Connexin43在神經(jīng)退行性疾病中的研究進(jìn)展*

甘 鈺，曾麗梅，李良東

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2014級本科生;2.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院;3.第一附屬醫(yī)院，江西 贛州 341000)

縫隙連接(Gapjunction, GJ)是一種生物信號通道，其主要功能是介導(dǎo)細(xì)胞之間的生物信號功能的傳輸，傳遞相鄰細(xì)胞之間的信息傳遞[1]。連接蛋白(Connexin, Cx)是構(gòu)成細(xì)胞縫隙連接的主要成分，根據(jù)其分子量的不同可分為20多種亞型[2]，尤以 Cx43最為重要。臨床研究表明[3],神經(jīng)退行性疾病，諸如腦缺血、阿爾茨海默病(Alzheimer's Disease, AD)、煙霧病和帕金森病(Parkinson's disease, PD)等的發(fā)生，均與Cx43的分布或含量有關(guān)。本文就Cx43與神經(jīng)退行性疾病的關(guān)系研究進(jìn)行綜述。

1 Cx43的結(jié)構(gòu)及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的分布

Cx43屬于α-Cx亞族，結(jié)構(gòu)具有高度保守特征，其分子質(zhì)量大小為43 KD。Cx43由三個(gè)細(xì)胞內(nèi)區(qū)段(N末端細(xì)胞質(zhì)環(huán)和C末端構(gòu)成)和兩個(gè)二硫鍵連接的細(xì)胞外環(huán)組成，而EL1和EL2位于細(xì)胞質(zhì)側(cè)，作為連接、識別連接蛋白[4]。

Cx43蛋白是維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS )正常功能不可缺少的分子，廣泛分布于相鄰神經(jīng)細(xì)胞之間。哺乳動(dòng)物CNS內(nèi)存在大量星形膠質(zhì)細(xì)胞(astrocytes, ASTs)[5]，其縫隙連接處高表達(dá)的Cx43形成間隙連接和半通道，并維持細(xì)胞的正常形狀和功能[6-8]。

2 Cx43與神經(jīng)退行性疾病的關(guān)系

2.1腦缺血缺血性腦血管疾病在人類三大致死因素(心血管意外、癌癥、腦缺血)中排第三位。隨著人類生活水平的提升，腦缺血的發(fā)病率逐漸呈年輕化，且隨著年齡的增長，其發(fā)病率呈上升趨勢。減輕缺血及再灌注引起的腦損傷，促進(jìn)其神經(jīng)功能恢復(fù)，仍然是缺血性腦血管疾病研究的熱點(diǎn)。

ASTs大量存在于腦組織中，是腦缺血發(fā)生發(fā)展中的一個(gè)關(guān)鍵因子[9-10]。，其表達(dá)的大量間隙鏈接蛋白Cx(主要是Cx43)可形成功能性GJ。GJ在腦缺血損傷中起著重要的保護(hù)作用，研究發(fā)現(xiàn)，在腦缺血/再灌注損傷中，這些功能性GJ異常增強(qiáng)。(Ivanova等) 使用間隙連接增強(qiáng)劑可以減輕腦缺血再灌注引起的損傷[11-16]。Cx43作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的間隙連接蛋白之一，在腦缺血性損傷后，Cx43半通道會異常開放，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡性死亡。國外學(xué)者等通過觀察腦缺血再灌注(I/R)損傷后線粒體連接蛋白43(mitochondrial connexin43, mtCx43)的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，MtCx43可通過mitoKATP通道(線粒體型通道)激動(dòng)劑誘導(dǎo)的PKC(蛋白激酶C)活化來保護(hù)神經(jīng)血管單元免受急性腦IR損傷。上述研究證實(shí)Cx43可顯著影響中風(fēng)患者的神經(jīng)元存活，對神經(jīng)元損傷敏感，因此，Cx43間隙連接可作為缺血性卒中治療干預(yù)的潛在早期目標(biāo)[17-18]。

在燈盞花素治療腦缺血再灌注損傷大鼠試驗(yàn)中，燈盞花素可通過下調(diào)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2(NOX2)，上調(diào)Cx43，減少氧化損傷和減少凋亡細(xì)胞死亡，在體外和體內(nèi)保護(hù)免受缺血性損傷[19]。另外有研究表明，通心絡(luò)是一種新型的神經(jīng)保護(hù)藥物，而這種保護(hù)作用是通過上調(diào)Cx43蛋白表達(dá)途徑有效地防止I/R(腦缺血再灌注)損傷和減少細(xì)胞死亡而起作用[20]。研究表明調(diào)節(jié)Cx43表達(dá)和星形膠質(zhì)細(xì)胞功能是缺血性腦損傷的潛在治療策略[21]。因此，Cx43作為腦缺血的神經(jīng)保護(hù)治療靶標(biāo)[22]。

2.2阿爾茨海默病阿爾茨海默病(Alzheimer’s Disease, AD)是臨床上常見的疾病，其主要的病理組織特征為：選擇性腦區(qū)域 amyloid-β(Aβ)斑塊沉積，神經(jīng)原纖維纏結(jié)，進(jìn)行性神經(jīng)元損傷和突觸喪失[23-24]。AD獨(dú)特標(biāo)志是反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)增生，主要表現(xiàn)為小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞表型改變。AD的這種反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)增生與連接蛋白的表達(dá)和功能的變化有關(guān)。

阿爾茨海默病患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)，與淀粉樣蛋白斑塊接觸的星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)增加[25]。而星形膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)功能的重塑主要是通過Aβ斑塊激活的小膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元的相互作用完成[26]。HC激活有助于在星形膠質(zhì)細(xì)胞中維持高濃度游離[Ca2+](高濃度游離鈣將引起淀粉樣斑塊沉積)，并導(dǎo)致神經(jīng)元損傷的膠質(zhì)傳遞素的釋放。而越來越多的證據(jù)表明，有 Cxs或其他家族蛋白組成的半通道(hemichannels, HC)在病理狀態(tài)下具有重要作用[27-29]。且HC開口可以在AD星形膠質(zhì)細(xì)胞Aβ治療或在炎癥情況下被觸發(fā)[30-32]。

在AD患者和APP(amyloid precursor protein)/PS1(presenilin 1)小鼠的大腦中，連接蛋白、形成間隙連接的通道和半通道的蛋白質(zhì)表達(dá)增加[33]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若將APP/PS1小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43敲除，在AD小鼠海馬切片中觀察到ATP和谷氨酸鹽等神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少，神經(jīng)元損傷明顯減輕，與斑塊相關(guān)的海馬神經(jīng)元的氧化應(yīng)激和神經(jīng)營養(yǎng)不良得到了明顯的改善，Cx43的缺失還可以減少星形膠質(zhì)細(xì)胞增生并增加其突觸功能，從而改善認(rèn)知功能障礙[34]。Crespin等[35]采用家族性阿爾茨海默癥(familial Alzheimer's disease，F(xiàn)AD)模型，當(dāng)?shù)矸蹣拥鞍装叱浞址稚⒅量捎糜诜治鰰r(shí)，檢測FAD小鼠(大腦內(nèi))海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞 Cx通道功能(大多數(shù)分析是在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物9個(gè)月大時(shí)進(jìn)行的)，研究發(fā)現(xiàn)海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43 HC可激活A(yù)β斑塊，即在與斑塊接觸時(shí)，HC活化，從而限制Aβ斑塊的增加，因此，Cx43的含量可能和Panx1 HC(pannexin hemichannel)活化有關(guān)[36-37]。

在星形膠質(zhì)細(xì)胞Cx43敲除的APP/ PS1小鼠中，谷氨酸和 ATP的釋放減少，海馬神經(jīng)元的氧化應(yīng)激和神經(jīng)營養(yǎng)不良降低[38]。在FAD模型中發(fā)現(xiàn)，Cx43 hc被認(rèn)為是ATP釋放的一種來源[39]。它們主要是由Cx43組成，其開放是由細(xì)胞內(nèi)高Ca2+濃度及神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載引起的[40]，導(dǎo)致許多下游有害影響，如AD早期的結(jié)構(gòu)性神經(jīng)炎改變和氧化應(yīng)激增加[40]。有研究發(fā)現(xiàn)，用鏈脲佐菌素(STZ)處理后的大鼠，觀察到大鼠腦皮質(zhì)和海馬區(qū)域的鈣離子水平增加，ER應(yīng)激標(biāo)志物如GRP78、GADD、半胱天冬酶-12顯著增加和細(xì)胞通訊改變(主要是連接蛋白43表達(dá)增加)，經(jīng)多奈哌齊治療后可起到部分減毒作用[41]。因此，鏈接蛋白Cx可作為臨床上治療阿爾茨海默癥藥物治療靶點(diǎn)。

2.3帕金森病帕金森病(Parkinson's disease, PD)是世界上最常見的神經(jīng)退行性疾病之一，主要表現(xiàn)為進(jìn)行性運(yùn)動(dòng)障礙，其病理特征主要為黑質(zhì)和紋狀體多巴胺能(DA)神經(jīng)元中PD逐漸喪失[42-44]。越來越多的證據(jù)表明非神經(jīng)細(xì)胞，特別是星形膠質(zhì)細(xì)胞在DA神經(jīng)元變性中起著積極作用[45]。有文獻(xiàn)報(bào)道，星形膠質(zhì)細(xì)胞中的糖皮質(zhì)激素受體通過連接蛋白半通道活性調(diào)節(jié)中腦多巴胺神經(jīng)變性[46]。Cri等研究發(fā)現(xiàn)稱為“紋狀體樹突束”的紋狀體樹突結(jié)構(gòu)可能代表具有黑色-紋狀-黑質(zhì)環(huán)的子系統(tǒng)，可影響帕金森病等疾病的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)室放大鏡檢查發(fā)現(xiàn)，紋狀體樹突束中存在許多單獨(dú)的結(jié)構(gòu)體纖維，與含多巴胺的樹突緊密交織，還與谷氨酸，GABA和膽堿標(biāo)記物標(biāo)記的傳入物以及星形膠質(zhì)細(xì)胞和纖維和連接蛋白43斑點(diǎn)的標(biāo)記物相互交織[47]。在各種神經(jīng)退行性疾病(包括神經(jīng)退行性疾病)中，星形膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)元的存活和功能中起直接作用，還可誘導(dǎo)Cx43磷酸化[48]。星形膠質(zhì)細(xì)胞中的細(xì)胞間縫隙連接通訊(gap junction intercellular communication, GJIC)對于調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞外pH、K和谷氨酸水平變化起重要作用[49]，可通過 Cx43蛋白表達(dá)參與細(xì)胞生長控制[50]。星形膠質(zhì)細(xì)胞中 Cx43蛋白的調(diào)節(jié)和由此產(chǎn)生的間隙連接細(xì)胞通訊在 PD病理學(xué)中起重要作用。

有學(xué)者在探討電針(Electric acupuncture, EA)干預(yù)對PD大鼠紋狀體間隙Cx43表達(dá)及谷氨酸(Glu)含量的影響，并探討其作用機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，與生理鹽水對照組相比，PD模型組Glu含量和Cx 43蛋白表達(dá)水平顯著增加[51]，使用魚藤酮(一種廣泛使用的殺蟲劑)的PD大鼠模型中，間隙細(xì)胞中間隙連接蛋白43增強(qiáng)。體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中 Cx43含量也有升高[52]，此外，PD中的已顯示星形膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)Cx43基因的表達(dá)[53]。有文獻(xiàn)報(bào)道，在MPTP-中毒的小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了增加的連接蛋白-43半通道活性。重要的是，用TAT-Gap19肽(一種特異性連接蛋白-43半通道阻斷劑)處理MPTP(3,6-四氫吡啶)注射GRCx30CreERT2突變小鼠，可以恢復(fù)DN(多巴胺神經(jīng)元)丟失和小膠質(zhì)細(xì)胞激活[54]，因此，Cx43對帕金森疾病治療的研究有重要意義。有研究發(fā)現(xiàn)，Cx43用免疫印跡法(Western Blot，WB)電泳后，Cx43有三種形式：非磷酸化Cx43(P0)、P1和P2，其中P1和P2是兩種較慢的遷移形式[55]，而且與縫隙連接結(jié)構(gòu)有關(guān)[56]。在PD大鼠模型中，用魚藤酮處理后，觀察到星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量的增加和Cx43 P1和P2水平升高，以及局部病變的細(xì)胞質(zhì)膜上Cx43的磷酸化增加，基底節(jié)區(qū)的磷酸化的Cx43得到選擇性增強(qiáng)[57]。

3 展 望

Connexin43對神經(jīng)退行性疾病的研究具有重要意義。 然而，在各種神經(jīng)退行性疾病中Cx43的具體變化機(jī)制還不是很清楚，需要進(jìn)一步研究來澄清。同時(shí)，為改變這種狀況，針對Connexin43靶點(diǎn)開展卓有成效的藥物研究，尤其是探明中藥治療神經(jīng)退行性疾病的作用機(jī)理，值得期待。