mitotherapeutics
線粒體（Mitochondria）是細胞進行有氧呼吸的主要場所，是機體的能量調節樞紐，被稱為能量工廠（Power House）。線粒體為神經元神經遞質代謝、鈣緩衝等生理過程供應能量，其動力學和功能損傷是很多神經退行性疾病如阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）、帕金森氏疾病（Parkinson’s disease, PD）等的重要特徵。近日，Scripps Research Institute的Ronald L. Davis博士團隊在Science Advances上發文，首次提出從原代神經元中多通路、高通量、並結合表型篩選調節神經元內線粒體穩態小分子物質，直接針對維持或改善線粒體功能，為神經退行性疾病如AD、PD提供一種新的治療策略：高效、準確的線粒體療法（mitotherapeutics）。
開發基於原代神經元的多通路、高通量、高含量MnMs（modulators of neuronal mitostasis）的表型篩選
圖1 基於原代神經元表型篩選方法示意圖
作者採用N-端線粒體靶向序列攜帶GFP2 熒光標記的ROSA26 KI小鼠，將來自線粒體P0期幼鼠前腦解離細胞與攜帶鈣/鈣調蛋白依賴的蛋白激酶（CaMKII）啟動子驅動的iCre重組酶基因複製缺陷型AAV9混合培養。14天后測量神經元軸突及樹突線粒體長度（圖1）。
MnMs小分子化合物篩選
圖2 小分子調節物質的篩選作用分析
線粒體解偶聯劑FCCP處理神經元，根據活細胞成像參數鑑別並驗證線粒體穩態過程，篩選出67個能夠多方位調節線粒體穩態的MnMs小分子化合物。通過動力學參數區分具有增強線粒體功能的化合物，篩選出的MnMs能夠顯著增加線粒體的數量及功能（圖2）。
最佳MnMs增加在體ATP 產生
圖3 七種小分子化合物對在體神經元線粒體功能的影響
作者將再分離的線粒體種篩選出的七個最佳MnMs用於小鼠，結果顯示這些MnMs提高了機體ATP產量、加強了海馬神經元的突觸基礎活性、增加了機體、並增加了線粒體的呼吸作用，證明最佳MnMs在體內具有顯著作用（圖3）。毒性Aβ在神經元及線粒體中聚集，呈劑量依賴性地造成軸突線粒體聚集區減少、病理形態改變增加及突觸線粒體長度降低。
總結
本研究首次通過多通路、高通量、結合表型篩選建立了調節神經元線粒體功能的小分子化合物篩選平臺。篩選出的大多數MnMs能夠增加線粒體的數量、長度，改善線粒體功能且不改變神經突觸的生長；少數可保護原代神經元內線粒體因毒性Aβ、穀氨酸毒性所增加的氧化應激；最佳MnMs能夠直接靶向線粒體。這項研究針對維持或改善神經元細胞線粒體數量、延伸率和健康程度等功能及生物學指標，為AD及PD的治療提供了新的候選策略。
參考文獻：
Varkuti BH, Kepiro M, Liu Z, et al. Neuron-based high-content assay and screen for CNS active mitotherapeutics. Sci Adv. 2020;6(2):eaaw8702. Published 2020 Jan 8. doi:10.1126/sciadv.aaw8702
作者信息
編譯作者：Helen (Brainnews創作團隊)
校審：Victoria, Simon (Brainnews編輯部)
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