鐘 偵，呂錢(qián)坤綜述，黃 衛(wèi)審校

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是一種患病率隨年齡增長(zhǎng)而增加的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，約影響65歲以上人群的1%。帕金森病病因在大多數(shù)患者中仍然未知，但目前普遍認(rèn)為與環(huán)境、遺傳和年齡等因素相關(guān)，其中遺傳因素在疾病的發(fā)展進(jìn)程中起重要作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞(AS)是重要的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，廣泛參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的功能發(fā)育，其功能障礙將會(huì)導(dǎo)致一系列神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病,包括PD；近些年許多研究證據(jù)表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞與帕金森病相關(guān)基因有關(guān)；由于部分基因參與調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的病理，這些基因的突變可能改變星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能，從而有助于帕金森病的發(fā)生和發(fā)展。因此，本文就星形膠質(zhì)細(xì)胞與這些帕金森病相關(guān)基因的相關(guān)性作一綜述。

帕金森病是繼阿爾茨海默病(AD)后第二常見(jiàn)的慢性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，其主要病理特征是黑質(zhì)致密部(SNpc)多巴胺能(DA)神經(jīng)元的大量丟失和路易小體的形成[1]。PD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，多種致病因素如環(huán)境、年齡、遺傳因素等通過(guò)氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、炎癥反應(yīng)、Ca2+穩(wěn)態(tài)失調(diào)、興奮性毒性、細(xì)胞凋亡等病理機(jī)制導(dǎo)致DA神經(jīng)元大量丟失，對(duì)PD病理的發(fā)生發(fā)展有很大的影響，其中遺傳因素的作用較為關(guān)鍵。目前已知29種帕金森病相關(guān)基因，其中常染色體顯性遺傳：LRRK2(PARK8)、SNCA(PARK1/PARK4)、VPS35(PARK17)、GCH1、ATXN2、DNAJC13(PARK21)、TMEM230、GIGYF2(PARK11)、HTRA2(PARK13)、RIC3，EIF4G1(PARL18)、UCHL1(PARK5)、CHCHD2(PARK22)、GBA、MAPT；常染色體隱性遺傳：PRKN(PARK2)、PINK1(PARK6)、DJ1(PARK7)、ATP13A2(PARK9)、PLA2G6(PARK14)、FBXO7(PARK15)、DNAJC6(PARK19)、SYNJ1(PARK20)、SPG11、VPS13C(PARK23)、PODXL、PTRHD1；X連鎖遺傳：RAB39B、GLUD2。星形膠質(zhì)細(xì)胞是維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之一，不僅參與大腦組織結(jié)構(gòu)發(fā)育、神經(jīng)元能量代謝、血腦屏障的形成和功能調(diào)節(jié)、突觸的發(fā)生，還能夠攝取谷氨酸調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的周轉(zhuǎn)以促進(jìn)神經(jīng)傳遞[2]。

研究表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)釋放多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF、GDNF等以及抗氧化劑谷胱甘肽(GSH)對(duì)神經(jīng)元發(fā)揮保護(hù)作用[3]。然而，在病理?xiàng)l件下，誘導(dǎo)活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放的一氧化氮(NO)、腫瘤壞死因子(TNF-α)、活性氧(ROS)等促炎因子和細(xì)胞毒性因子將對(duì)中樞系統(tǒng)神經(jīng)元造成損傷[4]。近年來(lái)大量研究致力于探討遺傳因素造成的星形膠質(zhì)細(xì)胞病理改變對(duì)神經(jīng)退行性疾病(包括PD)的影響，已經(jīng)證實(shí)部分帕金森病相關(guān)基因DJ-1、SNCA、PINK1、LRRK2、PRKN、ATP13A2、MAPT、PLA2G6、GBA參與調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞病理，這些基因的突變很可能改變星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能，從而有助于帕金森病的發(fā)生和發(fā)展。因此本文綜述了這部分基因與星形膠質(zhì)細(xì)胞的相關(guān)性及對(duì)PD病理發(fā)展的影響。

1 帕金森病相關(guān)基因在星形膠質(zhì)細(xì)胞病理中的作用

1.1 DJ-1基因 DJ-1基因是PD的致病基因之一，其編碼的DJ-1蛋白在抗氧化活性、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、分子伴侶、蛋白質(zhì)降解等多方面具有重要功能[5]。DJ-1基因主要通過(guò)上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子SOX9和STAT3的水平來(lái)調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖，它是Sox9和STAT3的正調(diào)節(jié)劑。然而有趣的是， STAT3和Sox9因子獨(dú)立調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，當(dāng)給予STAT3抑制劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)其并不影響Sox9的mRNA水平，而Sox9 siRNA也不影響STAT3磷酸化，提示STAT3和Sox9可能是DJ-1的獨(dú)立靶點(diǎn)[6]。DJ-1基因也可調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞的抗炎反應(yīng)。用脂多糖(LPS)處理小鼠原代星形膠質(zhì)細(xì)胞的培養(yǎng)物后，發(fā)現(xiàn)DJ-1敲除的星形膠質(zhì)細(xì)胞比對(duì)照組產(chǎn)生更多的炎癥因子NO、COX2、IL-6，而慢病毒重新引入DJ-1減弱了對(duì)LPS的炎癥反應(yīng)。進(jìn)一步的研究分析指出，LPS誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞活化后產(chǎn)生的促炎反應(yīng)是由TLR4-ASK1-p38MAPK通路所介導(dǎo)的，DJ-1的缺失可以選擇性阻遏這種通路，引起iNOS和COX-2分泌失調(diào)，從而導(dǎo)致過(guò)量神經(jīng)毒性NO和前列腺素的形成[7]；DJ-1基因介導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)保護(hù)能力也已經(jīng)在一些病理模型研究中得到證實(shí)。在魚(yú)藤酮誘導(dǎo)的帕金森病病理模型中，過(guò)表達(dá)DJ-1的星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠減弱多巴胺能神經(jīng)元受到的神經(jīng)毒性損傷，然而這種保護(hù)機(jī)制并不是單一的，它可能包括保護(hù)線粒體功能、抑制氧化應(yīng)激、抑制神經(jīng)炎癥、減少分子伴侶介導(dǎo)的自噬途徑損害以及阻止α-突觸核蛋白的積累[8]。此外一項(xiàng)研究揭示了這種神經(jīng)保護(hù)作用的另一種機(jī)制。通過(guò)閉塞大鼠中動(dòng)脈以模擬腦缺血再灌注損傷， DJ-1缺失的星形膠質(zhì)細(xì)胞周?chē)窠?jīng)元活力明顯下降，并導(dǎo)致腦修復(fù)延遲，之后重新引入DJ-1產(chǎn)生了相反的結(jié)果。這種神經(jīng)保護(hù)機(jī)制可能涉及Nrf2/ARE通路的調(diào)節(jié)：DJ-1敲除后減弱了Nrf2/ARE結(jié)合活性，并降低了Nrf2/ARE驅(qū)動(dòng)基因GCLC、GCLM和GSS的表達(dá)，下調(diào)了細(xì)胞內(nèi)外GSH水平，導(dǎo)致細(xì)胞抗氧化活性明顯減弱[9]。

1.2 SNCA基因 SNpc區(qū)域中死亡多巴胺神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)中檢測(cè)到稱為路易體的蛋白質(zhì)聚集體，這些蛋白質(zhì)聚集體的主要成分是α-Synuclein，由SNCA基因編碼。雖然星形膠質(zhì)細(xì)胞自身表達(dá)非常低水平的α-Synuclein，但是有研究提出星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠?qū)Ζ?Synuclein進(jìn)行攝取，將內(nèi)吞的α-Synuclein定位于溶酶體上，并對(duì)其進(jìn)行清除和降解,然而，星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)α-Synuclein的攝取并不依賴于TLR4受體，但是目前尚不清楚其它受體也介導(dǎo)了星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)α-Synuclein的內(nèi)吞作用[10]。研究表明，在原代星形膠質(zhì)細(xì)胞的培養(yǎng)物中α-Synuclein可以通過(guò)TLR4信號(hào)激活星形膠質(zhì)細(xì)胞從而產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[11]。當(dāng)神經(jīng)元分泌α-Synuclein時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞可以通過(guò)內(nèi)吞作用將其攝取并降解，但是一旦星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的α-Synuclein濃度達(dá)到某個(gè)閾值后，細(xì)胞外的α-Synuclein便誘導(dǎo)活化膠質(zhì)細(xì)胞，使其產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致PD病理的發(fā)展。此外，除了誘導(dǎo)炎癥產(chǎn)生損傷，野生型(WT)或突變型α-Synuclein的過(guò)表達(dá)還可以通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)狀(ER)應(yīng)激、氧化應(yīng)激、線粒體損傷等機(jī)制誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。在一項(xiàng)研究中，Liu 等發(fā)現(xiàn)在星形膠質(zhì)細(xì)胞中的突變體α-Synuclein(A53T和A30P)通過(guò)蛋白激酶RNA樣ER激酶/真核翻譯起始因子2α(PERK/eIF2α)信號(hào)通路觸發(fā)ER應(yīng)激，并以CHOP(CCAAT-增強(qiáng)子-結(jié)合蛋白同源蛋白)介導(dǎo)的途徑誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞凋亡。與此同時(shí)，還觀察到GDNF的水平的降低，神經(jīng)突向外生長(zhǎng)部分受到抑制。提示α-Synuclein降低了星形膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)功能[12]；而在另一項(xiàng)研究中，當(dāng)用魚(yú)藤酮處理細(xì)胞時(shí)，造成線粒體膜電位喪失，在過(guò)表達(dá)α-Synuclein突變體的星形膠質(zhì)細(xì)胞中，魚(yú)藤酮的毒性作用表現(xiàn)的更為強(qiáng)烈和持續(xù)，使得星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)凋亡更為敏感，表明星形膠質(zhì)細(xì)胞凋亡與α-Synuclein突變體的毒性有關(guān)[13]。

1.3 PINK1基因 PINK1基因是線粒體中編碼絲/蘇氨酸激酶的核基因組，其編碼的PINK1蛋白是一種普遍存在的絲氨酸/蘇氨酸激酶。一項(xiàng)研究顯示，在小鼠胚胎發(fā)育時(shí)期，腦發(fā)育和神經(jīng)干細(xì)胞(NSC)分化期間的PINK1表達(dá)增加；而PINK1缺乏在這些過(guò)程中降低GFAP表達(dá)，這意味著PINK1缺陷導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖缺陷，并減少了GFAP陽(yáng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量。與此同時(shí)，在PINK1敲除的小鼠腦切片中還觀察到星形膠質(zhì)細(xì)胞在胼call體和黑質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的位置和構(gòu)型異常，這可能是導(dǎo)致PD發(fā)展的一種機(jī)制[14]。與WT相比，在PINK1缺失的星形膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)物中，其數(shù)量顯著減少；進(jìn)一步研究分析指出，引起 WT和PINK1KO星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖差異的原因可能是由于PINK1缺乏增加p38活化，而抑制AKT活化和EGFR表達(dá)造成的[15]。PINK1缺失也與膠質(zhì)細(xì)胞中神經(jīng)炎癥改變存在關(guān)聯(lián)。當(dāng)用LPS/IFN-γ處理PINK1缺失的混合膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞中促炎介質(zhì)NO、iNOS表達(dá)顯著增加，但是在小膠質(zhì)細(xì)胞中卻出現(xiàn)了相反的結(jié)果[16]。

1.4 LRRK2基因 LRRK2基因突變與常染色體顯性遺傳性晚期帕金森病有關(guān)，其編碼的富含亮氨酸的重復(fù)激酶2(LRRK2)是一種具有活性蛋白激酶的復(fù)雜大蛋白。PD的病理標(biāo)志之一是路易體的出現(xiàn)，這是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)α-Synuclein異常積累的結(jié)果，表明蛋白清除缺陷可能有助于PD發(fā)病機(jī)制。為了支持這一點(diǎn)，PD患者死后腦樣本分析報(bào)告了溶酶體標(biāo)記物的減少和自噬體積累的增加，提示α-Synuclein的清除涉及到自噬-溶酶體途徑，溶酶體功能障礙對(duì)PD的發(fā)病機(jī)制有很大影響[17]。在原代星形膠質(zhì)細(xì)胞中，已經(jīng)證實(shí)LRRK2能夠調(diào)節(jié)溶酶體大小、數(shù)量和功能；而 LRRK2-G2019S、LRRK2基因的致病突變，通過(guò)增加溶酶體內(nèi)ATP酶ATP13A2的表達(dá)降低溶酶體的pH值，并以激酶依賴的方式擾亂溶酶體的形態(tài)、功能[18]；此外，LRRK2突變還與細(xì)胞ER應(yīng)激有關(guān)， LRRK2-G2019S定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，其加速了用α-Synuclein處理的腦星形膠質(zhì)細(xì)胞中的ER應(yīng)激，并損害內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+穩(wěn)態(tài)，由此導(dǎo)致了細(xì)胞死亡[19]。

1.5 PRKN基因 PRKN基因編碼的E3-泛素連接酶parkin蛋白是PD病理生理學(xué)研究的主要靶點(diǎn)，不僅在星形膠質(zhì)細(xì)胞的增殖中起作用，而且對(duì)于維持正常的星形膠質(zhì)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)功能也十分重要[20]。在PRKN KO的星形膠質(zhì)細(xì)胞中出現(xiàn)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF、GDNF表達(dá)水平顯著降低，分析指出這種機(jī)制與核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域受體2(NOD2)分子有關(guān)。NOD2分子是Parkin的底物， Parkin通過(guò)調(diào)節(jié)NOD2的泛素化和降解，以維持正常星形膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)功能。Parkin也與星形膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)有關(guān)：通過(guò)IL-1b的激活導(dǎo)致Parkin下調(diào)，而通過(guò)TNF-α的激活誘導(dǎo)Parkin上調(diào)[21]。

1.6 ATP13A2基因 ATP13A2基因編碼的是溶酶體型5ATPase蛋白(ATP13A2)，這種蛋白參與細(xì)胞Zn21穩(wěn)態(tài)，其表達(dá)減少將會(huì)引起Zn21失調(diào)，進(jìn)而出現(xiàn)線粒體功能障礙、溶酶體損傷及α-Synuclein聚集，這與PD病理的發(fā)生密切相關(guān)[22]。Qiao等發(fā)現(xiàn)小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞能夠表達(dá)ATP13A2蛋白，并且在MPP+誘導(dǎo)的PD病理模型中觀察到，與WT星形膠質(zhì)細(xì)胞相比，ATP13A2-KO的星形膠質(zhì)細(xì)胞促炎細(xì)胞因子強(qiáng)烈表達(dá)以及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)顯著降低，這加劇了MPP+暴露后的DA神經(jīng)元損傷；之后的研究結(jié)果指出，炎癥因子的大量釋放是由于ATP13A2缺乏的星形膠質(zhì)細(xì)胞上調(diào)組織蛋白酶B的結(jié)果，后者引起NLRP3炎癥小體的活化，從而加速了星形膠質(zhì)細(xì)胞促炎因子的分泌[23]。

1.7 MAPT基因 MAPT基因編碼的tau蛋白是一種高度可溶的微管相關(guān)蛋白(MAP)，研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TDP-17(17號(hào)染色體相關(guān)的額顳葉癡呆和帕金森綜合征)，一種常染色體顯性遺傳的神經(jīng)變性疾病和帕金森疊加綜合征，其發(fā)病機(jī)制可能涉及到tau蛋白的突變[24]。Tau蛋白的過(guò)量聚集會(huì)改變星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能。研究發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)tau蛋白過(guò)量聚集的星形膠質(zhì)細(xì)胞中存在著膠質(zhì)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)降低。因此，tau蛋白積聚可以阻止星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)谷氨酸的降解和轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺；之后隨著疾病的進(jìn)展，這將導(dǎo)致更多的谷氨酸轉(zhuǎn)化為GABA(γ-氨基丁酸)，從而干擾突觸間神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞，這將對(duì)神經(jīng)元興奮性造成影響[25]。

1.8 PLA2G6基因 PLA2G6基因突變引起的磷脂酶相關(guān)神經(jīng)變性(PLAN)是一種罕見(jiàn)的隱性遺傳性神經(jīng)變性，伴有腦鐵蓄積。典型的PLAN最初描述于嬰兒神經(jīng)軸性疾病中(INAD)，而近年來(lái)的一些病例研究指出，PLAN變異也與早發(fā)型PD有關(guān)[26]。PLA2G6基因編碼Ca2+非依賴性磷脂酶A2(VIA iPLA2)，該酶除了影響細(xì)胞磷脂穩(wěn)態(tài)外，還能調(diào)節(jié)Ca2+的流入，對(duì)細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)起重要作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞炎癥激活與Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)的改變密切相關(guān)，且ATP誘導(dǎo)的Ca2+信號(hào)傳導(dǎo)是星形細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳遞的關(guān)鍵。用脂多糖LPS促炎刺激原代星形膠質(zhì)細(xì)胞6～24 h后，細(xì)胞內(nèi)ATP誘導(dǎo)的Ca2反應(yīng)在幅度和持續(xù)時(shí)間上顯著增加。這種增加的幅度可通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)貯存中Ca2載量的顯著增加來(lái)解釋，而Ca2+反應(yīng)擴(kuò)增的分子機(jī)制則是VIA iPLA2表達(dá)和活性增加的結(jié)果[27]。因此當(dāng)PLA2G6基因發(fā)生突變時(shí)，這可能會(huì)破壞ATP誘導(dǎo)Ca2+反應(yīng)，從而影響細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致不可逆的炎癥損傷。

1.9 GBA基因 葡糖腦苷脂酶基因(GBA)編碼的葡糖腦苷脂酶(GCase)，是一種參與糖脂代謝的溶酶體酶；在雙等位基因狀態(tài)下，純合或復(fù)合雜合突變可以引起戈謝病(GD)，而雜合子突變則可增加PD的患病風(fēng)險(xiǎn)[28]；在原代GBA-KO星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元的研究中， 出現(xiàn)自噬過(guò)程中LC3 Ⅱ蛋白的減少以及泛素化蛋白、不溶性α-突觸核蛋白的累積，提示：自噬途徑和蛋白酶體降解途徑出現(xiàn)受損；此外，在本研究還觀察到Gba-KO神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中線粒體靜息膜電位的減少，線粒體碎片的增加，表明其線粒體功能出現(xiàn)失調(diào)[29]。

2 總結(jié)與展望

現(xiàn)有的證據(jù)表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞功能受損與PD的發(fā)病和進(jìn)展密切相關(guān)，因此，其功能缺陷將增加PD的患病風(fēng)險(xiǎn)；近些年來(lái)，許多研究致力于探究遺傳因素對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞病理的作用，從而對(duì)PD發(fā)病機(jī)制的影響。在本篇綜述中，我們總結(jié)出 PD相關(guān)基因突變和或缺乏將引起星形膠質(zhì)細(xì)胞功能缺陷。例如，DJ-1、SNCA、PINK1、PRKN、ATP13A2基因都對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生促炎反應(yīng)；DJ-1、PINK1、PRKN調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，DJ-1、SNCA、PRKN、ATP13A2基因促使星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌BDNF、GDNF起神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)作用；DJ-1、SNCA、ATP13A2、GBA基因影響線粒體功能；SNCA、LRRK2調(diào)節(jié)ER應(yīng)激，而LRRK2、GBA調(diào)節(jié)溶酶體功能影響細(xì)胞自噬；然而并沒(méi)有直接證據(jù)表明PLA2G6、MAPT基因與星形膠質(zhì)細(xì)胞特定的病理相關(guān)，此外，其它PD相關(guān)基因是否對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞病理存在作用也還不清楚，仍需進(jìn)一步探索；相信隨著研究的深入，將會(huì)進(jìn)一步加深人們對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞與PD相關(guān)發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)，這可能有助于帕金森病的早期診斷以及為新的治療手段提供依據(jù)。