謝 梅 徐 平

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，貴州遵義 563000

認(rèn)知功能是大腦接受外界刺激后加工處理獲取有效信息的過(guò)程，包含記憶、語(yǔ)言、執(zhí)行和理解等。突觸可塑性在神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)與記憶的認(rèn)知過(guò)程中起著重要作用，而樹(shù)突棘是大腦發(fā)揮其認(rèn)知功能的關(guān)鍵場(chǎng)所，其形態(tài)變化和發(fā)育嚴(yán)重影響大腦行使高級(jí)功能的能力，其中位于樹(shù)突棘的Drebrin 能夠特異性結(jié)合神經(jīng)元肌動(dòng)蛋白，參與樹(shù)突棘和突觸可塑性動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，故與大腦認(rèn)知功能密切相關(guān)。深入探討Drebrin 樹(shù)突棘發(fā)育及認(rèn)知功能的關(guān)系，可能有利于將來(lái)對(duì)認(rèn)知功能障礙疾病的治療和預(yù)防提供新靶點(diǎn)，本文就此進(jìn)行綜述。

1 Drebrin 的生物特性

Drebrin 是一個(gè)分子量約為120 000 D 的單體蛋白，目前研究發(fā)現(xiàn)其主要包含N-末端肌動(dòng)蛋白解聚因子同源結(jié)構(gòu)域（N-terminal actin-depolymerizing factor homology，ADF-H）、卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域（coiled-coil，CC）和羧基尾部，分為Drebrin E 和Drebrin A，當(dāng)Drebrin中插入ins2 序列后，Drebrin E 逐漸被Drebrin A 替代，其中與肌動(dòng)蛋白結(jié)合的區(qū)域是CC 結(jié)構(gòu)域，ADF-H區(qū)域可與組蛋白標(biāo)記閱讀器ZMYND8 相互作用，羧基尾部則與突觸后支架蛋白Homer 結(jié)合參與興奮性突觸的樹(shù)突棘穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)作用[1]。Homer 是突觸后致密區(qū)（postsynaptic density，PSD）中最豐富的支架蛋白之一，當(dāng)Homer 四聚體化和磷酸化后，可特異性結(jié)合Drebrin，加強(qiáng)Drebrin 與肌動(dòng)蛋白的結(jié)合，誘導(dǎo)神經(jīng)元樹(shù)突棘的絲狀偽足形成[2]。最近報(bào)道Drebrin 的ADF-H 結(jié)構(gòu)域還能與Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶Ⅱ的β 亞基結(jié)合（CaMKⅡβ），參與調(diào)節(jié)CaMKⅡβ 在樹(shù)突棘中的定位[3]。

2 樹(shù)突棘、認(rèn)知功能與Drebrin 的關(guān)系

2.1 Drebrin 參與樹(shù)突棘形成

樹(shù)突棘是中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性突觸發(fā)生的重要場(chǎng)所，突觸連接強(qiáng)度直接影響神經(jīng)元的交流，其形態(tài)與突觸活動(dòng)密不可分，包含細(xì)長(zhǎng)型、蘑菇型、短粗型及絲狀偽足。有研究發(fā)現(xiàn)，與正常人比較，有認(rèn)知功能障礙的阿爾茲海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）患者的瘦長(zhǎng)型和蘑菇型的樹(shù)突棘數(shù)量明顯減少[4]。樹(shù)突棘的結(jié)構(gòu)和功能直接影響包括學(xué)習(xí)和記憶在內(nèi)的認(rèn)知功能，而樹(shù)突棘的形成、維持和調(diào)節(jié)主要受F-肌動(dòng)蛋白及其與各種肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白相互作用的調(diào)控，其中Drebrin 是一種與神經(jīng)元發(fā)育密切相關(guān)的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白，絕大部分存在于興奮性突觸的樹(shù)突棘中，在調(diào)節(jié)樹(shù)突棘生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起關(guān)鍵作用[5-6]。González-Tapia 等[7]研究結(jié)果證明，樹(shù)突棘形態(tài)及密度隨著Drebrin 的變化而變化，同時(shí)成年大鼠表現(xiàn)出不同程度的認(rèn)知功能，進(jìn)一步揭示了樹(shù)突棘可塑性的分子機(jī)制。

樹(shù)突棘作為大腦信息處理的基本單元，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)絕大部分興奮性突觸的接受區(qū)域，大多數(shù)谷氨酸能突觸前的末端支配樹(shù)突棘，樹(shù)突棘的結(jié)構(gòu)由肌動(dòng)蛋白骨架和PSD 組成[8]。肌動(dòng)蛋白包含G-肌動(dòng)蛋白和F-肌動(dòng)蛋白，兩者的動(dòng)態(tài)平衡是肌動(dòng)蛋白骨架形成的關(guān)鍵因素。PSD 是一種高度集中于位于樹(shù)突棘突觸后膜的支架蛋白，可直接與谷氨酸受體相互作用改變樹(shù)突棘形態(tài)，因此，有人提出肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架和PSD 共同調(diào)節(jié)樹(shù)突棘形態(tài)變化，進(jìn)而參與認(rèn)知功能[9]。Takahashi 等[10]發(fā)現(xiàn)，Drebrin A 呈簇狀分布的絲狀偽足是成熟樹(shù)突棘的前體，可誘導(dǎo)PSD-95 重新聚集，對(duì)樹(shù)突棘的形成至關(guān)重要。樹(shù)突棘的成熟伴隨著肌動(dòng)蛋白骨架從線(xiàn)性到分支的變化，其機(jī)制可能是Drebrin A 與mDia2-formin 構(gòu)建體的FH2 結(jié)構(gòu)域相互作用，抑制肌動(dòng)蛋白成束，誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白向分支變化[11]。總之，若Drebrin A 水平下降將出現(xiàn)樹(shù)突棘發(fā)育障礙，導(dǎo)致大腦學(xué)習(xí)、記憶等認(rèn)知功能受損。

2.2 Drebrin 參與突觸可塑性過(guò)程

突觸可塑性包含短期和長(zhǎng)期：短期突觸可塑性即易化、抑制和增強(qiáng)；長(zhǎng)期突觸可塑性包括長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）和長(zhǎng)時(shí)程抑制（long-term depression，LDP），是細(xì)胞學(xué)習(xí)記憶的生物學(xué)基礎(chǔ)。Siegel-Hertz 等[12]使用Drebrin A 基因敲除小鼠的海馬切片進(jìn)行電生理學(xué)研究，海馬區(qū)LTP 出現(xiàn)損傷，并且在成年小鼠中表現(xiàn)更加明顯，小鼠的海馬依賴(lài)性恐懼記憶也同樣受損，表明Drebrin A 對(duì)成人突觸可塑性和學(xué)習(xí)記憶的認(rèn)知功能極其重要。活性調(diào)節(jié)的骨骼相關(guān)蛋白是LTP 的主要調(diào)節(jié)因子，其泛素化后與Drebrin A形成復(fù)合物，參與LTP 的動(dòng)態(tài)電弧持續(xù)合成過(guò)程[13]。Drebrin A 參與突觸可塑性的LTP 過(guò)程，其機(jī)制還可能與LTP 誘導(dǎo)Drebrin A 和F-肌動(dòng)蛋白復(fù)合物的迅速外流和隨后的復(fù)合物重新進(jìn)入樹(shù)突棘有關(guān)，該過(guò)程與NMDA 受體激活誘導(dǎo)的Ca2+進(jìn)入樹(shù)突棘調(diào)節(jié)Drebrin A、F-肌動(dòng)蛋白復(fù)合物外流和肌球蛋白ⅡATP 酶抑制劑抑制該復(fù)合物外流有關(guān)[14]。LTD 是一種活動(dòng)依賴(lài)性突觸功能降低的表現(xiàn)形式，在大腦發(fā)育中占主導(dǎo)地位，于成年后逐漸消失，對(duì)神經(jīng)連接的發(fā)育及重塑至關(guān)重要。Yasuda 等[15]經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，同時(shí)敲除Drebrin E和A 的小鼠無(wú)法誘導(dǎo)NMADA 受體依賴(lài)的LTD，若單獨(dú)敲除Drebrin A 則表現(xiàn)高強(qiáng)度LTD，說(shuō)明如果Drebrin E 向Drebrin A 的轉(zhuǎn)化出現(xiàn)障礙后將引起LTD。

2.3 Drebrin 參與細(xì)胞氧化應(yīng)激后的保護(hù)作用

神經(jīng)元是一種代謝能力高度活躍的細(xì)胞，高耗氧的同時(shí)活性氧（reactive oxygen species，ROS）也大量產(chǎn)生，過(guò)量的ROS 導(dǎo)致神經(jīng)元產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)進(jìn)而損害神經(jīng)元樹(shù)突棘結(jié)構(gòu)。雖然ROS 可被抗氧化系統(tǒng)緩沖，但在衰老、高強(qiáng)度活動(dòng)等特定條件下，ROS 可誘導(dǎo)酶等大分子活化產(chǎn)生氧化損傷，損害突觸可塑性，進(jìn)而降低大腦認(rèn)知功能[16]。共濟(jì)失調(diào)-毛細(xì)血管擴(kuò)張癥突變（ataxia-telangiectasia mutated，ATM）激酶是一種由DNA 雙鏈斷裂引起Mre-Rad50-Nbs1（MRN）DNA 修復(fù)復(fù)合物激活的一種蛋白激酶，其氧化形式中的二硫鍵交聯(lián)體可特異性阻斷氧化途徑的活化，缺乏ATM 激酶可對(duì)ROS 和一些能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生氧化應(yīng)激的藥物產(chǎn)生超敏反應(yīng)[17]。有實(shí)驗(yàn)證明，大腦中存在A(yíng)TM 激酶，其介導(dǎo)Drebrin 磷酸化后對(duì)抗細(xì)胞氧化應(yīng)激，ATM 和Drebrin 共同調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白骨架來(lái)對(duì)抗能量消耗及ROS，是一種保護(hù)神經(jīng)元免受ROS 傷害的機(jī)制之一，從而防止突觸功能障礙及由其產(chǎn)生的認(rèn)知功能缺陷[18]。

2.4 Drebrin 參與認(rèn)知功能的其他作用

Elizondo 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，Drebrin 參與樹(shù)突狀細(xì)胞內(nèi)肌動(dòng)蛋白骨架的穩(wěn)定，有利于樹(shù)突狀細(xì)胞對(duì)大顆粒的攝取和內(nèi)吞，不僅阻止病毒、細(xì)菌等異物侵入，還能促進(jìn)樹(shù)突狀細(xì)胞對(duì)T 細(xì)胞的抗原呈遞作用和炎癥因子的分泌以維持免疫應(yīng)答，維持神經(jīng)元發(fā)育和認(rèn)知功能形成相對(duì)安全的環(huán)境。神經(jīng)元從生發(fā)區(qū)遷移至最終層流區(qū)對(duì)神經(jīng)回路的形成至關(guān)重要，認(rèn)知功能的執(zhí)行離不開(kāi)神經(jīng)元的正常發(fā)育，而神經(jīng)元的發(fā)育需經(jīng)歷遷移和極性的形成，Drebrin 介導(dǎo)的微管-肌動(dòng)蛋白偶聯(lián)參與了神經(jīng)元的遷移途徑，通過(guò)Drebrin 和Siah2 E3泛素連接酶相互作用來(lái)協(xié)調(diào)遷移神經(jīng)元中極化細(xì)胞器的運(yùn)輸[20-21]。CX43 是一種普遍的細(xì)胞間連接蛋白，其與細(xì)胞骨架之間的相互作用需要Drebrin 的直接參與，該過(guò)程與神經(jīng)元遷移和細(xì)胞通訊密切相關(guān)[22]。故Drebrin 可能是神經(jīng)元遷移的重要功能蛋白之一。細(xì)胞通訊是一種通過(guò)突觸釋放神經(jīng)介質(zhì)和細(xì)胞縫隙連接通道來(lái)調(diào)節(jié)神經(jīng)元Ca2+、cAMP、cGMP 等細(xì)胞信號(hào)的傳導(dǎo)，Drebrin 參與的細(xì)胞骨架重排可影響細(xì)胞縫隙連接通道的狀態(tài)，Drebrin 的降低能直接導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞縫隙連接通道喪失功能，而Drebrin 主要根據(jù)細(xì)胞活性變化來(lái)形成或重新定位星形膠質(zhì)細(xì)胞的連接蛋白通道，進(jìn)而參與神經(jīng)元細(xì)胞通訊的調(diào)控[23]。

3 Drebrin 與認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病

Drebrin 作為一種大腦發(fā)育調(diào)節(jié)蛋白，參與神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)發(fā)育和功能變化，與各種認(rèn)知功能障礙相關(guān)的疾病，尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)。AD 是一種影響老年人記憶與認(rèn)知的神經(jīng)退行性疾病，β 淀粉樣蛋白（amyloid β，Aβ）是AD 發(fā)生的重要病理生理機(jī)制，已經(jīng)明確突觸傳遞速度的降低和樹(shù)突棘的喪失發(fā)生于A(yíng)D 淀粉樣斑塊和神經(jīng)元細(xì)胞損失之前，Aβ 衍生的可擴(kuò)散配體（Aβ-derived diffusible ligand，ADDL）可介導(dǎo)Aβ 毒性，ADDL 與突觸后位點(diǎn)結(jié)合誘導(dǎo)樹(shù)突棘的Drebrin 損失，且Drebrin 數(shù)量減少發(fā)生于樹(shù)突棘形態(tài)和密度變化之前，故有研究者認(rèn)為，Drebrin 可作為AD 前驅(qū)期的觀(guān)察指標(biāo)[24]。Gordon-Weeks[25]對(duì)AD的樹(shù)突棘可塑性研究發(fā)現(xiàn)，Drebrin/EB3/Cdk3 細(xì)胞內(nèi)信號(hào)途徑參與了該過(guò)程，即當(dāng)Drebrin 與肌動(dòng)蛋白側(cè)鏈結(jié)合后，末端結(jié)合蛋白（end-binding protein，EB）作為一種微管加端追蹤蛋白，可特異性結(jié)合Drebrin，加強(qiáng)動(dòng)力微管與肌動(dòng)蛋白骨架在LTP 期間的結(jié)合，促進(jìn)樹(shù)突棘成熟，但AD 中Drebrin 顯著減少，影響突觸可塑性并因此導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。Cofilin 是另一種肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白，可競(jìng)爭(zhēng)Drebrin 結(jié)合F-肌動(dòng)蛋白，甚至這兩種蛋白可與F-肌動(dòng)蛋白完全結(jié)合，Cofilin 促進(jìn)F-肌動(dòng)蛋白轉(zhuǎn)換，而Drebrin 抑制F-肌動(dòng)蛋白解聚以穩(wěn)定肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架，兩者之間的分子串?dāng)_參與神經(jīng)元細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)途徑，該途徑受損被認(rèn)為是AD、衰老、唐氏綜合征及癲癇合并認(rèn)知功能障礙的機(jī)制之一[26]。Dombroski 等[27]對(duì)癲癇患者海馬進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，海馬Drebrin 的表達(dá)與癲癇發(fā)作頻率呈負(fù)相關(guān)，與言語(yǔ)記憶等呈正相關(guān)。同時(shí)，抗Drebrin 血清陽(yáng)性患者出現(xiàn)癲癇發(fā)作、記憶障礙和腦脊液蛋白質(zhì)含量增加，研究證明，原代海馬神經(jīng)元暴露于抗Drebrin 自身抗體后，突觸組成和Drebrin 分布出現(xiàn)異常，棘波率增加，突觸放電出現(xiàn)反映網(wǎng)絡(luò)超興奮性。解釋?zhuān)嚎笵rebrin 自身抗體定義了一種反復(fù)發(fā)作和神經(jīng)精神損害的慢性綜合征[28]。精神分裂癥、躁狂癥等疾病的認(rèn)知功能下降均與樹(shù)突棘密度及形態(tài)變化密切相關(guān)[29]。成年大腦中Drebrin A 減少可誘導(dǎo)mGluR5 依賴(lài)的LTD 增強(qiáng)，增強(qiáng)的mGluR5 依賴(lài)的LTD 已被認(rèn)為是脆性X 綜合征精神發(fā)育遲滯的基礎(chǔ)生理變化，除此之外，在抑郁、焦慮的大鼠腦中也能觀(guān)察到由Drebrin A 減少引起LTD增強(qiáng)的變化[30]。

4 展望

Drebrin 不僅參與樹(shù)突棘發(fā)育形成和突觸可塑性變化來(lái)影響認(rèn)知功能，涉及各種認(rèn)知功能障礙疾病，如AD、抑郁癥、精神發(fā)育遲滯等，最近也有研究發(fā)現(xiàn)，Drebrin 可結(jié)合一種修飾組蛋白的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子ZMYND8，抑制腫瘤轉(zhuǎn)移[31]。進(jìn)一步研究Drebrin 在認(rèn)知功能中的作用，有助于揭示認(rèn)知功能障礙相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生機(jī)制，可能成為藥物干預(yù)的新分子靶點(diǎn)。