突觸囊泡蛋白2A參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病機(jī)制的研究進(jìn)展*

潘璽冬，王麗琨，韓 旭，伍國(guó)鋒

（1貴州醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，2貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院急診醫(yī)學(xué)科，貴州貴陽(yáng) 550001）

突觸囊泡蛋白2A（synaptic vesicle protein 2A，SV2A）是一種分布于突觸囊泡上的膜蛋白，在突觸囊泡中特異性表達(dá)。在突觸小體內(nèi)，SV2A 在正常的突觸囊泡的釋放和快速回收過(guò)程起重要作用。SV2A 參與多種神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過(guò)程［1］。SV2A 在突觸結(jié)構(gòu)中異常表達(dá)能夠影響突觸囊泡生理功能和引起突觸后膜電位異常。SV2A 下調(diào)可通過(guò)囊泡胞吐及內(nèi)吞作用減弱、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）表達(dá)量降低及準(zhǔn)備釋放池（readi?ly releasable pool，RRP）區(qū)域變小等途徑，誘發(fā)癲癇、阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）等相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病癥狀。

1 SV2A下調(diào)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生

人類SV2A基因主要位于1 號(hào)染色體的長(zhǎng)臂，由14 565 個(gè)堿基對(duì)組成，負(fù)責(zé)編碼4 353 個(gè)堿基對(duì)的mRNA，并且翻譯由742 個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)（約83 kD）［2］。微小RNA-485 調(diào)控突觸前蛋白SV2A［3］。SV2A 屬于主要協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族的一員，是糖、氨基酸和其他組分的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白［4］。SV2A上有N端模序，包含1個(gè)具有3個(gè)N端糖基化位點(diǎn)的大環(huán)和12個(gè)疏水區(qū)的小環(huán)［5］。SV2A通過(guò)調(diào)節(jié)交感神經(jīng)元突觸前電壓依賴性鈣離子通道的開(kāi)放，促使鈣離子內(nèi)流，維持正常的囊泡循環(huán)［6］。

在SD 大鼠杏仁核癲癇模型中觀察到SV2A 表達(dá)下調(diào)會(huì)導(dǎo)致耐藥性癲癇［7］。在小鼠癲癇模型中觀察到當(dāng)SV2A 缺乏時(shí)，小鼠的癲癇易感性會(huì)增加并且會(huì)加速癲癇病程進(jìn)展［8］。SV2A表達(dá)量下降導(dǎo)致突觸結(jié)合蛋白1（synaptotagmin-1，Syt-1）活性下降，可能是癲癇發(fā)病的關(guān)鍵步驟［9］。左乙拉西坦（levetiracetam）是SV2A 的靶向治療藥物，不僅能夠改善精神分裂癥模型的大鼠認(rèn)知能力［10］，還能治療癲癇的部分性發(fā)作、肌陣攣發(fā)作和強(qiáng)直性陣攣性發(fā)作［11］。已證實(shí)AD患者海馬區(qū)的SV2A 表達(dá)下調(diào)［12］。通過(guò)對(duì)43 名AD患者與認(rèn)知正常者的大腦進(jìn)行高分辨率正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像掃描，顯示AD 患者的大腦內(nèi)側(cè)、顳葉和新皮層區(qū)的SV2A 表達(dá)量較認(rèn)知正常者顯著減少［13］。通過(guò)高分辨率正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像掃描，顯示12 例帕金森病患者黑質(zhì)的SV2A 表達(dá)量較對(duì)照組減少約45%［14］。上述研究提示，SV2A 表達(dá)量的下降可能會(huì)導(dǎo)致癲癇發(fā)作加重，耐藥性癲癇、AD和帕金森病癥狀加重。

2 SV2A 下調(diào)可使囊泡胞吐和內(nèi)吞作用減弱，繼而導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生

突觸小體是一個(gè)神經(jīng)元的軸突末梢經(jīng)過(guò)多次分支，最后每一小支的末端膨大呈杯狀或球狀。突觸小體可以與多個(gè)神經(jīng)元的細(xì)胞體或樹(shù)突相接觸，形成突觸。突觸由突觸前膜、突觸間隙和突觸后膜三部分構(gòu)成，其中突觸前膜也稱為突觸小體膜；突觸間隙是突觸前膜與后膜之間無(wú)胞漿聯(lián)系的均勻一致的裂隙部分；突觸后膜是鄰近間隙的次一級(jí)神經(jīng)元或效應(yīng)器細(xì)胞上的膜。突觸囊泡是突觸前神經(jīng)末梢的分泌性細(xì)胞器，能儲(chǔ)存大量神經(jīng)遞質(zhì)并將其釋放到突觸間質(zhì)，最終與突觸后膜特異性受體結(jié)合。當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)到突觸前膜時(shí)突觸囊泡與前膜融合，以胞吐的方式將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙內(nèi)，遞質(zhì)與突觸后膜特異性受體結(jié)合，改變突觸后膜對(duì)離子的通透性，根據(jù)神經(jīng)遞質(zhì)不同從而突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生興奮或抑制作用。

SV2A 參與神經(jīng)突觸囊泡的胞吐過(guò)程［15］，是控制突觸囊泡胞吐過(guò)程的關(guān)鍵蛋白［16］。胞吐過(guò)程是指含有神經(jīng)遞質(zhì)的突觸囊泡移動(dòng)到突觸前膜，并與突觸前膜融合將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙的過(guò)程。在生理狀態(tài)下，突觸囊泡的胞吐維持神經(jīng)遞質(zhì)正常釋放，是大腦學(xué)習(xí)和記憶功能所必需的。胞吐作用異常與AD、精神分裂癥、多動(dòng)癥、唐氏綜合癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病有重大關(guān)系［17］?？傊?，SV2A 下調(diào)可使突觸囊泡的胞吐作用減弱，繼而導(dǎo)致AD 和精神分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生。

SV2A 參與囊泡的正常內(nèi)吞過(guò)程，若其第1 個(gè)內(nèi)吞基因突變?yōu)镾V2A-Y46A，則相應(yīng)神經(jīng)元中的神經(jīng)傳遞或囊泡內(nèi)吞出現(xiàn)異常［18］。當(dāng)SV2A 上的氨基酸序列發(fā)生突變時(shí)，突觸囊泡的內(nèi)吞作用將無(wú)法正常進(jìn)行［19］。內(nèi)吞過(guò)程是膜從突觸前膜回收到細(xì)胞器膜的過(guò)程，維持突觸前膜面積的動(dòng)態(tài)平衡。突觸囊泡的內(nèi)吞作用異常會(huì)導(dǎo)致多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生，如癲癇和AD［20］。因此，SV2A 發(fā)生突變可能使囊泡的內(nèi)吞作用無(wú)法正常發(fā)揮，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生。

3 SV2A 表達(dá)異常使突觸前膜發(fā)生相應(yīng)變化，最終導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生

3.1 SV2A 下調(diào)可使ATP 水平降低，繼而導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生 SV2A 可調(diào)控ATP 的啟動(dòng)過(guò)程，已證實(shí)SV2A 有特定的ATP 結(jié)合位點(diǎn)［21］。在胃竇黏液細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)SV2A在維持ATP的啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用［22］。ATP 與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，包括AD、癲癇和亨廷頓?。?3-24］。突觸小體內(nèi)ATP 的局部合成障礙可能會(huì)影響突觸囊泡的啟動(dòng)釋放過(guò)程［25］。當(dāng)突觸小體內(nèi)ATP 含量降低時(shí)，突觸囊泡的內(nèi)吞和胞吐作用將被抑制［26］。突觸囊泡的內(nèi)吞和胞吐作用異常與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生有關(guān)［17，20］。因此，SV2A 下調(diào)可能使ATP 無(wú)法正常啟動(dòng)，再通過(guò)影響囊泡的釋放、內(nèi)吞和胞吐作用而導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生。

3.2 SV2A 下調(diào)可使RRP 區(qū)域變小，影響囊泡的正常釋放，繼而導(dǎo)致癲癇發(fā)作 RRP 是突觸囊泡在突觸內(nèi)聚集準(zhǔn)備釋放與突觸前膜融合的區(qū)域［27］。囊泡在突觸小體內(nèi)分別在儲(chǔ)存池、循環(huán)池和RRP匯聚，最終在RRP 區(qū)域上接收信號(hào)刺激后，立即與突觸前膜融合，將囊泡從突觸前膜釋放到突觸間隙［28］。已證實(shí)RRP 區(qū)域的大小影響著囊泡釋放的比例，是衡量突觸可塑性的重要指標(biāo)［28］。囊泡的異常釋放可能引起癲癇發(fā)作［29］，突觸小體內(nèi)的SV2A通過(guò)維持RRP區(qū)域的大小來(lái)指導(dǎo)正常的突觸傳遞［6］。在大鼠神經(jīng)元突觸中注射小干擾RNA 以敲減突觸中的SV2A基因，可導(dǎo)致RRP 區(qū)域變小和RRP 恢復(fù)減弱［30］?？傊琒V2A下調(diào)使RRP區(qū)域變小及RRP恢復(fù)減弱，繼而使突觸囊泡產(chǎn)生異常釋放，從而導(dǎo)致了癲癇發(fā)作。

3.3 SV2A 可破壞不同神經(jīng)遞質(zhì)間的平衡，導(dǎo)致癲癇發(fā)作 神經(jīng)遞質(zhì)是指在突觸傳遞中是擔(dān)當(dāng)“信使”的特定化學(xué)物質(zhì)，包括γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）和谷氨酸。當(dāng)谷氨酸增多，誘發(fā)癲癇發(fā)作的閾值會(huì)降低，易誘發(fā)癲癇發(fā)作［31-33］。在癲癇患者的神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)其釋放谷氨酸和GABA 數(shù)量增多，提示癲癇發(fā)作與神經(jīng)遞質(zhì)平衡紊亂有密切關(guān)系［34］。SV2A 均存在于含有GABA 和谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡膜［35］，但主要在GABA 能神經(jīng)末端表達(dá)［34，36］。SV2A 表達(dá)下降會(huì)導(dǎo)致谷氨酸能和GABA 能的神經(jīng)遞質(zhì)數(shù)量發(fā)生異常變化［37］，已證實(shí)SV2A缺失會(huì)導(dǎo)致GABA 能神經(jīng)遞質(zhì)數(shù)量減少［2，37-38］。SV2A 對(duì)海馬區(qū)的GABA 能神經(jīng)遞質(zhì)有特異性調(diào)控作用［39］。當(dāng)SV2A 上調(diào)時(shí)，谷氨酸通過(guò)減少抑制作用的神經(jīng)元間的囊泡循環(huán)，而相對(duì)增強(qiáng)神經(jīng)興奮性，導(dǎo)致患者的癲癇持續(xù)發(fā)作［36］。

3.4 SV2A 下調(diào)使突觸小體內(nèi)Syt-1 表達(dá)量下降，繼而導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病 Syt-1是一種囊泡的外側(cè)膜蛋白并扮演“Ca2+傳感器”的角色，有C2A 和C2B 區(qū)域［40-41］。Syt-1 在神經(jīng)遞質(zhì)的正常傳遞過(guò)程中扮演著重要角色，其表達(dá)異常會(huì)導(dǎo)致癲癇發(fā)作［42］。Syt-1 可導(dǎo)致癲癇大鼠行為缺陷，包括空間學(xué)習(xí)和記憶的發(fā)展、焦慮和增加運(yùn)動(dòng)等表現(xiàn)［43］。已證實(shí)Syt-1 與早衰素1 結(jié)合，導(dǎo)致淀粉樣蛋白肽的局部積累［44］，而淀粉樣蛋白肽在細(xì)胞內(nèi)積累是AD 發(fā)病的主要原因之一［45］。SV2A 的肽鏈上的N 端第57 位氨基酸與Syt-1的C2B 結(jié)構(gòu)域相結(jié)合［46］，在生理狀態(tài)下，Syt-1 與SNARE（solubleN-ethylmaleimide-sensitive factor at?tachment protein receptor）蛋白結(jié)合，啟動(dòng)突觸囊泡與突觸前膜融合，促使囊泡釋放到突觸間隙［47］。SV2A可調(diào)節(jié)Syt-1 的活性［37］。當(dāng)SV2A 上調(diào)，突觸小體內(nèi)的囊泡外側(cè)膜上Syt-1 的表達(dá)量增加［48］；當(dāng)SV2A 下調(diào)時(shí)，由于囊泡內(nèi)吞功能減弱，從突觸間隙回收到突觸前膜的Syt-1 數(shù)量相對(duì)減少，導(dǎo)致突觸間隙的Syt-1數(shù)量相對(duì)增加，并且序列分子量較正常Syt-1 的序列分子量減少［9，49］。SV2A 的氨基酸末端被酪蛋白激酶1 家族的成員高度磷酸化可增加SV2A 對(duì)Syt-1 的親和力［50］，且SV2A 的磷酸化作用可以調(diào)節(jié)Syt-1 表達(dá)量［51］。因此，SV2A 的表達(dá)量與突觸小體內(nèi)的Syt-1數(shù)量呈正相關(guān)，且SV2A 磷酸化會(huì)提高其對(duì)Syt-1 的親和力。SV2A 下降將使Syt-1 的序列分子量和突觸小體內(nèi)Syt-1的表達(dá)量減少，導(dǎo)致AD或癲癇發(fā)作。

4 SV2A 下調(diào)使突觸后膜去極化頻率增加，進(jìn)一步導(dǎo)致癲癇發(fā)作

突觸后電位是以神經(jīng)遞質(zhì)為介導(dǎo)的化學(xué)傳遞作用到突觸后膜上的受體，轉(zhuǎn)變成膜電位的變化，包括抑制性突觸后電流（inhibitory postsynaptic current，IPSC）和興奮性突觸后電流（excitatory postsynaptic current，EPSC）。在生理?xiàng)l件下，SV2A缺失使IPSC的振幅和頻率均減弱，但是EPSC 僅表現(xiàn)為頻率增加［50］。癲癇發(fā)作是神經(jīng)元反復(fù)異常放電引起的［29］，是神經(jīng)元膜去極化級(jí)聯(lián)的結(jié)果［52］。癲癇動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)突觸活動(dòng)達(dá)到最大時(shí)，EPSC 和IPSC 的振幅均降低［50］。SV2A 參與突觸后膜電位形成過(guò)程。SV2A和SV2B的缺失并不會(huì)改變突觸的鈣親和力，但是會(huì)降低鈣的總釋放量，并且IPSC 不會(huì)隨著鈣劑量的增加而發(fā)生任何變化［53］。當(dāng)SV2A 下降時(shí)，不僅小鼠CA1 椎體神經(jīng)元的自發(fā)興奮電流頻率明顯增加，自發(fā)抑制性電流的頻率和振幅均降低，而且微小興奮性電流和微小抑制性電流并沒(méi)有發(fā)生任何改變［54］。整合效應(yīng)是興奮性電位頻率增加［52］。綜上所述，SV2A 下調(diào)會(huì)導(dǎo)致突觸后電位去極化頻率增加，繼而導(dǎo)致癲癇發(fā)作。

5 展望

在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，SV2A 下調(diào)可通過(guò)囊泡胞吐和內(nèi)吞作用減弱、ATP 表達(dá)量降低及RRP 區(qū)域變小等途徑，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生或加重。但是目前研究尚未闡明：如果SV2A 下調(diào)，不同神經(jīng)遞質(zhì)的數(shù)量變化之后的整合效應(yīng)；SV2A 是如何影響突觸囊泡的轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌的確切作用機(jī)制；如果SV2A 下調(diào)，半乳糖轉(zhuǎn)運(yùn)是否會(huì)出現(xiàn)異常，繼而導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生。期待SV2A 在突觸中的作用機(jī)制能有進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，明確其與神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病的機(jī)制，為治療疾病提供生理病理基礎(chǔ)。只有明確SV2A 在突觸中的作用機(jī)制，才可能使其成為未來(lái)治療AD 等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的有效潛在靶點(diǎn)。