14-3-3蛋白與神經(jīng)精神疾病及針灸靶向相關性研究*

吳宇蔚 喬海法 楊曉航

(1.陜西中醫(yī)藥大學針灸推拿學院，陜西 咸陽 712046;2.陜西省針藥結合重點實驗室，陜西 咸陽 712046;3.咸陽市神經(jīng)生物學(針灸)重點實驗室，陜西 咸陽 712046；4.陜西中醫(yī)藥大學醫(yī)學技術學院，陜西 咸陽 712046)

14-3-3蛋白是一類廣泛存在于真核生物中的酸性蛋白家族，該蛋白家族主要通過磷酸化靶蛋白中絲氨酸/蘇氨酸位點，影響靶蛋白的活性、穩(wěn)定性及亞細胞定位[1]，從而發(fā)揮多種生物學功能。有研究表明，與14-3-3蛋白作用的靶蛋白高達幾百種，這些靶蛋白通過不同的機制參與調控大量的細胞生物學過程[2]。14-3-3蛋白高度表達在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)中，約占其總可溶性蛋白的1%左右。因此，14-3-3蛋白參與神經(jīng)元突起生長，神經(jīng)發(fā)生、分化、遷移和存活以及調節(jié)離子通道，受體運輸，神經(jīng)遞質釋放，突觸傳遞和可塑性等多種神經(jīng)過程是毋庸置疑的[3-6]。另外，14-3-3蛋白功能缺失與多種神經(jīng)疾病的發(fā)生有關，例如神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)發(fā)育疾病和神經(jīng)精神疾病等[7-9]。雖然目前的研究發(fā)現(xiàn)14-3-3蛋白與多種神經(jīng)疾病有關，但是其精確的神經(jīng)生理機制尚不清楚。鑒于14-3-3蛋白的重要性及神經(jīng)精神疾病對個人、他人及社會的危害性，本文就14-3-3蛋白在神經(jīng)精神疾病中的作用進行綜述。

1 14-3-3蛋白及其家族

Moore和Perez于1967年首次在牛腦中發(fā)現(xiàn)14-3-3蛋白，其在DEAE-纖維素柱層析中第14級餾分中洗脫，并且在凝膠電泳中遷移至第3.3位置,因此14-3-3蛋白根據(jù)其特殊的洗脫和遷移模式而命名[10]。14-3-3蛋白是一類結構和功能相對保守的酸性蛋白家族。迄今為止，在哺乳動物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了7種14-3-3蛋白亞型，分別為β，γ，ε，η，σ，ζ和θ[11]。14-3-3蛋白家族高度螺旋的結構組成同源或異源二聚體，形成一個類似“杯狀”的凹槽結構，該凹槽結構是其與靶蛋白結合并發(fā)揮功能的關鍵區(qū)域[12]。14-3-3蛋白家族與靶蛋白通過蛋白質-蛋白質相互作用(protein-protein interactions，PPI)，磷酸化靶蛋白中絲氨酸/蘇氨酸位點，改變靶蛋白的構象、穩(wěn)定性、亞細胞定位或活性來發(fā)揮特定的生物學功能[1]。

14-3-3蛋白家族雖然廣泛表達在哺乳動物各類組織或細胞中，但其在CNS中表達最為豐富[13]。因此，14-3-3蛋白家族參與各種神經(jīng)生理過程也就不足為奇了。例如，14-3-3ε蛋白的敲低導致全反式視黃酸(all-trans retinoic acid，atRA)介導的神經(jīng)元突起減少[3]；14-3-3ε/ζ雙基因敲除小鼠導致神經(jīng)元遷移缺陷和癲癇發(fā)作[4]；干擾海馬神經(jīng)元中14-3-3蛋白能夠促進Cav2.2離子通道失活并增強突觸的短時程抑制(short-term depression，STD)[14]。以上結果表明，14-3-3蛋白家族對神經(jīng)元突起的生長、增殖、分化以及調節(jié)離子通道、突觸傳遞和突觸可塑性起著至關重要的作用。另外，越來越多的證據(jù)表明14-3-3蛋白功能失調與多種腦疾病密切相關，例如帕金森綜合征、阿爾茨海默病、克雅氏病、精神分裂癥等等[15-17]。

2 14-3-3蛋白與精神疾病

近年來，隨著14-3-3蛋白亞型的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，14-3-3蛋白家族與復雜的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間的關系成為人們普遍關注的焦點，使得14-3-3蛋白家族與包括精神分裂癥、雙相情感障礙、自閉癥譜系障礙等神經(jīng)精神疾病之間的聯(lián)系有了更深層次的認識。下面主要對14-3-3蛋白與精神分裂癥、雙相情感障礙、自閉癥譜系障礙等精神疾病的關系進行逐一介紹。

2.1精神分裂癥 精神分裂癥是一種由遺傳、環(huán)境、壓力及心理等多種因素引起的慢性精神疾病，其臨床癥狀復雜多樣，個體差異較大，最常見的臨床表現(xiàn)主要有感覺知覺障礙、情感障礙、認知功能障礙及行為缺陷。目前的觀點普遍認為，精神分裂癥是在神經(jīng)發(fā)育過程中神經(jīng)元遷移和突觸形成異常引起的[18]。雖然人們對神經(jīng)元遷移和突觸形成異常引發(fā)精神分裂癥的原因還不是特別清楚，但是大量臨床和動物研究表明14-3-3蛋白家族與精神分裂癥的發(fā)生密切相關。

神經(jīng)蛋白質組學研究表明，精神分裂癥患者死后大腦組織中14-3-3ζ蛋白表達水平顯著下調，并且該蛋白是與精神分裂癥高度相關的、僅有的20種蛋白質之一[19-21]，因此14-3-3ζ蛋白水平的變化被認為是精神分裂癥發(fā)病的高危因素；同時，對精神分裂癥患者死后大腦背外側前額葉皮層(dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC)進行定量PCR分析，結果發(fā)現(xiàn)14-3-3ζ蛋白的mRNA轉錄水平也顯著降低[22]。由于大量臨床研究發(fā)現(xiàn)14-3-3ζ蛋白與精神分裂癥有關，于是用于研究精神分裂癥的14-3-3ζ基因敲除小鼠模型應運而生。最近的一項研究表明，14-3-3ζ基因敲除小鼠表現(xiàn)出認知功能障礙，包括學習記憶能力降低、多動和感覺運動門控中斷等精神分裂癥行為[23]。另外，14-3-3ζ基因敲除后，小鼠腦組織的形態(tài)發(fā)生了改變，特別是海馬CA3區(qū)樹突棘的密度顯著降低[24-25]。這些形態(tài)學的變化作為精神分裂癥的檢測標志，進一步驗證了該敲除小鼠模型在精神分裂癥中的實用性。

隨著研究的深入，研究人員也發(fā)現(xiàn)其它14-3-3蛋白亞型與精神分裂癥有關。例如，在精神分裂癥患者大腦中發(fā)現(xiàn)14-3-3β，γ，ε，η，σ和θ蛋白的mRNA轉錄水平均顯著降低[9]；并且14-3-3η蛋白的mRNA轉錄水平在精神分裂癥患者小腦中顯著降低[26]。研究者為了進一步細化14-3-3蛋白亞型在精神分裂癥中的作用，因此建立了多種14-3-3蛋白亞型敲除小鼠模型。例如喬海法等[27]構建了14-3-3蛋白功能敲除(FKO)小鼠模型，該FKO小鼠能夠在大腦中表達14-3-3蛋白亞型非依賴性抑制肽，從而抑制大腦中所有14-3-3蛋白的功能。隨后，研究人員利用該小鼠模型對精神分裂癥進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)14-3-3蛋白FKO小鼠表現(xiàn)出焦慮、感覺運動障礙、工作記憶損傷和社會退縮等精神分裂癥核心癥狀，以及樹突棘密度降低、突觸可塑性改變等等[27-28]。另一項研究表明，14-3-3ε基因敲除小鼠同樣表現(xiàn)出認知功能障礙及焦慮行為等精神分裂癥癥狀[29]?？傊?，利用以上基因敲除小鼠模型并結合其他分子、形態(tài)、電生理等技術手段能夠更好地研究精神分裂癥的發(fā)病過程并有助于開發(fā)新的藥物療法。

2.2雙相情感障礙 雙相情感障礙(bipolar disorder，BD)又名雙相障礙，是一種伴隨躁狂和抑郁特征的嚴重的精神疾病，其臨床表現(xiàn)既有情緒高漲、言語活動增加和精力充沛等癥狀，又有情緒低落、快感缺失、言語活動減少和疲乏遲鈍等特征[30]。一些研究表明，雙相情感障礙和精神分裂癥存在某些共同的臨床表現(xiàn)和部分重疊的候選風險基因[31-32]，因此14-3-3蛋白可能與雙相情感障礙疾病存在著一定的聯(lián)系。確實，單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)分析顯示14-3-3蛋白基因與雙相情感障礙疾病之間存在關聯(lián)[32-36]。

定量PCR分析結果顯示，雙相情感障礙患者死后DLPFC腦區(qū)14-3-3ζ蛋白的mRNA轉錄水平顯著降低[22]。DNA微陣列研究顯示，雙相情感障礙患者死后大腦中14-3-3θ，ε，σ蛋白的mRNA轉錄水平均顯著降低[33,37]。另外有一項證據(jù)表明，14-3-3ε確實在漢族人群發(fā)生的雙相情感障礙中發(fā)揮了主要作用[38]。目前，了解14-3-3蛋白與雙相情感障礙疾病之間的關系都主要來源于臨床研究，關于14-3-3蛋白在雙相情感障礙疾病中的作用以及通過何種靶蛋白來發(fā)揮作用還知之甚少。

2.3自閉癥譜系障礙 自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorder，ASD)是一種廣泛性神經(jīng)發(fā)育障礙，又稱自閉癥或孤獨癥，是一種兒童神經(jīng)發(fā)育障礙疾病。該病以兒童語言障礙、社會交往障礙、興趣異常及固執(zhí)行為為主要特征[39]。迄今為止，自閉癥的病因及發(fā)病的分子機制尚不清楚，一般認為，遺傳和環(huán)境因素的相互作用是自閉癥發(fā)病的主要原因。而自閉癥的遺傳結構由數(shù)百種常見和罕見的變異組合形成，并且這種遺傳結構的個體差異較大[40]。因此在廣泛異質的遺傳背景下，找到與自閉癥表型相關的基因序列對研究自閉癥的病因尤為重要。

最近，一種被稱為17p13.3微重復綜合征的新遺傳綜合征被鑒定出來，其特征是17p13.3染色體中存在大小不一的基因重復序列。有研究表明，17p13.3染色體中這些微重復基因序列與自閉癥表型高度相關[41]，并且17p13.3染色體中這些微重復基因序列包含編碼14-3-3ε蛋白的YWHAE基因，這說明14-3-3ε蛋白與自閉癥的發(fā)生有關。此外，14-3-3蛋白通過結合并穩(wěn)定一種將血清素轉化為褪黑激素的靶蛋白——芳基烷基胺N-乙酰轉移酶(AANAT)來調節(jié)褪黑激素的合成[42]。有研究表明，自閉癥患者體內褪黑激素的基礎水平顯著降低[43]，并且自閉癥患者體內14-3-3蛋白表達水平顯著降低，這可能導致褪黑激素的合成受損[42]。以上研究表明，14-3-3蛋白可能通過調節(jié)褪黑激素的形成導致自閉癥的發(fā)生。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)細胞粘附分子2(neural cell adhesion molecule 2，NCAM2)表達基因與自閉癥等神經(jīng)發(fā)育疾病有關，并且在自閉癥患者中發(fā)現(xiàn)表達NCAM2基因的缺失[44]；蛋白組學和細胞生物學研究表明，NCAM2調節(jié)神經(jīng)元軸突和樹突的分化需要細胞骨架相關蛋白MAP2和14-3-3γ/ζ蛋白的相互作用[45]。另外，動物研究也表明，14-3-3ζ基因敲除小鼠表現(xiàn)出認知功能障礙等精神分裂癥和自閉癥行為[25]。以上這些研究都有力地證明了14-3-3蛋白與自閉癥有關，但是14-3-3蛋白如何引起神經(jīng)元結構和功能可塑性異常的分子機制還有待進一步研究。

3 針灸治療精神疾病的靶向研究展望

近年來對針灸治療情感障礙及精神疾病的研究越來越多。隨著對精神疾病機制研究的深入，對針灸作用靶向的研究也有更多的報道。如有學者基于免疫系統(tǒng)和大腦之間的復雜相互作用從免疫學角度入手，發(fā)現(xiàn)促炎性細胞因子和自身循環(huán)抗體會影響大腦導致情緒、行為和認知的改變[46]。IL-6 過表達可引起免疫功能調節(jié)紊亂，由此產(chǎn)生的免疫損傷與精神分裂癥密切相關[47]。在評價電針聯(lián)合氯氮平治療精神分裂癥的臨床療效的基礎上，發(fā)現(xiàn)電針合并氯氮平的療效優(yōu)于單純的氯氮平組，而且顯著抑制 IL-6的表達[48]。毫無疑問，由于針灸可調節(jié)神經(jīng)內分泌免疫及針灸自身的作用特點，因此，針灸對情感障礙及精神疾病的治療也多靶向的，這些年的研究也證明了這一點。

大量研究已經(jīng)表明14-3-3蛋白與多種精神疾病有關，但是14-3-3蛋白與眾多靶蛋白通過PPIs來調控精神疾病發(fā)病的分子機制還有待進一步研究，隨著基因敲除技術和電生理技術的廣泛應用，相信人們在分子、突觸及環(huán)路水平對14-3-3蛋白與神經(jīng)精神疾病之間的關系會有更加深刻的認識。14-3-3蛋白作為體內廣泛表達的一種調節(jié)蛋白，與神經(jīng)內分泌免疫密切相關，因此，以14-3-3蛋白為靶向，研究針灸治療精神疾病的機制不但有助于闡明針灸治療情感障礙及精神疾病的神經(jīng)內分泌免疫機制，而且，也有助于這類疾病其他治療手段如新藥的研發(fā)。