熱依沙·塔西買買提綜述， 李紅燕審校

帕金森病(PD)是老年人好發(fā)的神經(jīng)變性病，其發(fā)病率隨著年齡的增長而增加，60歲以上人口的發(fā)病率可達1%[1]。帕金森病的臨床主要特征為運動障礙，包括進行性運動遲緩、肌強直、靜止性震顫和姿勢步態(tài)異常等，此外還可伴有大量的非運動癥狀(NMS)，如嗅覺減退、便秘、抑郁、睡眠障礙等[2]，嚴重影響患者的生活質(zhì)量，并給家庭和社會帶來巨大的經(jīng)濟負擔與照料負擔。

目前臨床上治療帕金森病的藥物如左旋多巴、金剛烷胺等并不能改變其自然病程，且長期服用還會出現(xiàn)嚴重的副作用。隨著基因治療技術(shù)的發(fā)展，帕金森病因其早期病變局限于黑質(zhì)的多巴胺能神經(jīng)元(DA神經(jīng)元)、可通過增加外源性多巴胺補償?shù)忍攸c，被認為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中最適合基因治療的疾病之一[3]。PD的病因很復雜，遺傳和環(huán)境因素都可能與其相關(guān)[4]，而線粒體融合/裂變功能的障礙被認為是包括帕金森病在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病的罪魁禍首[5]。因此，尋找線粒體中調(diào)控帕金森病相關(guān)基因的酶或底物作為治療的靶點十分重要。

線粒體E3泛素連接酶1(MUL1)，也稱為線粒體錨定蛋白連接酶(MAPL)[6]、NF-kB線粒體泛素連接酶活化劑(MULAN)[7]等，是人類細胞中發(fā)現(xiàn)的多功能線粒體外膜蛋白[8]。人類的MUL1含有兩個跨膜結(jié)構(gòu)域(TM)和高度保守的C末端環(huán)指結(jié)構(gòu)域(RNF)，兩個TM結(jié)構(gòu)域?qū)UL1錨定到線粒體外膜，同時使RNF結(jié)構(gòu)域面向胞質(zhì)[9]。MUL1具有泛素樣修飾酶(SUMO)活性，并可穩(wěn)定Drp1或泛素連接酶，及降解線粒體融合蛋白(Mfn)[9]。在一些報道中提到，MUL1的表達可導致更小和更加碎片化的線粒體[6，7]。在既往研究中發(fā)現(xiàn)MUL1與動物細胞中的多個生理過程有關(guān)，例如NF-kB激活、先天免疫和抗病毒信號傳導、骨骼肌中的線粒體自噬及蛋白酶依賴性細胞凋亡等[8，10～12]。

MUL1通過影響Mfn的表達來調(diào)控線粒體的融合及裂變之間的平衡。線粒體的融合及裂變過程，不僅控制線粒體的形狀、大小和數(shù)量，還調(diào)節(jié)線粒體的功能(如呼吸作用和細胞死亡/存活)、自噬和分布等[13]。線粒體的完整性對維持哺乳動物細胞線粒體呼吸功能至關(guān)重要[14]，而線粒體呼吸功能障礙與帕金森病DA神經(jīng)元功能障礙密切相關(guān)[15]。線粒體完整性的保持通過兩種作用相反的機制進行平衡：線粒體的融合主要由Mfn促進；而線粒體的裂變主要由Dynamin相關(guān)蛋白1(Drp1)控制[9，16]。Mfn(包括Mfn1和MFN2)主要通過泛素化和蛋白酶降解，而Drp1的活性受到基因轉(zhuǎn)錄及翻譯后產(chǎn)物的調(diào)節(jié)，包括磷酸化、SUMO化和泛素化等[16]。融合有助于損傷的線粒體DNA(mtDNA)的修復；而裂變則有助于線粒體的合理分布，以滿足組織細胞對能量的需求[17]。目前有文獻提到，MUL1與帕金森相關(guān)PINK1/parkin及VPS35基因有關(guān)，并由此影響帕金森病的臨床癥狀。

1 MUL1與PINK1/parkin基因

PINK1和Parkin基因與線粒體的存活及分布有關(guān)[18]，其功能喪失可導致線粒體形態(tài)和功能改變，導致特定的DA神經(jīng)元簇所管轄的的肌肉變性及細胞死亡[19]。Parkin基因的表達產(chǎn)物Parkin蛋白(胞質(zhì)E3泛素連接酶)在泛素蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)中發(fā)揮重要作用。該基因突變可導致Parkin 蛋白功能障礙，其底物蛋白質(zhì)不能通過泛素化途徑降解，最終導致神經(jīng)元死亡[20]。PINK1基因表達產(chǎn)生PINK1蛋白(線粒體激酶)，其與Parkin通過自噬溶酶體途徑共同調(diào)節(jié)功能失調(diào)線粒體的清除，即線粒體自噬[19，21～23]。果蠅MUL1(CG1134)編碼具有類似結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，與人類MUL1具有52%的氨基酸相似性。Yun等[9]運用UAS/GAL4系統(tǒng)將MUL1在果蠅的多種組織中過表達[24]時發(fā)現(xiàn)，連接酶非失活狀態(tài)下過表達的MUL1，可以抑制PINK1突變的DA神經(jīng)中線粒體的凝集現(xiàn)象及果蠅胸部間接飛行肌的萎縮。為解釋該現(xiàn)象他們將果蠅MUL1編碼基因中的P元件敲除，形成MUL1A6突變型，而攜帶該突變型的果蠅線粒體變得小且碎片化，由此他們推斷MUL1與線粒體的裂解有關(guān)。

線粒體的融合及裂解由Mfn及Drp1，而目前認為PINK1/parkin通路對調(diào)控該過程有重要意義。PINK1/parkin通路可泛素化Mfn并促進Mfn降解，從而引起有缺陷的線粒體的選擇性凋亡，即自噬。Yun等發(fā)現(xiàn)，MUL1通過泛素化依賴性降解，可抑制PINK1/parkin基因的突變，從而與PINK1/parkin通路一同調(diào)控線粒體基因的完整性及質(zhì)量。同時，MUL1可調(diào)控Mfn來維持線粒體的功能及形態(tài)，但并不促進其生成。

當PINK1/parkin基因突變時，Mfn增多而Drp1的表達相對減少，這使得線粒體自噬作用受抑制。而這一變化可導致線粒體的形態(tài)異常、自凈作用減弱，從而無法有效的給細胞供能，引起包括DA神經(jīng)元、肌肉細胞在內(nèi)的多種組織細胞的死亡，并引發(fā)各種臨床癥狀。

Yun等通過研究發(fā)現(xiàn)，當PINK1/parkin基因缺失時，MUL1過度表達，與Mfn物理結(jié)合并促進其降解，從而降低Mfn，但并不影響Drp1的表達水平，由此維持細胞內(nèi)Mfn與Drp1的相對平衡。他們推測：MUL1與PINK1/parkin基因通路協(xié)同調(diào)控線粒體的完整性，且當PINK1/parkin基因缺失時，MUL1的過度表達可起補償作用來維持線粒體的功能，同時挽救肌肉細胞免于凋亡。而這一機制有可能成為帕金森病治療的潛在靶點。

同時，他們的研究也發(fā)現(xiàn)，當MUL1缺乏時，線粒體的破壞程度比單一缺失PINK1或parkin基因時所造成的損害更為嚴重。他們由此提出MUL1可能是PINK1/parkin途徑的下游靶點，以及Mfn的上游靶點。或者，其可能與PINK1/Parkin途徑并行起作用，且擁有一個共同的作用目標，如Mfn等。但也有一些研究發(fā)現(xiàn)需要同時去除parkin和MUL1基因，才能使泛素化過程明顯的降低[25]，但這些推測都還需進一步的大樣本量實驗證實。

2 MUL1與VPS35基因

液泡蛋白分選相關(guān)蛋白35(VPS35，也叫PARK17)基因是一種與溶酶體系統(tǒng)有關(guān)的基因，與常染色體顯性遺傳的多發(fā)性家族性晚發(fā)性PD有關(guān)[26，27]。VPS35是Retromer復合物的亞基，其在指導細胞蛋白轉(zhuǎn)運到反面高爾基網(wǎng)中起作用[27]。有研究發(fā)現(xiàn)，PD患者黑質(zhì)及阿爾茨海默病(AD)患者海馬中VPS35蛋白減少，且VPS35/retromer功能障礙或缺陷[28，29]。在DA神經(jīng)元中，VPS35減少可導致小鼠出現(xiàn)PD相關(guān)的病變，例如α-突觸核蛋白的積聚、DA神經(jīng)元死亡及運動障礙等[30，31]。

因VPS35突變 (VPS35-/-)的小鼠早年即死亡[32]，故Tang 等[13]通過研究VPS35雜合子(VPS35+/-)小鼠及DA神經(jīng)元VPS基因缺陷(VPS35DAT-Cre)的模型小鼠發(fā)現(xiàn)：VPS35+/-小鼠PD的發(fā)病率呈現(xiàn)與年齡正相關(guān)，而VPS35DAT-Cre模型小鼠在成年早期就出現(xiàn)進展迅速的PD癥狀，其中步態(tài)不穩(wěn)、起步困難等運動癥狀更加突出。他們進一步指出：VPS35缺陷或突變，可損傷DA神經(jīng)元、神經(jīng)母細胞瘤細胞系(SH-SY5Y和NLT)和腹側(cè)中腦的線粒體融合及裂變功能。VPS35通過促進MUL1的降解來增加Mfn2蛋白的穩(wěn)定性，從而調(diào)節(jié)線粒體的融合功能。在VPS35缺陷的SH-SY5Y細胞中，MUL1表達增加而MFN2減少，這表明MFN2可能為MUL1的底物。同時他們發(fā)現(xiàn)，在VPS35缺陷型的DA神經(jīng)元中抑制MUL1的表達，可修復帕金森病相關(guān)病理過程，包括MFN2的減少、線粒體的碎片化及DA神經(jīng)元損失，但對α-突觸核蛋白的積聚無改善作用。

他們提出，這些結(jié)果表明VPS35可能是MUL1轉(zhuǎn)運和降解的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，通過抑制MUL1的表達可增加Mfn2，并促進Mfn2介導的線粒體融合及DA神經(jīng)元存活。而當VPS35基因缺陷/突變時，MUL1降解和線粒體融合受抑制，從而引起DA神經(jīng)元中線粒體的數(shù)量及功能下降，最終導致DA神經(jīng)元死亡，而這有可能是帕金森病發(fā)病的基礎。

3 其 他

目前對MUL1的研究正在不斷深入，多項研究發(fā)現(xiàn)其與帕金森病的發(fā)病與臨床表現(xiàn)在很多方面有關(guān)聯(lián)。

Casado等[33]通過研究斑馬魚PD模型發(fā)現(xiàn)：當將斑馬魚胚胎暴露于MPTP時，MPTP可抑制parkin/PINK1/DJ-1基因的表達，阻礙parkin/PINK1/DJ-1/MUL1網(wǎng)絡的正常功能，而去除MPTP不能阻止神經(jīng)變性過程的發(fā)展并使胚胎出現(xiàn)嚴重的運動障礙。而當把褪黑素與MPTP一起加入時，褪黑素有利于保持和恢復parkin/PINK1/DJ-1/MUL1環(huán)的基因表達和正常功能，同時胚胎活動呈現(xiàn)正常運動。他們認為這是由于褪黑激素弱化MPTP對parkin和PINK1基因的影響，增強MUL1的表達并增強其在線粒體穩(wěn)態(tài)平衡中的作用。因此他們推測褪黑激素有利于恢復斑馬魚帕金森病模型的腦功能。這項研究表明褪黑素可能不僅有利于緩解帕金森患者的運動癥狀，對其非運動癥狀如睡眠障礙、不寧腿綜合征等也有一定的治療作用。

Attaix等[34]在他們的文章中提到：當通過饑餓和去神經(jīng)支配誘導肌肉萎縮時，可導致小鼠肌肉中MUL1的水平升高。而MUL1的增加可通過促進Mfn的降解抑制線粒體的自噬作用，從而使肌細胞中的功能性線粒體增加，減少肌肉蛋白的分解。肌肉萎縮是PD中后期影響患者運動能力的重要因素，這項研究表明MUL1在抑制肌肉萎縮方面起積極作用。如果能適當提高肌肉中MUL1的表達，勢必可以改善PD患者生活質(zhì)量。

4 展 望

PD的發(fā)病機制非常復雜，其可以引起進行性DA神經(jīng)元損傷和運動障礙，影響神經(jīng)功能及其完整性。目前多巴胺替代療法是治療PD早期的有效方法，但隨著疾病的進展，藥物的有效性下降，患者出現(xiàn)左旋多巴誘導的運動障礙如異動癥等，妨礙了藥物的使用。因此，尋找新的治療神經(jīng)系統(tǒng)變性病的方法顯得十分重要，而基因治療技術(shù)給我們帶來了新的希望。基因治療的優(yōu)點在于，我們可以在特定的腦區(qū)域植入某些基因，通過其代謝產(chǎn)物達到治療PD的目的，同時避免或減少靶向外的影響[35，36]。雖然現(xiàn)在該領(lǐng)域的研究因為各種因素的限制還僅局限于實驗室階段，但隨著技術(shù)的發(fā)展和成熟，若能將該基因治療技術(shù)運用于臨床將造福廣大PD患者。MUL1作為一種線粒體蛋白，若能根據(jù)PD患者的基因缺陷類型，通過基因技術(shù)合理的增強或減弱其表達，也許能從根本上調(diào)節(jié)線粒體的功能，以達到改善PD臨床癥狀的目的。

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