α-突觸核蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)與帕金森病關(guān)系的研究進(jìn)展

莊鎮(zhèn)裕 葉梓良 林楚曼 謝惠芳

南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院（廣州510282）

帕金森病是一種常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，具有緩慢進(jìn)行性發(fā)展的特點(diǎn)，其發(fā)病率僅次于阿爾茨海默病，臨床上表現(xiàn)為行動(dòng)遲緩、靜止性麻痹、肌強(qiáng)直和姿勢(shì)步態(tài)異常等運(yùn)動(dòng)障礙。不同患者疾病進(jìn)展速度不同，早期患者通過(guò)藥物治療多可控制癥狀，疾病晚期患者對(duì)藥物反應(yīng)差，不能有效控制疾病進(jìn)展，出現(xiàn)肌強(qiáng)直等運(yùn)動(dòng)功能障礙，生活自理受到限制，長(zhǎng)期臥床，最終死于肺炎、延髓麻痹、腦血管疾病等。對(duì)于帕金森病病因的探究，目前認(rèn)為是由于中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元缺失及出現(xiàn)路易小體所導(dǎo)致，其中α-突觸核蛋白（α-synclein，α-Syn）異常聚集與路易小體及帕金森病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，對(duì)于α-Syn在腦組織中的平衡調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制及導(dǎo)致異常聚集的機(jī)制尚未清楚，本文就α-Syn在腦組織中的轉(zhuǎn)運(yùn)與α-Syn寡聚體形成在帕金森病發(fā)展中所起的作用做一綜述。

1 α-Syn及其與帕金森病關(guān)系的概述

α-Syn最先于1997年在帕金森病患者腦組織的路易小體中被SPILLANTINI等［1］觀察到。同年，POLYMEROPOULOS等［2］證實(shí)了編碼α-Syn的基因SNCA發(fā)生點(diǎn)突變以及基因重復(fù)與帕金森病的發(fā)展密切相關(guān)。α-Syn是一個(gè)由140個(gè)氨基酸殘基組成的神經(jīng)元蛋白，可以導(dǎo)致神經(jīng)元的損傷，而且還參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)變性的過(guò)程［3］。它可以誘導(dǎo)一系列漸進(jìn)性、周期性的病理變化，最終導(dǎo)致具有毒性的寡聚體在腦組織中傳播。目前普遍認(rèn)為，路易小體是帕金森病的重要病理變化及診斷特征，而α-Syn是路易小體形成的重要成分之一，與路易小體形成及帕金森病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。其中，α-Syn異常聚集是路易小體形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但對(duì)于α-Syn在腦組織中的異常聚集機(jī)制目前尚未明確，如能對(duì)α-Syn聚集的病理過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，帕金森病的治療將會(huì)取得突破性進(jìn)展。

2 α-Syn及寡聚體形成對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的作用

在神經(jīng)系統(tǒng)中，α-Syn在突觸前末梢大量表達(dá)，在突觸傳導(dǎo)中有多方面的作用。JANECZEK等［4］不僅觀察到α-Syn通過(guò)多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體負(fù)向調(diào)節(jié)多巴胺的攝取，是負(fù)向調(diào)節(jié)多巴胺能神經(jīng)傳遞的重要影響因素，而且發(fā)現(xiàn)α-Syn表達(dá)水平高低在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中有著兩方面的作用，上調(diào)α-Syn的水平會(huì)表現(xiàn)出神經(jīng)毒性的作用，相反正常的α-Syn水平卻能保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)避免損傷。正常人神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)α-Syn單體表達(dá)水平提高，可導(dǎo)致低聚狀態(tài)下的α-Syn進(jìn)一步聚集，發(fā)展成不可溶的α-Syn纖維，尤其在編碼α-Syn的基因SCNA發(fā)生突變及基因重復(fù)的情況下，研究［5-6］發(fā)現(xiàn)其形成α-Syn纖維的速度明顯加快，最終形成具有毒性的α-Syn寡聚體，堆積在神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，損害神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能。這也是SCNA基因突變?nèi)巳号两鹕“l(fā)生率較高的重要原因。在神經(jīng)系統(tǒng)中，α-Syn還與細(xì)胞分化有一定關(guān)系。ZASSO等［7］研究證實(shí)在人胚胎神經(jīng)祖細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)α-Syn，會(huì)損害神經(jīng)祖細(xì)胞的正常分化，使向神經(jīng)元分化轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛏窠?jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分化，導(dǎo)致正常神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量減少，影響正常神經(jīng)生理活動(dòng)。另外，α-Syn不僅能影響神經(jīng)系統(tǒng)中突觸傳遞的功能，還能影響神經(jīng)元線粒體形態(tài)學(xué)的變化和線粒體能量的產(chǎn)生。SHAMOTO-NAGAI等［8］研究發(fā)現(xiàn) α-突觸核蛋白干擾線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間鈣離子的交換，破壞細(xì)胞內(nèi)的鈣離子的平衡，同時(shí)還抑制受損線粒體的降解。而高歌等［9］和DIAS等［10］則發(fā)現(xiàn)α-Syn的堆積會(huì)導(dǎo)致線粒體膜電勢(shì)的改變，增加細(xì)胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生，損傷帕金森病患者多巴胺能神經(jīng)元。所以在神經(jīng)細(xì)胞中α-Syn寡聚體的形成，易導(dǎo)致活性氧的大量產(chǎn)生，而活性氧作為線粒體相關(guān)細(xì)胞凋亡的一個(gè)重要信號(hào)，其濃度增加易導(dǎo)致大范圍神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，損害神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能。

3 α-Syn在神經(jīng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)運(yùn)

傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為α-Syn是細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，不能轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外。目前認(rèn)為，α-Syn在細(xì)胞外是存在的，其分泌到細(xì)胞外的方式不是通過(guò)常規(guī)依賴內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，而是通過(guò)胞吐作用釋放到細(xì)胞外，首先游離的突觸囊泡通過(guò)高爾基體或網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用進(jìn)入早期核內(nèi)體，緊接著核內(nèi)體儲(chǔ)存的α-Syn可通過(guò)兩條不同的通路分泌到細(xì)胞外，一方面可通過(guò)VSP4和SUMO蛋白的協(xié)助被包含在多泡體內(nèi)，與細(xì)胞膜融合排出細(xì)胞外；或者成為再循環(huán)內(nèi)體并通過(guò)依賴Rab11a蛋白的分泌顆粒使其排出體外。這兩種胞吐的方式最終都受到細(xì)胞內(nèi)Ca+的影響［11］。并且在蛋白酶體及線粒體功能紊亂的情況下，其轉(zhuǎn)運(yùn)速度明顯提高［12］。在α-Syn吸收方面，ANGOT等［13］將AAV2/6-huα-Syn病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)到小鼠的腦黑質(zhì)中，讓小鼠腦細(xì)胞表達(dá)α-Syn，再把正常神經(jīng)元移植到小鼠腦紋狀體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)正常神經(jīng)元內(nèi)最終也出現(xiàn)α-Syn。體外實(shí)驗(yàn)證明其攝取α-Syn寡聚體可有多種機(jī)制，一部分α-Syn可通過(guò)細(xì)胞膜上的膜孔蛋白或蛋白復(fù)合體通道，或通過(guò)與細(xì)胞膜融合以胞吞作用進(jìn)入胞內(nèi)，另一部分則能通過(guò)與細(xì)胞膜上的受體蛋白結(jié)合，誘導(dǎo)內(nèi)源性α-Syn的產(chǎn)生及聚集，導(dǎo)致內(nèi)源性α-Syn 寡聚體的形成［11，14］。在細(xì)胞攝取α-Syn過(guò)程中，細(xì)胞外的α-Syn寡聚體可誘導(dǎo)溶酶體破裂，并誘導(dǎo)靶細(xì)胞中組織蛋白酶B依賴活性氧增加，導(dǎo)致炎癥小體活化［15］，因此，α-Syn寡聚體的產(chǎn)生不僅具有自身神經(jīng)細(xì)胞毒性及影響線粒體及蛋白酶體功能，而且能在神經(jīng)元細(xì)胞間通過(guò)胞吞胞吐等轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制進(jìn)行轉(zhuǎn)移，損害周圍神經(jīng)細(xì)胞［8，15］。同時(shí)，在神經(jīng)細(xì)胞蛋白酶體及線粒體功能紊亂的情況下，α-Syn的轉(zhuǎn)運(yùn)速度明顯提高，這也在一定程度上形成一個(gè)惡性循環(huán)的病理過(guò)程，加快帕金森病的進(jìn)展。

另一方面，血腦屏障作為人體中調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)出大腦的重要介質(zhì)，星形膠質(zhì)細(xì)胞是其主要組成成分。研究表明，α-Syn可通過(guò)血腦屏障進(jìn)行雙向運(yùn)輸［16］。由于血腦屏障通過(guò)星形膠質(zhì)細(xì)胞直接接觸大腦血管邊緣的神經(jīng)元［17］，所以α-Syn在血腦屏障的運(yùn)輸極可能是從星形膠質(zhì)細(xì)胞開始，因此星形膠質(zhì)細(xì)胞把α-Syn轉(zhuǎn)運(yùn)至血管內(nèi)皮細(xì)胞的能力對(duì)其釋放到血液中并清除具有極其重要的作用。然而，早前LEE等［18］已發(fā)現(xiàn)血腦屏障并不利于α-Syn寡聚體的清除，反而會(huì)加快帕金森病的發(fā)作時(shí)間，這些研究并沒(méi)有提供任何證據(jù)解釋?duì)?Syn在星形膠質(zhì)細(xì)胞聚集形成寡聚體的原因，考慮到星形膠質(zhì)細(xì)胞幾乎不表達(dá)α-Syn，他們提出一個(gè)假說(shuō)：α-Syn寡聚體是由其它細(xì)胞釋放到間質(zhì)中，被星形膠質(zhì)細(xì)胞吸收，最終徹底破壞血腦屏障功能，加速帕金森病的進(jìn)展。這個(gè)假說(shuō)最終在體外實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)，將從SHSY5Y細(xì)胞分泌的α-Syn添加到星形膠質(zhì)細(xì)胞的培養(yǎng)基中，可從星形膠質(zhì)細(xì)胞中提取到α-Syn，目前研究還發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞是通過(guò)類似神經(jīng)元的內(nèi)吞作用攝取α-Syn，并將其運(yùn)輸至溶酶體進(jìn)行清除，然而持續(xù)接觸攝取α-Syn，其攝取量遠(yuǎn)大于其通過(guò)溶酶體降解的量，導(dǎo)致α-Syn在星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)形成新的低聚物和纖維，產(chǎn)生細(xì)胞毒性加快細(xì)胞應(yīng)激與死亡［19］。星形膠質(zhì)細(xì)胞受到破壞后，血腦屏障失去正常功能，α-Syn的清除能力進(jìn)一步下降，產(chǎn)生另一個(gè)導(dǎo)致帕金森病發(fā)展的惡性循環(huán)。因此，如果將血腦屏障用在治療清除毒性α-Syn上，那么星形膠質(zhì)細(xì)胞將會(huì)成為一個(gè)很重要的靶點(diǎn)。此外，α-Syn在血腦屏障對(duì)其他細(xì)胞的表達(dá)與功能尚未清楚，需要進(jìn)一步探究。

在細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)方面，隧道納米管（TNT）是轉(zhuǎn)運(yùn)α-Syn的另一條通路，在與相鄰細(xì)胞接觸和融合時(shí)，TNTs作為導(dǎo)管促進(jìn)細(xì)胞間交換和通訊，其連接持續(xù)長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí)［20］。在多種CNS細(xì)胞如神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞及體外樹突細(xì)胞中也已發(fā)現(xiàn)TNT的存在，并且能促進(jìn)不同類型細(xì)胞如神經(jīng)元與星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)α-Syn會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生更多活性氧，從而形成更多的TNT［20-21］。因此，TNT會(huì)導(dǎo)致帕金森病中α-Syn在多種細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)，更大范圍得損害神經(jīng)系統(tǒng)正常功能，加快帕金森病發(fā)展。另外，正常條件下，小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要免疫吞噬細(xì)胞，當(dāng)α-syn通過(guò)血腦屏障時(shí)，可觀察小膠質(zhì)細(xì)胞被激活［22］。然而，研究發(fā)現(xiàn)其雖然能通過(guò)GM1依賴性脂筏介導(dǎo)的內(nèi)吞作用吸收外源性α-syn，但缺乏有效降解α-syn的能力［23］。這也與α-syn所導(dǎo)致的蛋白酶系統(tǒng)損害有關(guān)。小膠質(zhì)細(xì)胞被激活時(shí)有M1和M2兩種表型，根據(jù)表型不同可對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒性或保護(hù)作用，M1型主要存在于疾病末期的損傷部位，此時(shí)M2型的免疫調(diào)節(jié)及修復(fù)功能受到抑制，α-Syn可長(zhǎng)期激活M1型小膠質(zhì)細(xì)胞，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)導(dǎo)致不可逆的神經(jīng)元損傷［24］。α-Syn還作為化學(xué)誘導(dǎo)物質(zhì)，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞至受損細(xì)胞處［25］。因此，α-Syn可趨化并激活M1型小膠質(zhì)細(xì)胞，由于不能完全清除α-Syn及炎癥反應(yīng)產(chǎn)生，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)中多個(gè)部位引起損傷。加快帕金森病進(jìn)展。

4 基于α-Syn轉(zhuǎn)運(yùn)的帕金森病治療前景

目前臨床上帕金森病常用多巴胺代替治療，研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺雖然能改帕金森病患者的運(yùn)動(dòng)機(jī)能，但是會(huì)影響患者的認(rèn)知功能，出現(xiàn)視覺(jué)幻覺(jué)，沖動(dòng)控制障礙，而且不能阻止帕金森病的進(jìn)展［26-27］。帕金森病是環(huán)境和基因共同作用的結(jié)果，而α-Syn作為聯(lián)系這兩大因素的核心，其轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制可以作為帕金森治療的新靶點(diǎn)。因此可以通過(guò)逆轉(zhuǎn)α-Syn的聚集，提高細(xì)胞降解α-Syn寡聚物的能力以及清除毒性α-Syn的能力，從而治療帕金森病。在今后的研究中，可以嘗試著重點(diǎn)尋找抑制α-Syn表達(dá)和聚集的藥物，并應(yīng)用蛋白組學(xué)與基因檢測(cè)的方法檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)α-Syn分子的變化，從基因與蛋白質(zhì)的水平探討藥物作用機(jī)制及尋找新的藥物靶點(diǎn)。在帕金森病的病理診斷方面，目前已有研究證實(shí)了帕金森病患者中α-Syn病變亦存在于周圍神經(jīng)系統(tǒng)［28-30］，如腸道副交感神經(jīng)系統(tǒng)，支配唾液腺的自主神經(jīng)纖維，心肌交感神經(jīng)纖維等，因此皮膚、腸道、唾液腺等的活檢都能成為帕金森病病理診斷的新思路，其中，皮膚活檢是最安全快捷的診斷方式，但仍需大量的臨床樣本以證實(shí)其在帕金森病診斷中的臨床價(jià)值。

4 總結(jié)與展望

α-Syn可在神經(jīng)系統(tǒng)突觸前末梢大量表達(dá)，在機(jī)體存在SCNA基因突變或重復(fù)時(shí)，形成α-Syn寡聚體的速度加快，堆積在神經(jīng)細(xì)胞中，產(chǎn)生細(xì)胞毒性及大量活性氧，損害正常神經(jīng)遞質(zhì)傳遞、神經(jīng)祖細(xì)胞分化、線粒體功能及蛋白酶系統(tǒng)等，最終導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡。同時(shí)，α-Syn能通過(guò)多個(gè)通路在神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞等多種神經(jīng)細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)，如依賴Ca+的胞吐作用排出細(xì)胞外，再通過(guò)膜孔蛋白、胞吞作用或與細(xì)胞膜上受體蛋白結(jié)合被鄰近細(xì)胞攝取，在不同神經(jīng)細(xì)胞間還能利用TNT作為通道進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，從而導(dǎo)致α-Syn在神經(jīng)系統(tǒng)中大范圍擴(kuò)散。而在α-Syn的清除上，一方面由于神經(jīng)細(xì)胞本身缺乏有效降解α-Syn的能力，另一方面由于α-Syn寡聚體轉(zhuǎn)運(yùn)破壞血腦屏障正常功能，誘導(dǎo)產(chǎn)生M1型小膠質(zhì)細(xì)胞，均不利于α-Syn的有效清除，導(dǎo)致其在神經(jīng)系統(tǒng)中堆積，加速帕金森病進(jìn)展。因此充分了解α-Syn在神經(jīng)細(xì)胞間的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，將多個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中的某個(gè)蛋白作為靶點(diǎn)，對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行抑制，對(duì)治療帕金森病有重大意義。