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糖原合成酶激酶-3β在神经退行性疾病中的双重作用:自噬与疾病进展的相互作用

期刊:Frontiers in PharmacologyDOI:10.3389/fphar.2025.1693805

这篇文档属于类型b(科学综述论文)。以下是针对该文献的学术报告:


作者及机构
本文由Hassan H. Alhassan(沙特阿拉伯Jouf大学应用医学科学学院临床检验科学系;利雅得King Salman残疾研究中心)、Komal Janiyani与Malvi Surti(印度Parul大学生物技术研究所)、Mohd Adnan(沙特阿拉伯Ha’il大学生物学系)以及Mitesh Patel(印度Marwadi大学计算机科学与生物科学系)共同完成。论文于2025年10月20日发表于《Frontiers in Pharmacology》期刊,标题为《The Dual Role of Glycogen Synthase Kinase-3 Beta (GSK3β) in Neurodegenerative Pathologies: Interplay Between Autophagy and Disease Progression》。


主题与背景
本文系统综述了糖原合成酶激酶-3β(GSK3β)在神经退行性疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病和肌萎缩侧索硬化症)中的双重作用,重点探讨其通过自噬(autophagy)调控影响疾病进展的机制。GSK3β是一种多功能丝氨酸/苏氨酸激酶,最初因调控糖原代谢被发现,现被证实参与细胞增殖、凋亡、炎症和自噬等关键通路。神经退行性疾病的共同病理特征是错误折叠蛋白(如β-淀粉样蛋白、α-突触核蛋白)的累积和自噬功能障碍,而GSK3β的异常激活与这些过程密切相关。


主要观点与论据

1. GSK3β的结构与功能调控
GSK3β是一种47 kDa的蛋白,其活性受磷酸化动态调节:酪氨酸216(Tyr216)位点磷酸化激活其激酶活性,而丝氨酸9(Ser9)位点磷酸化则抑制其功能。论文详细阐述了GSK3β通过PI3K/Akt、Wnt和AMPK等信号通路被调控的机制。例如,Akt通过磷酸化Ser9抑制GSK3β,促进细胞存活;而Wnt信号通路抑制GSK3β可稳定β-连环蛋白(β-catenin),进而影响基因转录。这些调控网络在神经退行性疾病中失衡,导致自噬功能障碍和神经元死亡。

支持证据
- 多项研究表明,阿尔茨海默病模型中GSK3β的过度激活会促进tau蛋白过度磷酸化,破坏微管稳定性(Li et al., 2014)。
- 在帕金森病中,GSK3β通过调控α-突触核蛋白的清除影响疾病进展(Sun et al., 2016)。


2. GSK3β与自噬的相互作用
自噬是细胞清除错误折叠蛋白和受损细胞器的关键过程。GSK3β通过直接磷酸化自噬相关蛋白(如ULK1、Beclin-1和LC3)或间接调控mTOR、AMPK等通路影响自噬活性。例如,GSK3β抑制可激活AMPK,进而抑制mTOR通路,促进自噬体形成;但同时,GSK3β也可能通过抑制转录因子EB(TFEB)破坏溶酶体功能,导致自噬流受阻。

支持证据
- 在亨廷顿病模型中,GSK3β抑制剂可增强突变亨廷顿蛋白(mHTT)的自噬性降解(Zhang et al., 2015)。
- 体外实验显示,GSK3β磷酸化ULK1会抑制自噬起始(Yang et al., 2012)。


3. GSK3β在特定神经退行性疾病中的病理作用
- 阿尔茨海默病(AD):GSK3β过度激活导致tau蛋白过度磷酸化和Aβ累积,同时抑制自噬清除机制(Kerr et al., 2017)。
- 帕金森病(PD):GSK3β通过调控α-突触核蛋白聚集和线粒体功能障碍参与发病(Li et al., 2018)。
- 亨廷顿病(HD):GSK3β抑制可促进mHTT聚集体的自噬性清除(Pircs et al., 2022)。
- 肌萎缩侧索硬化症(ALS):GSK3β失调与TDP-43蛋白聚集及运动神经元死亡相关(Chong et al., 2018)。

支持证据
- 动物模型显示,GSK3β抑制剂TDZD-8可改善AD模型的认知功能(Dey et al., 2017)。
- 临床前试验中,自噬调节剂与GSK3β抑制剂的联用显著减少α-突触核蛋白病理(Sun et al., 2016)。


4. 靶向GSK3β的治疗策略与挑战
目前GSK3β抑制剂分为ATP竞争性(如SB216763、CHIR99021)和非ATP竞争性(如Tideglusib)两类。尽管这些抑制剂在临床前研究中显示出潜力,但仍面临以下挑战:
- 脱靶效应:GSK3β与多种激酶结构相似,可能导致非特异性抑制。
- 信号通路复杂性:GSK3β在不同细胞类型中可能发挥相反作用(如促凋亡或促存活)。
- 血脑屏障穿透性:多数抑制剂难以有效进入中枢神经系统。

支持证据
- Tideglusib在AD临床试验中表现出安全性,但对认知改善有限(Yan et al., 2019)。
- 联合疗法(如GSK3β抑制剂与mTOR抑制剂)在HD模型中显示出协同效应(Rodríguez-Ugellés et al., 2022)。


论文价值与意义
1. 理论价值:系统阐明了GSK3β通过自噬调控影响神经退行性疾病的分子机制,为理解疾病病理提供了新视角。
2. 应用价值:提出了靶向GSK3β-自噬轴的治疗策略,并总结了现有抑制剂的优缺点,为药物开发指明方向。
3. 未来方向:作者呼吁开发高选择性、BBB穿透性强的GSK3β调节剂,并探索其与免疫疗法、代谢调控的联合应用。


亮点
- 双重角色阐释:首次全面总结GSK3β在自噬中的“双刃剑”作用(既可促进也可抑制)。
- 跨疾病分析:对比了GSK3β在四种主要神经退行性疾病中的特异性机制。
- 治疗策略整合:批判性评估了现有抑制剂,并提出组合疗法的新思路。


其他有价值内容
论文还探讨了GSK3β在病毒感染(如COVID-19)和癌症中的潜在作用,扩展了其生物学意义的认知边界。

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