自噬與帕金森病

袁小凡 焦劍橋 谷競龍飛 張麗 李金國 張昭強

摘要：自噬是清除病理狀態(tài)下異常蛋白質(zhì)的重要途徑，對維持機體平衡有重要的作用，自噬異常參與多種疾病的發(fā)病機制。帕金森病 （Parkinsons disease， PD） 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，自噬紊亂與PD的發(fā)生發(fā)展具有密切聯(lián)系，其已成為PD研究和治療的重要方向。文章簡要綜述了自噬與PD，以期為今后的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：自噬;帕金森病相關(guān)基因;α-突觸核蛋白

【中圖分類號】R322.8?? 【文獻標識碼】A??? 【文章編號】2107-2306（2020）02-327-02

自噬在真核細胞中廣泛存在，是一個吞噬自身細胞質(zhì)蛋白或細胞器，使其包被進入囊泡，并與溶酶體融合，降解包裹的內(nèi)容物的過程，從而實現(xiàn)細胞本身的代謝需要和某些細胞器的更新。在應激條件下自噬通常被激活，清除細胞內(nèi)異物和異常的細胞，從而維持機體平衡。

1 自噬的分類與活性檢測

根據(jù)細胞將物質(zhì)運到溶酶體內(nèi)的途徑不同，自噬分為以下幾種：①大自噬（macroautophagy），即為通常所說的自噬，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)來源的膜包繞待降解物形成自噬體，然后與溶酶體融合并降解其內(nèi)容物; ② 小自噬 （microautophagy），不形成自噬體，由溶酶體的膜直接包裹長壽命蛋白等，在溶酶體內(nèi)降解; ③ 分子伴侶介導的自噬 （chaperone-mediated autophagy， CMA）， 胞質(zhì)內(nèi)蛋白結(jié)合到分子伴侶后被轉(zhuǎn)運到溶酶體腔中，然后被溶酶體酶消化。CMA在清除蛋白質(zhì)時具有選擇性，其底物是可溶性蛋白質(zhì)分子，而前兩種方式則無明顯的選擇性。

自噬體的形成對自噬的發(fā)生與發(fā)展至關(guān)重要，但只有完整的自噬流才能清除損傷的線粒體和異常聚積的蛋白。微管相關(guān)膜蛋白輕鏈3 （microtuble associated protein light chain 3，LC3） 是自噬體膜上的標志性蛋白，分為可溶性的LC3-I和膜性的LC3-II。當自噬信號被激活，產(chǎn)生大量自噬體，LC3-II結(jié)合到自噬體膜上，自噬底物蛋白死骨片1 （p62） 通過LC3-II進入自噬體內(nèi)，p62水平降低，當自噬體與溶酶體結(jié)合，自噬體被降解，LC3-II濃度隨之降低^[1]，即自噬體的數(shù)量與LC3-II水平呈正相關(guān)，與p62水平成負相關(guān)。所以，可以采用Western blot檢測LC3的含量，或通過LC3和p62水平來判斷自噬流的強弱。另外，通過溶酶體抑制劑，抑制溶酶體的功能，使LC3積聚，通過比較不同組別LC3水平差異也可判斷自噬流的強度。

2 自噬與帕金森病 （Parkinsons disease， PD） 的關(guān)系

PD的典型病理特征為黑質(zhì)多巴胺 （dopamine， DA） 能神經(jīng)元退行性變性死亡和殘存的神經(jīng)元胞漿內(nèi)形成路易小體 （Lewy bodies， LBs），聚集的α-突觸核蛋白 （α-synuclein， α-syn）是LBs的主要結(jié)構(gòu)成分。α-syn是由SNCA基因指導合成的含150個氨基酸的小分子蛋白質(zhì)，正常生理狀態(tài)下為穩(wěn)定的α-螺旋結(jié)構(gòu)，不會產(chǎn)生細胞毒素作用，在參與DA 的生物合成、抵抗細胞損傷方面有重要作用。多種因素都可導致α-syn錯誤折疊并過度聚積，產(chǎn)生具有神經(jīng)毒性的寡聚體，增加細胞通透性促進細胞內(nèi)Ca²?濃度上升，胞內(nèi)離子濃度平衡被破壞，進而激活caspase蛋白酶系統(tǒng)，最終導致神經(jīng)元變性死亡。研究發(fā)現(xiàn)不溶性和突變的α-syn 主要通過自噬途徑清除，可溶性α-syn 則主要通過蛋白酶降解。α-syn的異常積聚抑制自噬途徑，而自噬途徑的抑制又導致α-syn的積聚，加重了DA能神經(jīng)元的損傷情況，進而形成一個惡性循環(huán)的病理過程^[2]。

3? PD相關(guān)基因與自噬

PD的致病機理復雜，是多種因素共同作用的結(jié)果。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了20余種家族性PD相關(guān)的基因，它們可以直接或間接地影響自噬過程，進而影響PD發(fā)病過程。我們選取較為重要的幾種基因與自噬的相互關(guān)系進行了綜述。

3.1? LRRK2與自噬

遺傳性家族PD發(fā)病的相關(guān)基因富含亮氨酸重復單位激酶2 （leucine-rich repeat kinase 2， LRRK2）可能與自噬相關(guān)。LRRK2基因突變可以增強LRRK2 激酶活性，影響神經(jīng)元生長，參與帕金森病發(fā)病過程。野生型LRRK2 可以通過CMA 途徑降解，突變型LRRK2則抑制CMA 降解途徑導致ɑ-syn 的堆積，其主要是通過結(jié)合溶酶體表面的Lamp2 抑制其正常功能^[3]。

3.2? DJ-1與自噬

DJ-1是一種由PARK7基因編碼、可以調(diào)節(jié)細胞器更新速度的蛋白質(zhì)。在正常生理狀態(tài)下，線粒體產(chǎn)生ROS進而上調(diào)自噬，使衰老、損傷的線粒體被清除。而突變型的DJ-1滅活ROS，溶酶體活性降低，使線粒體自噬減弱，導致?lián)p傷線粒體在細胞內(nèi)大量積聚，神經(jīng)元細胞發(fā)生退行性病變，最終導致PD。

3.3 PINK1/Parkin與自噬

PTEN誘導的假定激酶1 （PTEN-induced putative kinase 1， PINK1） 和Parkin是PD中介導線粒體自噬的兩個致病基因。PINK1位于Parkin的上游，二者共同調(diào)節(jié)線粒體自噬。當線粒體損傷時，PINK1到線粒體外誘導線粒體自噬，清除損傷的線粒體。但在PD患者中，PINK1與Pakin突變，PINK1到線粒體外膜的過程出現(xiàn)障礙，致使線粒體自噬清除作用被抑制，受損線粒體在細胞內(nèi)堆積，產(chǎn)生大量活性氧物質(zhì) （reactive oxygen species， ROS），進而造成了神經(jīng)元損傷^[4]。

3.4 ATP13A2與自噬

ATP13A2可以調(diào)節(jié)溶酶體活性，清除細胞內(nèi)損傷的蛋白或細胞器。ATP13A2基因缺失會導致細胞內(nèi)Zn²?穩(wěn)態(tài)失衡，引起溶酶體功能紊亂，降低溶酶體的吞噬降解能力，α-syn降解減少導致堆積和線粒體損傷，而ATP13A2的過表達則可以逆轉(zhuǎn)此現(xiàn)象^[5]。

3.5 UCH-L1與自噬

泛素C末端水解酶L1 （ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase L1， UCH-L1） 是一種僅在大腦、睪丸、卵巢和腫瘤周邊組織中表達的蛋白質(zhì)。UCH-L1的突變可以導致家族性PD，突變型的UCH-L1與CMA的底物具有高親和力，并與之結(jié)合，抑制CMA，導致α-syn積累，從而促進PD的發(fā)病進程。

4 自噬與PD治療

自噬與PD的密切關(guān)系提示我們，可以通過誘導激活自噬或增強溶酶體活性的方式調(diào)節(jié)自噬水平，減少α-syn聚積和受損傷細胞器的積累，抑制神經(jīng)元的變性壞死，從而為PD的治療提供一些新的治療參考。

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 （mammalian target of rapamycin， mTOR） 是自噬的負調(diào)節(jié)因子，而雷帕霉素是藥物自噬誘導劑，在哺乳動物細胞中，可以抑制mTOR的活性促進自噬，可以清除易聚集蛋白，保護細胞免于凋亡。海藻糖可以通過mTOR非依賴性途徑增強自噬，抑制α-syn的聚積，避免細胞死亡，減緩PD的病理變化，同時避免了雷帕霉素產(chǎn)生的較大副作用。mTOR依賴性與非依賴性自噬誘導劑聯(lián)合用藥，會產(chǎn)生累加效應，而且可以降低單獨用藥的給藥劑量，減少副作用，在帕金森癥的治療中具有十分廣闊的應用前景。另外，增強溶酶體活性，維持溶酶體的正常功能也有助于改善PD的病理變化。

5? 展望

自噬廣泛存在于機體中，維持細胞正常自噬功能，減少α-syn的異常聚集和損傷細胞器的積累，提高神經(jīng)元細胞的存活，對PD有重要作用。如何利用基因或藥理手段，激活自噬，實現(xiàn)對PD的有效治療，進而在不傷害機體的前提下有效激活自噬，仍是PD治療的一大挑戰(zhàn)。

參考文獻：

1. Tanida I， Ueno T， Kominami E. LC3 and Autophagy. Methods Mol Biol. 2008， 445：77-88.
2. Lin KJ， Lin KL， Chen SD， et al. The Overcrowded Crossroads： Mitochondria， Alpha-Synuclein， and the Endo-Lysosomal System Interaction in Parkinson's Disease. Int J Mol Sci. 2019， 20（21）：5312-5340.
3. Cogo S， Manzoni C， Lewis PA， et al. Leucine-rich repeat kinase 2 and lysosomal dyshomeostasis in Parkinson disease. J Neurochem. 2020，152（3）：273-283.
4. Miller S， Muqit MMK. Therapeutic approaches to enhance PINK1/Parkin mediated mitophagy for the treatment of Parkinson's disease. Neurosci Lett. 2019，705：7-13.
5. Bento CF， Ashkenazi A， Jimenez-Sanchez M， Rubinsztein DC. The Parkinson's disease-associated genes ATP13A2 and SYT11 regulate autophagy via a common pathway. Nat Commun. 2016，7：11803-11819.

【基金項目】國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（201810439041，201910439028）;山東省自然科學基金項目（ZR2019MH090）

作者簡介

袁小凡，焦劍橋 為本文共同第一作者。

通訊作者： 張昭強（1980-），男，副教授，博士，主要從事帕金森病的病因與防治的研究。