袁曉琴郭曉燕商慧芳

·綜 述·

帕金森病的朊蛋白病樣作用機制研究進展

袁曉琴*郭曉燕*商慧芳*

帕金森病 α突觸核蛋白 朊病毒

帕金森?。≒arkinson disease,PD）是第二常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病。PD最主要的病理學(xué)特征是黒質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)路易小體（其主要成分是錯誤折疊的α-突觸核蛋白）形成[1]。目前，PD確切的病因和發(fā)病機制尚未明確，可能與遺傳、環(huán)境、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、免疫炎癥等多種因素共同作用有關(guān)[2]。最近，有研究表明，作為PD發(fā)病機制中的重要環(huán)節(jié)--異常聚集的α-突觸核蛋白[3]，具有與朊蛋白相似的作用方式[4]，即能夠在細胞內(nèi)發(fā)生錯誤折疊并引發(fā)異常聚集，以及在細胞間發(fā)生轉(zhuǎn)移而在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)播散，因此PD可能具有與朊蛋白病類似的病理過程，也可能是一種朊蛋白病，本文就這方面的研究內(nèi)容綜述如下：

1 朊蛋白和朊蛋白病

人類朊蛋白（prion protein,PrP）由位于20號染色體短臂的朊蛋白基因（PRNQ）編碼，有兩種異構(gòu)體，分別是存在于正常細胞的正常朊蛋白（PrPC）和導(dǎo)致朊蛋白病異常羊瘙癢病的病理性朊蛋白（PrPSC）。兩種異構(gòu)體的氨基酸序列無差別，但蛋白質(zhì)的空間構(gòu)型不同。正常朊蛋白（PrPC）是α-螺旋結(jié)構(gòu)的水溶性蛋白質(zhì)，能被蛋白酶水解，其生物學(xué)功能目前還不明確。病理性朊蛋白（PrPSC）則是錯誤折疊的β-片層狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，不溶于水，亦不能被蛋白酶水解[5]。PrPSC的作用方式包括：①PrPSC在細胞內(nèi)傳染擴增：細胞內(nèi)錯誤折疊的PrPSC可以促使PrPC發(fā)生構(gòu)象改變從而轉(zhuǎn)變?yōu)镻rPSC；②PrPSC在細胞之間轉(zhuǎn)移：PrPSC可以在受累細胞與正常細胞之間進行轉(zhuǎn)移，并引發(fā)宿主細胞內(nèi)PrPC錯誤折疊導(dǎo)致構(gòu)象改變從而轉(zhuǎn)化為PrPSC[6]。不斷積累增多的PrPSC沉積在腦組織中，可引起神經(jīng)細胞退行性改變，導(dǎo)致散發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，稱為朊蛋白病[7]。

2 α-突觸核蛋白與PD

α-突觸核蛋白是一個由140個氨基酸組成的蛋白質(zhì)，主要存在于突觸前神經(jīng)元。其功能可能與神經(jīng)元的可塑性、細胞分化、囊泡運輸和多巴胺攝取的調(diào)節(jié)有關(guān)[8-9]。α-突觸核蛋白包括3個結(jié)構(gòu)域：①氨基末端結(jié)構(gòu)域，能夠與細胞膜的脂質(zhì)結(jié)合形成α螺旋結(jié)構(gòu)，進而引起α-突觸核蛋白錯誤折疊并引發(fā)聚集；②非淀粉樣成分結(jié)構(gòu)域（non-am?yloid component，NAC），當錯誤折疊發(fā)生，其隨機卷曲結(jié)構(gòu)可以形成片層，導(dǎo)致纖維形成；③非結(jié)構(gòu)化形式的羧基末端結(jié)構(gòu)域，能夠抑制纖維形成。這3個結(jié)構(gòu)域都與α突觸核蛋白聚集的發(fā)生密切相關(guān)。正常情況下α-突觸核蛋白以非折疊的結(jié)構(gòu)形式存在于細胞漿，當其氨基末端結(jié)構(gòu)域結(jié)合到細胞膜，就形成了α-螺旋結(jié)構(gòu)[10]，該結(jié)構(gòu)進一步在細胞膜上發(fā)生錯誤折疊和聚集[11]，NAC結(jié)構(gòu)域由無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)形成β-片層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致α-突觸核蛋白原纖維和纖維形成[12]。

通過比較我們發(fā)現(xiàn)，α-突觸核蛋白和朊蛋白分別作為PD和朊蛋白病最主要的病理學(xué)特征，作用方式存在以下相同之處：①α-突觸核蛋白與朊蛋白在生理狀態(tài)下都主要以無結(jié)構(gòu)或α-螺旋結(jié)構(gòu)的形式存在，但是在表達量較高或發(fā)生突變時可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓?片層的構(gòu)象從而發(fā)生錯誤折疊，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的異常聚集，最終導(dǎo)致神經(jīng)元變性；②錯誤折疊的蛋白質(zhì)能夠作為模板繼續(xù)引發(fā)更多正常構(gòu)象的蛋白質(zhì)發(fā)生聚集；③錯誤折疊的蛋白質(zhì)均能被神經(jīng)元攝取并且能夠在細胞之間進行轉(zhuǎn)移。以下，文章將從α-突觸核蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的播散、轉(zhuǎn)移、聚集、分泌及攝取等方面進行介紹。

3 α-突觸核蛋白的作用方式

3.1 α-突觸核蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的播散Braak等對不同病程PD患者的研究發(fā)現(xiàn)，在PD的不同病程階段，α突觸核蛋白按照特定的順序在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)播散。在無癥狀的臨床前期，α-突觸核蛋白出現(xiàn)在嗅球和舌咽迷走神經(jīng)背核；運動癥狀早期，α-突觸核蛋白出現(xiàn)在黒質(zhì)、中腦、基底節(jié)；臨床晚期，α-突觸核蛋白彌散的分布在整個大腦皮層[13]。雖然每一例患者隨疾病進展神經(jīng)細胞發(fā)生變性的順序與Braak假說提出的順序不完全相同[14]，但這一假說為α-突觸核蛋白通過朊蛋白樣作用機制在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)播散，從而導(dǎo)致發(fā)病的假說提供了一定的理論依據(jù)[15-16]。

3.2 α-突觸核蛋白在細胞間的轉(zhuǎn)移2009年Desplats[17]和他

的同事將小鼠的皮層神經(jīng)元干細胞移植到能夠表達人類α-突觸核蛋白的轉(zhuǎn)基因小鼠的海馬中，4周后發(fā)現(xiàn)約15%移植神經(jīng)元干細胞內(nèi)的人α-突觸核蛋白陽性，表明人α-突觸核蛋白纖維從宿主神經(jīng)元轉(zhuǎn)移入移植神經(jīng)元；2011年，Hansen等[18]將野生型胚胎鼠的中腦多巴胺能神經(jīng)元移植到能夠穩(wěn)定表達人類α-突觸核蛋白的小鼠紋狀體，6個月后，移植的多巴胺能神經(jīng)元中出現(xiàn)異常聚集的人α-突觸核蛋白纖維。

這些研究都表明，錯誤折疊的α-突觸核蛋白纖維能夠以類似朊蛋白的作用方式在細胞間轉(zhuǎn)移，，促進受體細胞中的α-突觸核蛋白發(fā)生聚集。

3.3 α-突觸核蛋白的異常聚集Volpicelli-Daley等[19]將純化的重組人α-突觸核蛋白纖維注射入培養(yǎng)的原代海馬神經(jīng)元細胞中，導(dǎo)致內(nèi)源性的α-突觸核蛋白聚集，形成類似路易小體的包涵體，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。隨后，研究者將純化的重組人α-突觸核蛋白纖維注射入野生型小鼠背側(cè)紋狀體中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在與小鼠紋狀體相鄰的多個腦結(jié)構(gòu)中都觀察到了類似路易小體的包涵體[20]。

此外，Mougenot等[21]從過度表達人A53T突變α-突觸核蛋白的老年發(fā)病小鼠（12～18個月）腦組織勻漿中提取不溶的α-突觸核蛋白聚集物，將它注射入年青的轉(zhuǎn)基因小鼠（7～9周）腦中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)年青的小鼠腦中出現(xiàn)α-突觸核蛋白聚集并出現(xiàn)早期PD癥狀。而將SNCA基因敲除的小鼠接受注射后，卻沒有出現(xiàn)α-突觸核蛋白的聚集，也沒有出現(xiàn)PD癥狀。在最近的另外一項研究中，Recasens等[22]將來自PD患者黒質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)路易小體的提取物注射入野生型小鼠和猴的黒質(zhì)或紋狀體，導(dǎo)致宿主神經(jīng)元內(nèi)α-突觸核蛋白聚集和多巴胺能神經(jīng)元發(fā)生變性。而在缺乏α-突觸核蛋白表達的動物體內(nèi)，沒有出現(xiàn)α-突觸核蛋白聚集和神經(jīng)元變性。以上研究表明，α-突觸核蛋白異常聚集的病理過程是外源性的異常的α-突觸核蛋白作用于宿主細胞自身表達的正常α-突觸核蛋白，進而導(dǎo)致后者發(fā)生聚集。

3.4 α-突觸核蛋白的分泌α-突觸核蛋白可通過細胞外分泌和外泌體兩種途徑分泌至細胞外。

①細胞外分泌途徑：在生理情況下，活細胞能夠通過細胞外分泌將少量的α-突觸核蛋白分泌到細胞外[23]。例如，在已分化的人類神經(jīng)元胚胎干細胞和老鼠原代皮質(zhì)神經(jīng)元的培養(yǎng)基中[18]，以及人的腦脊液和血漿中都可以檢測到α-突觸核蛋白[24]。此外，少部分α-突觸核蛋白也可以由腸神經(jīng)元通過神經(jīng)調(diào)節(jié)方式釋放[25]。

②外泌體途徑：外泌體(exosome)是由胞內(nèi)體產(chǎn)生的直徑為30～100 nm的小囊泡，能夠介導(dǎo)遠距離的蛋白質(zhì)、mRNA及micRNA的轉(zhuǎn)運。α-突觸核蛋白可以通過外泌體循環(huán)直接釋放到細胞外[26]或者被整合進分泌囊泡，隨后由胞外分泌釋放[27]。有研究表明，包含α-突觸核蛋白的外泌體的分泌依賴于鈣離子的刺激[28]。

3.5 α-突觸核蛋白的攝取α-突觸核蛋白可通過以下三種途徑進行細胞內(nèi)攝取：①典型的細胞內(nèi)吞作用。研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用細胞內(nèi)吞抑制劑，受體細胞攝取α-突觸核蛋白的過程減弱[18]；②外泌體途徑。Alvarez-Erviti等人發(fā)現(xiàn)含有α-突觸核蛋白的外泌體能夠?qū)⑦@種蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到新的細胞，在這些細胞中形成包涵體[26]；③隧道納米管途徑。隧道納米管存在于哺乳動物細胞內(nèi)，可以介導(dǎo)遠距離的物質(zhì)交換和運輸，比如小分子、細胞器和囊泡的交換[29]。最近，有研究表明隧道納米管中存在α-突觸核蛋白，推測α-突觸核蛋白可通過此種方式在細胞間進行轉(zhuǎn)移[30]。

此外有研究發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)細胞攝取α-突觸核蛋白的能力與細胞類型和α-突觸核蛋白的種類有關(guān)[28]，如低聚物形式α-突觸核蛋白較單體分子能更快地進入細胞[31]。

4 展望

到目前為止，很多研究致力于揭示α-突觸核蛋白具有朊蛋白樣的作用機制，但是仍然有很多作用機制尚不明確。如果能明確α-突觸核蛋白是朊蛋白樣的蛋白質(zhì)，PD是一種朊蛋白病樣的疾病，可以為PD的治療提供一些新的思路，如：①開發(fā)維持α-突觸核蛋白正常構(gòu)象的藥物，防止其發(fā)生錯誤折疊和聚集，從而達到預(yù)防PD發(fā)生和阻止疾病進展的目的；②通過基因敲除編碼α-突觸核蛋白的SNCA基因，減少體內(nèi)α-突觸核蛋白的表達，從而阻止PD的病理進展；③制備抗α-突觸核蛋白的抗體，減少錯誤折疊的α-突觸核蛋白在細胞間轉(zhuǎn)移。

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R743.3(

2014-07-22）

A（責任編輯:李立）

10.3936/j.issn.1002-0152.2015.02.015

☆ 四川省科技廳科技支撐計劃（編號：2010SZ0069）；自然科學(xué)基金（編號：30973149）

* 四川大學(xué)華西醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科（成都 610041）