α-synuclein與帕金森氏病研究進(jìn)展*

周麗麗 楊占君

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，包頭 014040）

帕金森氏病（Parkinson's disease，PD）是世界范圍內(nèi)影響3%老年人的第2個(gè)常見(jiàn)的多因素神經(jīng)退行性疾病[1]，每年大約有4%的人在50歲前被診斷為PD，其患病率隨著年齡的增長(zhǎng)，逐年增加[2]。PD的主要臨床癥狀可以表現(xiàn)為前期靜止性震顫、動(dòng)作遲緩、肢體僵硬和姿態(tài)步態(tài)異常等運(yùn)動(dòng)學(xué)障礙[3]，以及后期的睡眠障礙、嗅覺(jué)障礙和感覺(jué)障礙等非運(yùn)動(dòng)學(xué)癥狀。其主要病理特征是中腦黑質(zhì)致密部（substantial nigra pars compacta，SNpc）多巴胺能神經(jīng)元漸進(jìn)性丟失和胞質(zhì)內(nèi)包涵體-路易（Lewy）小體的形成。在神經(jīng)病理學(xué)上，多巴胺細(xì)胞產(chǎn)生的退化，很大程度上是由于黑質(zhì)內(nèi)與泛素結(jié)合的α-突觸核蛋白（α-synuclein）的異常沉積，這也是引起PD發(fā)病的最主要原因[4-5]。作為PD的典型特征，Lewy小體是蛋白酶體不能降解的細(xì)胞質(zhì)包涵體，而α-synuclein是Lewy小體最主要的組成成分[6]。大量文獻(xiàn)和研究表明，α-synuclein參與了 PD的發(fā)生和發(fā)展[7]。

1 α-synuclein與PD

α-synuclein是一種蛋白質(zhì)，屬于脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的synuclein家族。1988年 Maroteaux等[8]首次發(fā)現(xiàn)了α-synuclein，這是一種位于太平洋電鱘體內(nèi)突觸小泡和膽堿能神經(jīng)元細(xì)胞核中的蛋白質(zhì)。根據(jù)其突觸和核定位，該蛋白被命名為synuclein。1997年，Polymeropoulos等[9]發(fā)現(xiàn)了α-synuclein在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮著重要作用，自此成為了研究的焦點(diǎn)。α-synuclein是由α、β和γ合成的位于4q22染色體上的SNCA基因編碼，結(jié)構(gòu)上含有127～140個(gè)氨基酸。α-synuclein是一種在神經(jīng)元中高度富集的無(wú)所不在的表達(dá)蛋白，對(duì)于PD而言，α-synuclein主要分布于大腦皮質(zhì)、海馬、紋狀體突觸前神經(jīng)末梢內(nèi)的突觸囊泡[10]。α-synuclein的性質(zhì)和功能取決于它與膜的相互作用程度、翻譯后的修飾、局部折疊，這些都將影響α-synuclein聚集的程度。α-synuclein是第一個(gè)被確定與家族性PD 相關(guān)的基因突變蛋白，由于α-synuclein聚集和聚集形成的纖維形式和神經(jīng)毒性作用，使得α-synuclein中的一些重要的基因變異（包括點(diǎn)突變、重復(fù)和三聯(lián)效應(yīng)）導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元死亡進(jìn)而引發(fā)早發(fā)性家族性PD的發(fā)生發(fā)展[11]，因此α-synuclein在PD的發(fā)病機(jī)制中起著非常重要的作用[12]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，α-synuclein水平可能通過(guò)各種刺激而改變，如百草枯、神經(jīng)毒素1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine（MPTP）等[13-15]。而α-synuclein的積累及其在PD中的病理作用與前幾年的研究密切相關(guān)[16]。α-synuclein基于其N(xiāo)端32氨基酸區(qū)作用于多巴胺能神經(jīng)元和孤立的線粒體，導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元漸進(jìn)性丟失、線粒體功能障礙以及氧化應(yīng)激損傷，最終引起PD的發(fā)生發(fā)展。

2 α-synuclein與SNCA基因

α-synuclein蛋白編碼的SNCA基因的點(diǎn)突變導(dǎo)致了與PD相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生。SNCA基因在A53T、A30P和E46K位點(diǎn)的突變與家族型PD的發(fā)生直接相關(guān)[17-18]。SNCA復(fù)制或3倍增殖可增加α-synuclein的過(guò)表達(dá)，并引起常染色體顯性遺傳PD[19]。SNCA基因，通過(guò)改變線粒體內(nèi)穩(wěn)態(tài)而干擾正常的生理神經(jīng)信號(hào)。SNCA功能的改變與Lewy小體的胞內(nèi)包涵體和嗅覺(jué)系統(tǒng)的功能障礙有關(guān)，并會(huì)產(chǎn)生非運(yùn)動(dòng)癥狀，如嗅覺(jué)減退。α-synuclein向纖維和寡聚體的轉(zhuǎn)化與神經(jīng)元毒性有關(guān)。最近的研究強(qiáng)調(diào)，突變的α-synuclein可以抑制溶酶體的降解結(jié)合，溶酶體相關(guān)膜糖蛋白2A并阻斷蛋白質(zhì)攝取。不僅如此，α-synuclein還能降低組蛋白乙?；?、改變基因表達(dá)和負(fù)調(diào)控RNA聚合酶II相關(guān)啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄[19-20]。

3 α-synuclein與多巴胺

PD主要病理特征之一是多巴胺能神經(jīng)元的進(jìn)行性丟失，野生型α-synuclein水平升高在多巴胺的合成、儲(chǔ)存、循環(huán)、再攝取和釋放等多個(gè)水平上影響多巴胺的神經(jīng)傳遞[21]。α-synuclein水平的增加通過(guò)多巴胺神經(jīng)元或表達(dá)這2種蛋白的細(xì)胞直接相互作用，降低限速酶酪氨酸羥化酶的合成和活性，從而降低多巴胺的合成[22]。研究表明，黑質(zhì)腹層多巴胺能神經(jīng)元表達(dá)L型鈣通道，似乎更易受到興奮性毒性損傷[23]。α-synuclein的核苷寡聚體干擾了鈣穩(wěn)態(tài)，增加了腹側(cè)被蓋區(qū)的興奮性毒性，并增強(qiáng)了它們的聚焦作用。此外，突觸中多巴胺的不當(dāng)釋放與PD中α-synuclein的積累有關(guān)。在體外研究表明，α-synuclein過(guò)表達(dá)降低了多巴胺的攝取[24]，多巴胺的釋放減少可能是由于突觸小泡中糖蛋白的破壞和介導(dǎo)突觸囊泡分泌的復(fù)雜因素[25]。正常情況下，α-synuclein通過(guò)其與突觸前結(jié)合蛋白受體的相互作用，幫助調(diào)節(jié)囊泡融合和神經(jīng)遞質(zhì)釋放，如 α-synuclein的寡聚體可以明顯降低囊泡膜與突觸前膜融合的能力[26]，從而使多巴胺水平降低，最終導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元死亡。結(jié)構(gòu)型多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體（dopamine transporters，DAT）的變化已被證明可以調(diào)節(jié)多巴胺在大腦中的神經(jīng)傳遞。Oaks等[27]在HEK293和SK-N-MC細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，α-synuclein過(guò)表達(dá)后，DAT在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體通路中被隔離，降低DAT介導(dǎo)的多巴胺攝取，增加DAT介導(dǎo)的多巴胺外溢，降低了胞內(nèi)多巴胺的水平，使大腦內(nèi)多巴胺能神經(jīng)傳遞減少，最終導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元死亡。多巴胺能神經(jīng)元中毒性最強(qiáng)的一種似乎是HNE-αsynuclein，可觸發(fā)活性氧（ROS）的產(chǎn)生，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[28]。外源性α-synuclein通過(guò)引起線粒體功能障礙誘導(dǎo)多巴胺能神經(jīng)元凋亡[29]。

4 α-synuclein與線粒體

盡管關(guān)于α-synuclein 的生理功能至今仍有疑問(wèn)，但其線粒體方面的作用已得到越來(lái)越多研究人員的共識(shí)[30]。大量實(shí)驗(yàn)研究及文獻(xiàn)均有表述線粒體功能障礙與α-synuclein異常聚集有關(guān)。一個(gè)黑質(zhì)紋狀體多巴胺能神經(jīng)元胞體大約有40 萬(wàn)個(gè)突觸，這就需要大量的能量來(lái)維持突觸的正常生理活動(dòng)。因此，線粒體功能障礙就極易影響到黑質(zhì)紋狀體多巴胺神經(jīng)元胞體攝取大量能量的過(guò)程。然而就目前而言，α-synuclein 破壞線粒體功能的機(jī)制仍不清楚。有報(bào)道顯示，α-synuclein 可通過(guò)細(xì)胞色素氧化酶2 誘導(dǎo)SH-SY5Y細(xì)胞線粒體功能障礙[29]。也有研究證明[31]，抑制葡萄糖腦苷脂酶基因的正?；钚詴?huì)引起線粒體障礙，最終導(dǎo)致α-synuclein 的聚集。聚合的α-synuclein 可抑制線粒體復(fù)合物Ⅰ導(dǎo)致神經(jīng)元的呼吸和ATP 產(chǎn)生減少，同時(shí)增加活性氧的產(chǎn)生[32]。研究表明魚(yú)藤酮可抑制線粒體復(fù)合物 I 導(dǎo)致微管蛋白聚合減弱，而微管蛋白可以誘導(dǎo)α-synuclein 纖維化，加速神經(jīng)元的變性過(guò)程[33]。α-synuclein 寡聚體可能誘導(dǎo)線粒體去極化和自由基生成，最終導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的開(kāi)放，觸發(fā)細(xì)胞死亡。有證據(jù)表明，線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔釋放過(guò)量的內(nèi)切酶，增加了α-synuclein 的核翻譯，并增加了胞質(zhì)Ca2+的釋放水平[25]。近年來(lái)分子研究進(jìn)展也指出泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬途徑在α-synuclein 聚集中的作用。α-synuclein 的細(xì)胞間轉(zhuǎn)移可能發(fā)生在大腦中，神經(jīng)元或其他細(xì)胞釋放的α-synuclein 可能對(duì)線粒體受損和生物能量平衡受損的少突膠質(zhì)細(xì)胞有害。亞細(xì)亞酸（asiatic acid）能降低線粒體膜的通透性，抑制α-synuclein 在線粒體中的積累[34]。

5 α-synuclein與氧化應(yīng)激

α-synuclein在PD中的作用很復(fù)雜，很多研究認(rèn)為α-synuclein引起氧化應(yīng)激的改變是α-synuclein引起帕金森氏病的主要原因。正常情況下，α-synuclein是一種神經(jīng)元蛋白，在人腦、心、肌肉和其他組織中發(fā)揮著多種生理作用，但是大量的積累會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)毒性的損害。α-synuclein細(xì)胞內(nèi)的聚集和積累可能是由于轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后機(jī)制的過(guò)度表達(dá)及通過(guò)蛋白酶和溶酶體途徑降解蛋白質(zhì)的減弱所致[35]。越來(lái)越多的證據(jù)表明高水平的α-synuclein對(duì)神經(jīng)元有害[36]。也有報(bào)道顯示，α-synuclein可以防止不飽和的脂質(zhì)氧化，過(guò)度表達(dá)會(huì)在突觸囊泡中產(chǎn)生缺陷，但是卻沒(méi)有明顯的毒性。據(jù)報(bào)道，亞硝酸還原可導(dǎo)致α-synuclein的聚集，從而促進(jìn)氧化損傷[1]。在PD患者黑質(zhì)紋狀體內(nèi)，氧化應(yīng)激環(huán)境可以促使α-synuclein聚集。有研究顯示，富酚餾分（phenol-enriched fraction）促進(jìn)體外無(wú)毒α-synuclein物種的形成，并抑制其毒性和細(xì)胞內(nèi)聚集，通過(guò)促進(jìn)自噬流量，減少氧化應(yīng)激[37]。此外，α-synuclein的增加與鈣離子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向線粒體的轉(zhuǎn)移增加有關(guān)，這可能是氧化應(yīng)激的原因之一。

此外，α-synuclein寡聚物和金屬離子之間的相互作用可導(dǎo)致人類(lèi)誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞衍神經(jīng)元的氧化應(yīng)激[38]。然而，α-synuclein的病理改變程度（例如，Lewy小體）與不同神經(jīng)元易受傷害的程度沒(méi)有直接關(guān)系[39]。α-synuclein慢性突變超表達(dá)時(shí)，黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元與迷走神經(jīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元比興奮性和氧化性提高。相反的，通過(guò)下調(diào)迷走神經(jīng)電壓激活的鈣通道，減少線粒體和細(xì)胞質(zhì)氧化應(yīng)激。

6 其他

據(jù)報(bào)道，α-synuclein的劑量反應(yīng)相關(guān)性與早期PD的發(fā)生有關(guān)，其升高與癡呆的嚴(yán)重程度直接相關(guān)[40]。有研究證實(shí)腸道α-synuclein和黑質(zhì)內(nèi)α-synuclein之間有高度地關(guān)聯(lián)性[41]，腸源性脂多糖引起神經(jīng)元損傷而引起PD[42]，表明從腸道α-synuclein出發(fā)，對(duì)研究黑質(zhì)內(nèi)α-synuclein可能是一種潛在的治療和干預(yù)PD的新假設(shè)。目前，對(duì)于α-synuclein的研究越來(lái)越深入，這將會(huì)對(duì)PD的早期診斷和干預(yù)治療帶來(lái)突破性的影響。