c-Abl與帕金森病的相關(guān)性研究進(jìn)展

季燁龍，吳洋，冷燕，邱珍，夏中元

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院麻醉科，武漢 430060)

帕金森病(Parkinson′s disease，PD)是一種復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，被認(rèn)為是繼阿爾茨海默病后最常見的神經(jīng)退行性疾病。同時(shí)，PD還是目前最常見的致運(yùn)動(dòng)障礙疾病，全球患病率為0.1%～0.2%，總患病人數(shù)700萬～1 000萬[1]。PD的患病率和發(fā)病率隨年齡增長呈指數(shù)增長，80歲以后達(dá)到峰值[2]。Dorsey等[3]研究指出，2005年P(guān)D患病人數(shù)為410萬～460萬，到2030年可能發(fā)展為870萬～930萬。PD的主要癥狀為運(yùn)動(dòng)遲緩、肌肉僵硬、靜止期震顫、姿勢和步態(tài)障礙，目前多為對癥治療，不能徹底治愈，因此更多的藥物納入了研究。其中，非受體Abelson酪氨酸激酶(Abelson tyrosine kinase，c-Abl)抑制劑，如伊馬替尼、尼羅替尼和雷多替尼是目前研究的熱點(diǎn)。c-Abl抑制劑可以通過磷酸化目標(biāo)蛋白的酪氨酸殘基、改變蛋白的功能參與重要的細(xì)胞活動(dòng)進(jìn)程，最初被廣泛用于治療慢性粒細(xì)胞白血病。近年來研究發(fā)現(xiàn)，c-Abl可以通過影響氧化應(yīng)激、磷酸化α-突觸核蛋白和E3泛素連接酶Parkin在PD的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[4]?，F(xiàn)就c-Abl的特征、功能及其與PD關(guān)系予以綜述。

1 c-Abl概述

1.1結(jié)構(gòu)和特征 酪氨酸激酶約有90種，其功能是催化ATP磷酸基團(tuán)向靶蛋白酪氨酸殘基轉(zhuǎn)移。而根據(jù)酪氨酸激酶是否位于細(xì)胞膜的受體可分為受體酪氨酸激酶和非受體酪氨酸激酶兩大類。其中，非受體酪氨酸激酶基于激酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)的序列相似性可分為9個(gè)亞家族，即Abl(Abelson)、FES(Feline Sarcoma)、Janus激酶、活化的Cdc42結(jié)合蛋白激酶、脾酪氨酸激酶、TEC(tyrosine kinase expressed in hepatocellular carcinoma)、黏著斑激酶、Src和CSK(C-terminal Src kinase)家族的激酶。Abl激酶家族成員包括Abl1(c-Abl)和Abl2，其由Abl1和Abl2基因編碼[5]。

c-Abl基因具有高度保守性，其最初被發(fā)現(xiàn)可通過染色體t(9; 22)(q34.1; q11.2)，即費(fèi)城染色體(Ph)，易位形成融合癌蛋白BCR-ABL1，故被認(rèn)為是由Abelson鼠白血病病毒引發(fā)的白血病產(chǎn)生的致癌基因[5]。c-Abl的N端區(qū)域(分子量約60 000)由SH(Src homology)2、SH3和激酶結(jié)構(gòu)域(SH1)組成。其中，SH3結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)與PXXP基序的配體結(jié)合。此外，SH3和SH2結(jié)構(gòu)域與SH1相互作用，產(chǎn)生c-Abl的自身抑制構(gòu)象。同時(shí)，c-Abl具有較大的C端區(qū)域(分子量90 000)，并具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)域，包括 3個(gè)核定位信號和1個(gè)核輸出信號、4個(gè)PXXP基序和G-、F-肌動(dòng)蛋白結(jié)合域及與c-Abl調(diào)控基因表達(dá)有關(guān)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域[5-6]。

1.2功能 c-Abl參與重要的細(xì)胞活動(dòng)進(jìn)程，包括細(xì)胞生長和存活的調(diào)節(jié)，整合素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，肌動(dòng)蛋白聚合和細(xì)胞遷移[4]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，c-Abl的主要生物學(xué)功能包括調(diào)節(jié)突觸形成，神經(jīng)突向外生長，神經(jīng)發(fā)生和小腦發(fā)育[4,7]。同時(shí)在混合遺傳背景下，敲低小鼠c-Abl會(huì)導(dǎo)致伴隨多種發(fā)育缺陷的乳鼠死亡，包括腎臟、脾和胸腺萎縮，B細(xì)胞淋巴細(xì)胞減少，成骨細(xì)胞的功能失調(diào)和顱骨縮短[8]。

但在正常細(xì)胞中，c-Abl活性很低，受到刺激誘導(dǎo)會(huì)被激活，進(jìn)而增強(qiáng)激酶活性。異常的c-Abl活性通常會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的各種異常狀態(tài)，而抑制c-Abl可以產(chǎn)生保護(hù)作用，如應(yīng)用于慢性粒細(xì)胞白血病的c-Abl抑制劑伊馬替尼和新近發(fā)現(xiàn)的c-Abl抑制劑可通過紋狀體突觸后機(jī)制抗PD[9-11]。

2 c-Abl與PD的聯(lián)系

2.1c-Abl與氧化應(yīng)激 PD的致病機(jī)制之一為氧化應(yīng)激損傷，且與大腦的其他區(qū)域相比，黑質(zhì)更容易受到活性氧類(reactive oxygen species，ROS)的攻擊，原因?yàn)楹谫|(zhì)神經(jīng)元中的多巴胺代謝、抗氧化劑含量低和鐵的濃度過高使其受到更多的氧化應(yīng)激損傷。在多巴胺代謝期間，單胺氧化酶可以產(chǎn)生許多氧化物質(zhì)；同時(shí)，多巴胺的氧化會(huì)進(jìn)一步升高ROS和多巴胺-醌水平。多巴胺能神經(jīng)元抵抗氧化應(yīng)激的主要保護(hù)因子為多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，但多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白隨著年齡增長而下降，故不能清除老年人中的氧化多巴胺。此外，研究還表明隨著年齡的增長，鐵濃度在黑質(zhì)中升高，且可以通過Fenton反應(yīng)進(jìn)一步增加ROS的產(chǎn)生[12-13]。

Zhou等[14]研究發(fā)現(xiàn)，c-Abl的過表達(dá)升高了線粒體動(dòng)力相關(guān)蛋白1 Y266、Y368和Y449位點(diǎn)的磷酸化水平，從而增加線粒體片段并誘導(dǎo)氧化應(yīng)激后神經(jīng)細(xì)胞死亡。在Lawana等[15]的實(shí)驗(yàn)中，脂多糖可引起魚藤酮刺激的神經(jīng)小膠質(zhì)細(xì)胞中Nod樣受體蛋白3炎性小體組分的快速活化，并增強(qiáng)BV2小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，在這個(gè)過程中c-Abl起重要作用；同時(shí)在脂多糖和魚藤酮處理的細(xì)胞中，使用c-Abl的小干擾RNA后Nod樣受體蛋白3炎性小體、胱天蛋白酶1及白細(xì)胞介素-1β表達(dá)水平分別降低80%、84%和70%，繼而減少ROS的產(chǎn)生，從而降低氧化應(yīng)激反應(yīng)，且使用c-Abl抑制劑也能減少炎癥因子和ROS的產(chǎn)生。Magruder等[16]的研究也顯示，c-Abl抑制劑可以減少髓過氧化物酶及線粒體ROS的產(chǎn)生，減少氧化應(yīng)激損傷。而Yu等[17]研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去乙酰化酶3可以抑制c-Abl/哺乳動(dòng)物Ste20樣激酶1/Yes相關(guān)蛋白通路，從而減少ROS的產(chǎn)生和氧化應(yīng)激損傷，表明c-Abl可通過促進(jìn)氧化應(yīng)激加重PD的損傷。

2.2c-Abl與α-突觸核蛋白 PD一項(xiàng)重要的神經(jīng)病理學(xué)標(biāo)志為路易小體的形成，而研究表明α-突觸核蛋白是路易小體的重要組成部分[18-19]。腦中α-突觸核蛋白水平升高會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤折疊并形成蛋白質(zhì)聚集體，如寡聚體和原纖維，這些結(jié)構(gòu)損害神經(jīng)細(xì)胞通訊并擴(kuò)散到健康的神經(jīng)元產(chǎn)生路易小體。路易小體的形成會(huì)增加氧化應(yīng)激、破壞軸突運(yùn)輸、引起線粒體和突觸功能障礙及抑制泛素/蛋白酶體系統(tǒng)等[20]。大的α-突觸核蛋白聚集體還會(huì)干擾突觸小泡的運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞器的軸突運(yùn)輸，并會(huì)擾亂神經(jīng)遞質(zhì)釋放，從而導(dǎo)致線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的功能障礙[21]。同時(shí)，α-突觸核蛋白的過度表達(dá)和聚集會(huì)導(dǎo)致聚集體的毒性作用惡性循環(huán)，進(jìn)而影響正常的清除機(jī)制，如降解受損細(xì)胞器和蛋白質(zhì)的自噬等[22]。此外，α-突觸核蛋白也會(huì)通過Tau依賴性途徑導(dǎo)致記憶缺失和認(rèn)知障礙[23]。

學(xué)者發(fā)現(xiàn)，c-Abl可以通過磷酸化α-突觸核蛋白加重PD的損傷。Mahul-Mellier等[24]的研究首次證明，α-突觸核蛋白是c-Abl的真正底物；且通過神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系和小鼠皮質(zhì)神經(jīng)元的原代培養(yǎng)物發(fā)現(xiàn)，c-Abl磷酸化α-突觸核蛋白的位點(diǎn)主要在酪氨酸39位點(diǎn)，另有少量在酪氨酸125位點(diǎn)。其中，存在于正常人和PD患者腦組織中的α-突觸核蛋白的酪氨酸39位點(diǎn)磷酸化水平可以通過使用特異性c-Abl抑制劑或使用小干擾RNA下調(diào)c-Abl蛋白表達(dá)而降低，而使用藥物活化c-Abl可增強(qiáng)α-突觸核蛋白磷酸化。Brahmachari等[25]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)，α-突觸核蛋白轉(zhuǎn)基因小鼠中的c-Abl過度活化，而c-Abl活化能加速α-突觸核蛋白誘導(dǎo)的神經(jīng)病理學(xué)和神經(jīng)行為缺陷。此外，在野生型小鼠中c-Abl過表達(dá)會(huì)導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元變性和α-突觸核蛋白病變，而敲除c-Abl會(huì)減弱α-突觸核蛋白病變并延緩神經(jīng)退行性疾病的進(jìn)展[25]。同時(shí)，酪氨酸39位點(diǎn)磷酸化的α-突觸核蛋白在散發(fā)性PD中水平升高并在路易小體中積累，且該位點(diǎn)磷酸化α-突觸核蛋白也會(huì)促進(jìn)α-突觸核蛋白的聚集，形成惡性循環(huán)。因此，c-Abl與α-突觸核蛋白的復(fù)雜關(guān)系在PD的發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用。

2.3c-Abl與Parkin Parkin與常染色體隱性遺傳的PD有關(guān)，且Parkin的基因突變是常染色體隱性遺傳性PD的最常見原因。在45歲前發(fā)病的PD患者中，高達(dá)50%的家族性病例和約15%的散發(fā)病例中出現(xiàn)Parkin的基因突變[26]。Parkin基因突變導(dǎo)致早發(fā)性PD，并在肌張力障礙和運(yùn)動(dòng)障礙中起重要作用，其機(jī)制可能為Parkin可定位于突觸前，與突觸囊泡的細(xì)胞質(zhì)表面結(jié)合并與突觸泡蛋白-11結(jié)合，參與突觸小泡形成、對接和再循環(huán)。而Parkin功能的喪失會(huì)抑制內(nèi)吞作用、囊泡補(bǔ)充和再循環(huán)過程，導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)釋放的改變，且Parkin的突觸前功能類似于α-突觸核蛋白的功能[27]。同時(shí)，Parkin作為一種E3泛素連接酶在維持線粒體自噬的過程中起關(guān)鍵作用，而Parkin的E3泛素連接酶活性的喪失會(huì)通過破壞自噬或蛋白酶體降解引發(fā)ROS介導(dǎo)的神經(jīng)變性[28]。

此外，c-Abl也可以通過對Parkin的影響加重PD的損傷。在Brahmachari等[4]的研究中， c-Abl可以磷酸化Parkin的酪氨酸143位點(diǎn)，從而降低Parkin的E3泛素連接酶的活性，使Parkin底物增多，且其底物氨?；?轉(zhuǎn)移RNA合成酶相互作用多功能蛋白2和Parkin相互作用底物/鋅指蛋白746均是PD進(jìn)展中的有害物質(zhì)。Gaki和Papavassiliou[29]發(fā)現(xiàn)，在體外和體內(nèi)氧化和多巴胺能應(yīng)激后，c-Abl被激活并導(dǎo)致Parkin的E3泛素連接酶活性顯著喪失，同時(shí)導(dǎo)致神經(jīng)毒性氨?；D(zhuǎn)移RNA合成酶復(fù)合物相互作用多功能蛋白2和果糖-1,6-二磷酸酶1的產(chǎn)生，最終影響Parkin的保護(hù)功能。Ko等[30]的研究顯示，c-Abl SH3結(jié)構(gòu)域在與Parkin的相互作用中起關(guān)鍵作用，且c-Abl與Parkin的環(huán)指和環(huán)指間結(jié)構(gòu)域存在相互作用，同時(shí)Parkin自身泛素化抑制也需要c-Abl介導(dǎo)的酪氨酸143位點(diǎn)的磷酸化。因此，c-Abl可以通過對Parkin功能的影響而在PD的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。

3 c-Abl抑制劑在PD治療中的臨床應(yīng)用

PD患者黑質(zhì)中多巴胺神經(jīng)元的退化、功能喪失會(huì)引起腦中的神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺水平降低。故與PD運(yùn)動(dòng)模式改變相關(guān)的癥狀，可以用左旋多巴恢復(fù)多巴胺水平治療。然而，左旋多巴不會(huì)阻止多巴胺神經(jīng)元的進(jìn)行性衰退，且長期使用可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)障礙。因此，尋找能夠抵抗神經(jīng)變性并恢復(fù)PD患者大腦中神經(jīng)元回路的療法至關(guān)重要。而c-Abl抑制劑可作為新興的藥物用于PD的治療。目前，用于治療PD的c-Abl抑制劑大致有三類，分別為伊馬替尼、尼羅替尼和雷多替尼。

伊馬替尼是第一代c-Abl抑制劑且是用于慢性粒細(xì)胞白血病的一線藥物，因此其首先被嘗試用于治療PD。研究表明，在用N-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶誘導(dǎo)的PD小鼠模型中，給予伊馬替尼的實(shí)驗(yàn)組的平衡實(shí)驗(yàn)中行走長度與旋轉(zhuǎn)桿實(shí)驗(yàn)中的掉落時(shí)間均有所改善，且加用左旋多巴其改善程度明顯提高[10]。但由于伊馬替尼的腦穿透性較低，且尚不清楚可耐受的劑量是否足以改變PD患者的病程，故對其研究較少。

而作為第二代c-Abl酪氨酸激酶抑制劑，尼羅替尼相較第一代抑制劑伊馬替尼具有更加顯著的特異性和效果及更高的腦穿透性[4]。因此，其在PD的治療中得到更充分的研究。Karuppagounder等[31]在動(dòng)物PD模型中發(fā)現(xiàn)，尼羅替尼不僅可以預(yù)防并恢復(fù)PD模型中的多巴胺及其產(chǎn)物的代謝異常，也可以預(yù)防PD中的行為障礙。Pagan等[32-33]的臨床研究發(fā)現(xiàn)，尼羅替尼不但可以改善PD運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知，且可以改善PD患者腦中多巴胺的代謝、降低血中α-突觸核蛋白水平并保護(hù)小膠質(zhì)細(xì)胞上的受體，從而起治療作用；此外通過對比不同的給藥濃度發(fā)現(xiàn)，較低單劑量(150和200 mg)的尼羅替尼療效更好。但臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，服用尼羅替尼的患者會(huì)出現(xiàn)心源性猝死，也可導(dǎo)致骨髓抑制，因此對于尼羅替尼的使用需要更多、更深入的研究[34]。

雷多替尼亦為第二代c-Abl抑制劑，與尼羅替尼相比，雷多替尼具有更高的腦穿透性。研究表明，在動(dòng)物PD模型中，單次口服給藥后，腦中雷多替尼的含量較尼羅替尼高3.3倍，且可以恢復(fù)多巴胺能神經(jīng)末梢完整性，而低劑量(體內(nèi) 3 mg/kg)雷多替尼的使用可以防止行為障礙；由于雷多替尼的風(fēng)險(xiǎn)低和不良反應(yīng)較少，故其可以以較低的劑量持續(xù)較長時(shí)間給藥[35]。

4 小 結(jié)

c-Abl作為一種非受體酪氨酸激酶表達(dá)于全身的細(xì)胞中，其廣泛參與了細(xì)胞的多種生理功能，包括骨架重排、誘導(dǎo)凋亡、增殖分化及DNA應(yīng)激損傷反應(yīng)等，對細(xì)胞的正常生理活動(dòng)起關(guān)鍵作用。目前我國已進(jìn)入老齡化社會(huì)，以PD和阿爾茨海默病為主的神經(jīng)退行性疾病極大影響了人們的生活質(zhì)量并耗費(fèi)大量人力財(cái)力，給國家和社會(huì)帶來沉重負(fù)擔(dān)，因此亟需對PD進(jìn)行深入研究。而c-Abl可以通過氧化應(yīng)激、α-突觸核蛋白和E3泛素連接酶Parkin的磷酸化與PD相關(guān)聯(lián)，同時(shí)c-Abl抑制劑(伊馬替尼、尼羅替尼和雷多替尼)也對PD的癥狀具有治療效果，但c-Abl對PD的作用機(jī)制尚未明確，治療效果仍不滿意，未來應(yīng)對c-Abl與PD的關(guān)系進(jìn)行更深入的研究，這將為PD的預(yù)防和治療提供新方向和有效靶點(diǎn)。