这些疾病目前都没有能够治愈的方法，但我们相信，随着科学家的不断努力，我们终有一天可以攻克它们。

▲致敬为人类健康做出贡献的实验动物

在此我再次致敬为我们人类的健康作出贡献的实验动物们。

▲暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院

广东省非人灵长类动物模型研究重点实验室

首先非常感谢暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院的李晓江教授和李世华教授。李晓江教授和李世华教授作为学术带头人，这么多年来带领我们众多青年学者，为攻克这些重大的脑疾病，付出了巨大的努力。

用猴模型来研究疾病是一个大系统的工程，研究周期长且需要大量的团队合作。在此我也非常感谢中国医学科学院实验动物研究所的刘云波教授、秦川教授，湘雅医学院的唐北沙教授、严小新教授和郭纪锋教授，还有华东师范大学的廖鲁剑教授这些合作老师们对我们的支持。在此也感谢我们团队涂著池研究员、郭祥玉副研究员，以及我们团队研究生们的辛苦努力。

最后非常感谢暨南大学对我们利用大动物模型进行重大脑疾病研究的大力支持，感谢国家自然科学基金、国家科技部基金、广东省重点研发计划及广东省自然科学基金等多个项目的持续资助。

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