W - 新加坡神经科学研究所副临床研究科学家 --专注抗帕金森病新药物研发 周志东博士 (Ph.D & MD)

I 教育背景
2008 - 2013 年 新加坡国立神经科学研究所博士后；
2003 -2008 年 新加坡国立大学生物科学系博士后；
1999- 2003 年 中国科学院上海分院上海应用物理研究所&上海细胞生化研究所博士学
位；
1996 – 1996 年 上海中医药大学生物化学系中西医结合生物化学专业；
1991 – 1996 年 江苏省南通市第一人民医院内分泌科，临床内科毕业后在教育以及诊疗
技能专科训练；

1986 – 1991 年 中国南通医学院医学系医学本科；

II 职业成就
2013 – 至今 新加坡国立神经科学研究所副临床研究科学家
2015 – 至今 新加坡杜克-国立大学神经生物学以及行为异常系助理教授
2013 – 2015 年 新加坡杜克-国立大学神经生物学以及行为异常系附属助理教授
2001 – 2003 年 中国科学院上海应用物理研究所纳米生物科学研究室客座研究员

1991 – 1996 年 江苏省南通市第一人民医院内分泌科住院医师

III 荣誉奖项
2013 年 新加坡国家医学研究理事会 临床科学家转化奖（课题经费支持）
2011 年 新加坡生物竞技场（Biofair） 二等奖，
2006 年 新加坡生物竞技场（Biofair） 三等奖
1998 年 上海中医药大学优秀研究生奖

1997 年 上海中医药大学优秀研究生奖

IV科研成果

1， 揭示了FBXO7 突变导致隐性遗传早发性帕金森病的病理生理机制
最近的研究显示FBXO7 突变可导致家族遗传性早发性严重帕金森病。这种隐性遗传性的帕金森病，多带有其他椎体外系症状，甚至痴呆的临床表现，因此其临床表现比较复杂而且严重。但是对于FBXO7 蛋白的病理生理功能以及FBXO7 蛋白突变导致的多巴胺神经元退变的病理机制，目前所知甚少。FBXO7 蛋白属于F-box蛋白质大家族。而F-box蛋白与SKP蛋白
以及culllin蛋白等可形成蛋白质复合体 （SCF complex），即SCFF-box泛肽E3 连接酶。在SCFF-box E3 泛肽连接酶中，F-box蛋白起到介导蛋白的作用，即由F-box蛋白去识别以及抓取被泛肽化的底物，在被F-box蛋白抓取以后，SCFF-box泛肽E3 连接酶会把泛肽链特异性地连接到底物上。被泛肽化的底物，最后将被蛋白质体分解消化。我们的研究首次报道，野生型FBXO7 具有保护和毒性作用双重功能，而帕金森病相关的突变型FBXO7 蛋白失去保护作用，同时其线粒体毒性作用却增强（Zhou 2015）。我们发现，FBXO7 蛋白是一种细胞压力反应性蛋白，其表达水平可在细胞受到各种压力刺激后，上调增加。我们也发现，在没有受到刺激时，FBXO7 蛋白可分布到细胞核中，而在细胞受到压力刺激之后，细胞核中的FBXO7 会从核中出来，然后聚集到线粒体中，去执行特定功能。我们发现野生型FBXO7 蛋白到达线粒体后，会启动保护性mitophagy，也就是促进细胞吞噬清除受损的线粒体，从而促进细胞生存与恢复，但是帕金森病相关的突变型FBXO7 蛋白虽然也可在压力刺激下，聚集到线粒体，但是我们发现，这些突变型的FBXO7 蛋白，反过来会抑制mitophagy。而抑制mitophagy，将削弱细胞对抗压力的能力，因为受损的线粒体将生成更多的自由基，
而线粒体能量生成也相应减少，最终可导致细胞退行死亡。我们另外一个重要发现是，聚集在线粒体膜上FBXO7 蛋白在自由基的攻击下，可发生有害的蛋白质聚集，从而损伤线粒体膜的完整性，促进有害自由基的生成。帕金森病相关的突变型FBXO7 蛋白比野生型FBXO7蛋白更容易发生蛋白聚集。我们也发现，线粒体内的蛋白酶对于FBXO7 蛋白聚集有重要影
响，而抑制线粒体内的蛋白酶，会加剧FBXO7 在线粒体内蛋白聚集。而一些自然界存在的化合物可以抑制FBXO7 有害蛋白聚集，从而起到保护线粒体的功能。FBXO7 蛋白在帕金森病人脑组织的Lewy Body中被发现。而我们在来自帕金森病人的皮肤纤维细胞中，突变型LRRK2 基因的转基因小鼠的大脑中，以及帕金森病和老年痴呆病人死后的大脑组织中，都
观察到了野生型FBXO7 蛋白形成的蛋白聚集现象。这些结果提示，FBXO7 病理性蛋白聚集，包括野生型FBXO7 蛋白的聚集，可能对帕金森病以及其他人类神经退行性疾病具有广泛和普遍的病理生理意义。这样，除α-synuclein以外的，FBXO7 是目前第二个被发现具有病理性蛋白聚集倾向，以及保护和毒害双重功能的帕金森病相关蛋白。我们的工作，对于理解
FBXO7 蛋白相关的进行性多巴胺神经元退行性变的病理生理机制，提供了新的视角。也为将来治疗和对抗帕金森病，提供了新的策略和思路。 研究成果发表在人类分子遗传学杂志上。
2， 证实反应性多巴胺蒽酮对功能蛋白不可逆的共价交联和修饰，是导致功能蛋白变性失活，甚至多巴胺神经元退变的一个重要因素普遍接受的观点认为多巴胺神经元因为受到较大的氧化压力，因为受到氧自由基的攻击，从而使多巴胺容易发生凋亡。而我们的一系列研究证实，多巴胺神经元，遭受到特异性来自巴胺蒽酮的损伤。多巴胺是多巴胺神经元的一种神经递质，但是多巴胺容易被氧化，从而产生小分子的氧自由基，以及非常活泼，具有反应能力的多巴胺蒽酮。过去的研究，对于多巴胺蒽酮的毒性作用，有被疏忽的倾向。而我们通过大量证据，揭示多巴胺蒽酮具有比小分子氧自由基更强烈的毒性作用，是导致多巴胺神经元更容易发生退变的一个重要原因。多巴胺蒽酮的毒性机理主要是可与蛋白质反应，对蛋白形成不可逆的多巴蒽酮共价交联，从而破坏功能蛋白的结构，使蛋白失活变性，甚至形成有害的蛋白聚集。而小分子氧自由基，仅仅是造成可逆的蛋白质氧化修饰。我们报道了， 多巴胺蒽酮可以不可逆的抑制蛋白质体（proteasome）的功能，而小分子氧自由基则引起可逆性蛋白体功能下降。最近我们也发现，除了半胱氨酸残基外，多巴蒽酮还可以与带苯环的酪氨酸以及羟脯氨酸残基等发生共价交联。我们建立了一整套体外研究多巴蒽酮修饰蛋白质的方法，纯化了被多巴蒽酮共价修饰的蛋白质，也可以定量检测蛋白质被多巴蒽酮修饰的程度。我们尚未发表的最新研究结果显示，被多巴胺蒽酮修饰的无毒蛋白质，竟然具有了毒害细胞的新的属性，这些发现令人震惊。
我们的证据显示，多巴蒽酮的相关毒性与散发性和遗传性帕金森病都有关联。我们发现很多遗传性因素导致的多巴胺神经元退变，都是多巴胺相关的。我们发现多巴蒽酮增加α-synuclein蛋白的毒性。我们也观察到了PINK1 蛋白可以调控多巴胺酪氨酸羟化酶的表达，而酪氨酸羟化酶是多巴胺生成的关键限速酶。PINK1 突变以后，多巴胺酪氨酸羟化酶的表达以及多巴胺水平明显增多，导致多巴胺神经元对外界刺激敏感和脆弱。而减少多巴胺水平后，则可以缓解PINK1 突变导致的多巴胺神经脆弱和敏感。从而保护多巴胺神经元。因此，多巴胺生成和代谢失调似乎是多种基因突变导致多巴胺神经元退变的一个共同通路。这样，调控多巴胺水平和代谢，防止你代谢毒性产物的毒性，就可能成为一个有效办法来控制多巴胺神经元的退变以及帕金森病的发生发展。而这一观点在我们的体内体外实验中都得到了初步验证。一些具有解毒蛋白质蒽酮毒性的化合物被发现可以起到保护多巴胺神经元的作用。
这些发现，不仅有利于理解帕金森病的发生发展，而且将有助于控制帕金森病中进行性的多巴胺神经元退变，以防治帕金森疾病。这些结果被发表在神经科学研究，自由基生物学和医学，神经化学杂志，实验细胞研究等系列杂志上。

3， 阐述了铁相关的多巴胺神经元毒性机制和防治措施，并构建了铁诱导的果蝇帕金森病模

型
帕金森病人脑部有较多的铁聚集，但是对于铁聚集是否是多巴胺神经元死亡后的一个附加现象，还是铁聚集直接导致了多巴胺神经元的死亡这个问题，目前多有分歧和争论。我们发现，铁离子可以和多巴胺分子结合形成松散的复合物，当铁离子与多巴胺形成复合体以后，铁即可发挥催化多巴胺氧化的作用。从而生成活泼的氧自由基和反应性多巴蒽酮。我们观察发现，铁诱导的多巴胺氧化是可以持续发生的，一个铁离子可以反复作用，从而催化多个多巴胺分子的氧化，如同生物酶催化一样，产生大量有毒的多巴胺代谢产物，例如多巴蒽酮。我们也用不同的铁化合物喂食果蝇，而诱导出铁过多导致的果蝇帕金森病动物模型。大剂量的喂食铁剂，可以迅速导致果蝇脑内多巴胺神经元死亡，果蝇出现帕金森病类似症状，而小剂量长期喂食铁，也可导致慢性进行性多巴胺神经元的退变和果蝇类似帕金森症状。而且，我们发现，铁剂还可以刺激酪氨酸羟化酶的表达和活性。我们也发现铁反应蛋白与铁反应元件信号通路参与这个病理过程。我们发现，铁通过促进多巴胺的生成以及代谢，不断形成毒性多巴蒽酮，从而对多巴胺神经元形成持续性毒害。我们的结果显示，在果蝇如果给予酪氨酸羟化酶抑制剂，从而下调多巴胺的生成的时候，铁剂引起的果蝇帕金森病症状，就会得到有效控制和减轻。而多巴蒽酮解毒剂以及铁螯合剂也可以缓解铁导致的果蝇帕金森症壮。而用化合物以去除内源性蒽酮解毒分子，则明显加重铁剂的毒性作用。这些结果证实了多巴蒽酮在铁剂诱导多巴胺神经元退行过程的重要作用。我们的结果显示，使用能够通透脑血管屏障的铁螯合剂，以减少脑内铁含量，使用多巴蒽酮解毒剂或者采取措施，控制铁反应蛋白与铁反应元件信号通路，将有助于防治帕金森病。我们的结果也显示，铁反应蛋白可能是一个新的具有治疗意义的分子靶点。通过调节和控制铁反应蛋白的功能，或者使用铁反应元件抑制剂，将有助于缓解多巴胺神经元的退行性过程。以上结果发表在自由基生物学以及医学。其中部分结果，尚未发表。


V正在进行的部分研究项目
1， 高通量筛选具有神经元保护作用的线粒体变性蛋白质反应(mtUPR)小分子激活剂，以用
于神经退行性疾病的治疗（已上报课题，申请经费）
2， PGC-1alpha，以及其抑制蛋白信号转导通路与帕金森病病理病机和治疗的研究（基本
完成）
3， FBXO7 与细胞自噬信号通路的研究（南洋理工大学合作课题）
4， 新多巴蒽酮解毒剂的筛选和鉴定研究（大部完成，文章准备中）
5， 高通量筛选具有对抗异常蛋白质聚集的抑制剂的研究，稳定报告细胞模型已经建立。可
用于迅速筛选具有抑制蛋白质聚集的小分子化合物
6， 新LRRK2 信号通路靶点分子的研究（已上报申请课题）

VI研究计划和方向
目前，我的研究重点在于寻找和确立帕金森病相关的新的分子治疗靶点，信号转导通路以及具有神经保护作用的潜在新药，从而增进我们对帕金森病多巴胺神经元退行性变的病理生理机制的了解，改善对帕金森病的防治。在此研究思路指导下，我们将进行多种高通量的筛选工作。
首先，结合免疫沉淀和蛋白质组学技术，寻找帕金森病关键蛋白的功能性结合分子以及相关的信号传导通路。LRRK2, PINK1, FBXO7, COQ2 以及CHCHD2 等基因突变，与帕金森病的发病密切相关。其中，LRRK2 和PINK1 是两种蛋白激酶。虽然我们已经知道LRRK2和PINK1 的基因突变，会改变它们的激酶活性，从而导致多巴胺神经元退行性变。但是到
目前为止，尽管经过多年全世界范围的深入研究，人们尚未确立和找到LRRK2 和PINK1 激酶真正的与帕金森病发病相关的下游关键底物。而我们的高通量筛选，将有助于找到其潜在的下游底物。通过高通量筛选，发现LRRK2 和PINK1 新的结合分子以后，将利用我们建立的多种帕金森病模型（人类多巴胺神经细胞、IPS干细胞衍生的人类多巴胺神经元以及各种
体内和体外的帕金森病模型），进一步验证鉴定以及深入研究这些发现的LRRK2 和PINK1激酶的底物分子。一旦发现和确立了LRRK2 和PINK1 激酶的关键的新底物，对于帕金森病的研究，将具有十分重大的意义。另外，一些新的帕金森病的致病基因，如FBXO7，COQ2 和CHCHD2 等，最近先后被发现和报道。我们已知COQ2 和CHCHD2 是两个线粒体蛋白。我们的研究成果证实FBXO7 蛋白在细胞受到刺激时，可从细胞核中转移到线粒体中来。线粒体是细胞重要的能量工厂，也是主要的有害氧自由基的生成场所。同时线粒体还是决定细胞生死，执行细胞凋亡的关键细胞器。目前，对于这些新的帕金森病相关蛋白在线粒体内的病理生理功能以及它们帕金森病的关系知之甚少。因此，我们会通过蛋白质组高通量筛选技术去寻找这些线粒体蛋白的重要结合分子，从而研究和揭示这些线粒体蛋白的病理生理功能和涉及的信号传导通路，为后续建立新的分子靶点和信号通路的研究，提供依据和基础。其次，越来越多的证据显示蛋白质异常聚集，是导致帕金森病和其他神经退行性疾病以及其他人类疾病（炎症、心脏疾病、糖尿病、肿瘤等）的重要病理因素。这些异常蛋白质聚集而导致的毒性，被称为蛋白毒性（proteotoxicity）。最新的研究显示这些异常蛋白聚集可以具有象疯牛病蛋白一样的传染性。科学家们也越来越意识到人类神经退行性疾病，可能是类似于疯牛病的可传播性的蛋白变性疾患。因此，如果能够找到抑制或者逆转这些异常蛋白聚集的新药或者措施，将会对帕金森病以及其他人类疾病的防治，具有重要的意义。我们已经建立了一种稳定的细胞系，该细胞系可以持续性表达一个带有绿色荧光的具有显著聚集倾向的外源性蛋白质，那么通过调控自噬系统和蛋白质体功能，我们可以诱导出特异的蛋白质聚集模型。利用这个系统，我们将可以进行化学库高通量筛选，以寻找新的蛋白聚集抑制剂。找到的潜在新药之后，将可以进一步通过我们建立的的体内和体外的帕金森病模型验证，以确定其多巴胺神经元保护功能。另一方面，我们也会通过高通量化学库筛选，来寻找具有调节线粒体变性蛋白反应
（mitochondria unfold protein response (mtUPR)）的潜在新药。由于线粒体承受较多的氧化压力，因此线粒体内的蛋白容易发生变性，甚至发生蛋白聚集，从而影响线粒体功能甚至导致细胞退变死亡。在线粒体内，没有泛肽-蛋白质体系统，以清理变性老化的蛋白，但是，线粒体内含有多种保护性的伴侣分子和蛋白酶。这些伴侣分子和蛋白酶可发挥重要作
用，抑制或分解异常折叠变性的蛋白分子，从而防止线粒体内蛋白聚集，维持线粒体功能。线粒体的蛋白酶可以把变性蛋白切成许多多肽片段。这些多肽片段，可通过特异的线粒体上的载体，运送出线粒体，进入细胞核中，从而激活mtUPR反应，增加核编码的线粒体伴侣分子和蛋白酶的转录表达，制造出更多的线粒体伴侣分子和蛋白酶，送回线粒体中，加强线
粒体清除变性蛋白的能力。因此，如果mtUPR反应异常或紊乱，可能是导致神经元退行性变的一个原因，而激活mtUPR反应，增加线粒体分子伴侣和蛋白酶的表达量，则可以成为保护线粒体和神经元的手段。通过把线粒体蛋白酶的启动子片段以及内质网变性蛋白的启动子片段克隆进荧光表达载体之中，并转染到细胞中，我们建立了一个稳定的线粒体mtUPR
荧光报告细胞系。这个系统可对内质网蛋白变性以及线粒体蛋白变性做出不同的荧光反应。这样，利用这个细胞系，我们可以做高通量的化学库筛选。如果一个化合物能够激活mtUPR信号，但不激活内质网蛋白变性信号，那么，它就可能是潜在的mtUPR激活剂。新发现的mtUPR激活剂将进一步在我们不同的帕金森病模型中进行验证和测试。具有神经保护作用
的mtUPR激活剂将被筛选出来，以应用于未来抗帕金森病的防治之中。到目前为止，我们已经找到一些具有激活线粒体变性蛋白反应的小分子化合物和新的蛋白质分子。
第三，我们建立了一种新的快速的果蝇帕金森病模型。通过特定的药物处理，这种快速果蝇帕金森病模型可在一周之内出现多巴胺神经元退变以及帕金森病类似症状。利用这种新的帕金森病模型，我们可以进行高通量筛选工作，以寻找多巴胺神经元退变相关基因和抗帕金森病新药。我们积累了一定数量的果蝇RNAi品系库。在这些RNAi果蝇大脑多巴胺神经元中，我们将特定的诱导某个基因沉默。然后给果蝇喂食我们的药物。一个星期以后，我们将检查果蝇帕金森类似症状的情况。具有显著的帕金森病类似症状加剧或减轻的RNAi果蝇品系，将被筛选出来，然后进一步用我们其他的帕金森病模型进行验证鉴定和研究。除了RNAi品系库筛选意外，这种新的果蝇快速帕金森病模型也可用于搜寻对抗多巴胺神经退行性变的潜在新药。通过筛选，具有神经保护作用的潜在新药，将可以被发掘出来，用于未来的临床实践。
我们的工作，不仅可以增加我们对于各种病理因素导致的多巴胺神经元退行性变的发病机制的理解，而且可通过发现、发掘潜在抗帕金森病新药，从而改善我们防治帕金森病的措施和手段，提高帕金森病人的生活质量。