陳曉虹，劉敏麗

（延安大學(xué)醫(yī)學(xué)院，陜西 延安 716000）

線粒體是一種存在于大多數(shù)真核細(xì)胞中的雙膜細(xì)胞器，主要產(chǎn)生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP），為細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育提供能量，因此被稱為細(xì)胞的“發(fā)電站”。而且，線粒體還有許多重要功能，參與細(xì)胞的氧化應(yīng)激、鈣穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)和氨基酸代謝、細(xì)胞增殖和分化等。線粒體質(zhì)量控制（mitochondrial quality control，MQC）是維持線粒體健康、穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制，線粒體自噬在其中發(fā)揮核心作用。線粒體自噬是選擇性清除多余或受損線粒體的自噬過程，是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)線粒體質(zhì)量和數(shù)量穩(wěn)態(tài)以及維持線粒體正常功能的重要環(huán)節(jié)［1］。哺乳動(dòng)物有多種線粒體自噬途徑，包括由不同分子介導(dǎo)的泛素依賴性和非泛素依賴性途徑。其中，泛素依賴性途徑包括PTEN誘導(dǎo)假定激酶1（PTEN induced putative kinase 1，PINK1）∕帕金蛋白（parkin）依賴性線粒體自噬和泛素介導(dǎo)的線粒體自噬，而非泛素依賴性途徑進(jìn)一步分為受體依賴性和脂質(zhì)依賴性途徑。它們?cè)诓煌臈l件下工作，合作實(shí)現(xiàn)消除受損線粒體［2］。其中，PINK1∕Parkin依賴性的線粒體自噬研究最廣泛，該途徑主要是由PINK1和Parkin兩種蛋白質(zhì)介導(dǎo)。

PINK1是具有線粒體靶向結(jié)構(gòu)域的蛋白激酶，是MQC的主要調(diào)節(jié)子，可通過多種途徑參與線粒體穩(wěn)態(tài)調(diào)控；而Parkin是一種細(xì)胞質(zhì)E3泛素連接酶，在PINK1下游發(fā)揮作用［3］，通過泛素化底物與微管相關(guān)蛋白1輕鏈3-Ⅱ（LC3-Ⅱ）及ATP酶增強(qiáng)連接，產(chǎn)生線粒體自噬體［4］。PINK1和Parkin兩個(gè)分子的線粒體定位證實(shí)它們?cè)诩?xì)胞器中的相互作用，并匯聚在同一途徑［3］。

1 PINK1、parkin的結(jié)構(gòu)與組成

1.1 PINK1

PINK1基因位于染色體1p36.12，由8個(gè)外顯子組成，長(zhǎng)度1.8 kb。PINK1基因編碼一種含有581個(gè)氨基酸殘基的多肽，分子量為62.8 kDa。PINK1是一種絲氨酸∕蘇氨酸蛋白激酶，由不同的結(jié)構(gòu)域組成，包括線粒體靶向序列（MTS）、跨膜結(jié)構(gòu)域、絲氨酸∕蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)域和C-段自動(dòng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。在正常的線粒體內(nèi)，PINK1在線粒體外膜轉(zhuǎn)位酶（translocases of outer mitochondrial membrane，TOM）和線粒體內(nèi)膜轉(zhuǎn)位酶（translocases of inner mitochondrial membrane，TIM）的作用下由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體內(nèi)膜［5］。

1.2 Parkin

人Parkin基因位于染色體6q25，2-q27，全長(zhǎng)約為1.5 Mb，編碼465個(gè)氨基殘基組成的Parkin蛋白，是帕金森病隱性基因PRKN基因的產(chǎn)物。它由多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，包括位于N端附近的一個(gè)泛素樣結(jié)構(gòu)域（UBL）和從中心到C端多個(gè)RING∕鋅指結(jié)構(gòu)域，包括UBL、UPD、RING1、IBR、RING2五個(gè)結(jié)構(gòu)域。

Parkin蛋白主要在腦、腎和睪丸中表達(dá)，在神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞和心肌細(xì)胞中富集。另外，在線粒體外膜、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和突觸小泡中也存在。作為泛素連接酶，Parkin主要通過降解異常的蛋白底物，參與細(xì)胞周期、生長(zhǎng)代謝、免疫應(yīng)答和胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的調(diào)節(jié)。此外，Parkin除了具有良好的泛素連接酶活性外，可能具有轉(zhuǎn)錄因子等其他功能。Wasner等［6］發(fā)現(xiàn)，Parkin蛋白能夠協(xié)調(diào)線粒體生物發(fā)生和線粒體RNA（mitochondrial RNA，mtRNA）維持，對(duì)預(yù)防神經(jīng)炎癥和神經(jīng)退行性病變至關(guān)重要，提示Parkin可能參與神經(jīng)系統(tǒng)損傷的修復(fù)。

2 PINK1∕Parkin信號(hào)通路的激活

PINK1是一種絲氨酸∕蘇氨酸激酶，當(dāng)線粒體膜電位（mitochondrial membrane potential，MMP）受損時(shí)，PINK1進(jìn)入線粒體內(nèi)膜的途徑受阻，導(dǎo)致PINK1在線粒體外膜的胞質(zhì)面上穩(wěn)定聚集。Gan等［7］指出PINK1不僅受磷酸化調(diào)節(jié)，還受氧化調(diào)節(jié)。在TOM復(fù)合物的幫助下，二聚化可能使phPINK1 Ser202（HsPINK1的Ser228）的反式磷酸化，磷酸化引發(fā)N-端構(gòu)象變化。在PINK1的兩個(gè)拷貝被磷酸化后，二聚體被破壞，使磷酸化的PINK1作為單體泛素激酶和Parkin Ubl激酶啟動(dòng)線粒體自噬。其中，Ser228磷酸化是PINK1泛素激酶活性的先決條件［7］。另外，研究顯示PINK1蛋白水平受到沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1（silent mating type information regulator 2 homolog-1，SIRT1）、核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，Nrf2）以及微小RNA（microRNA，miRNA）等的調(diào)控，并通過PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬在疾病治療中呈現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用。

在基礎(chǔ)條件下，Parkin 泛素連接酶活性在細(xì)胞質(zhì)中被抑制。PINK1可通過兩種機(jī)制激活Parkin：其一，PINK1通過磷酸化Parkin的泛素樣結(jié)構(gòu)域中的Ser65，使Parkin構(gòu)象改變而被激活；其二，PINK1在Ser65處磷酸化泛素，增強(qiáng)與Parkin的親和力，繼而促進(jìn)Parkin的募集和激活［5］，因此存在一個(gè)泛素化→泛素磷酸化→Parkin募集→Parkin激活→泛素化的級(jí)聯(lián)放大反應(yīng)。通過控制線粒體蛋白，PINK1∕Parkin信號(hào)通路通過調(diào)節(jié)線粒體自噬、線粒體動(dòng)力學(xué)和線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡在維持線粒體穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用［8］。

3 PINK1∕Parkin信號(hào)通路介導(dǎo)的線粒體自噬在神經(jīng)系統(tǒng)損傷中的研究進(jìn)展

3.1 PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬與細(xì)胞凋亡

在果蠅模型［8］中，PINK1和Parkin敲低或敲除的突變體表現(xiàn)出與細(xì)胞凋亡相關(guān)的顯著特征。細(xì)胞凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡，在多種生物學(xué)事件中發(fā)揮作用。細(xì)胞凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有多種，其中線粒體凋亡途徑是觸發(fā)細(xì)胞凋亡或死亡的重要信號(hào)通路之一［9］。健康的線粒體通過氧化磷酸化產(chǎn)生ATP促進(jìn)細(xì)胞代謝，而受損的線粒體會(huì)向細(xì)胞質(zhì)中釋放凋亡因子，上調(diào)天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶9（Caspase-9）的表達(dá)，觸發(fā)細(xì)胞凋亡［10］。有研究［11］表明，利用PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬，可以防止細(xì)胞損傷，如PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬可抑制錳誘導(dǎo)的人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞（SH-SY5Y）凋亡。Wen等［9］證明PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬能減輕鎘誘導(dǎo)的大鼠大腦皮層神經(jīng)元凋亡，具有神經(jīng)保護(hù)作用。同樣，該通路介導(dǎo)的線粒體自噬在創(chuàng)傷性腦損傷中也表現(xiàn)出相似作用［12］。然而，線粒體自噬在細(xì)胞損傷中存在與之相反的作用，如潘曉杰等［13］發(fā)現(xiàn)在慢性阻塞性肺疾病模型大鼠的肺組織中，PINK1∕Parkin通路激活，引起線粒體不斷受損，導(dǎo)致自噬過度，從而觸發(fā)細(xì)胞凋亡。因此，該通路介導(dǎo)的線粒體自噬對(duì)細(xì)胞凋亡的作用，可能依賴于細(xì)胞或組織類型、自噬的激活程度以及通路下游線粒體自噬底物的不同，其具體機(jī)制還需進(jìn)一步探究。

3.2 PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬與腦缺血再灌注引起的神經(jīng)系統(tǒng)損傷

在腦缺血再灌注損傷中，發(fā)現(xiàn)PINK1∕Parkin通路被激活，并通過誘導(dǎo)線粒體自噬保護(hù)受損的腦組織。miRNA可以潛在地調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的各個(gè)方面，包括生長(zhǎng)、增殖、分化、細(xì)胞死亡等，并在許多疾病的發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用［14］。有報(bào)道稱，在腦缺血再灌注損傷中，它可以通過PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬在疾病損傷中抑制細(xì)胞凋亡，如miR-361-3p可通過PINK1∕Parkin通路靶向伏隔核相關(guān)因子1（nucleus accumbens associated 1，NACC1）降低活性氧（ROS）的產(chǎn)生和細(xì)胞凋亡，緩解腦缺血再灌注損傷［15］。另外， Huang等［10］證實(shí)神經(jīng)酰胺激酶樣蛋白（ceramide kinase like protein，CERKL）可通過SIRT1∕PINK1∕Parkin依賴性線粒體自噬減輕氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，降低缺血再灌注誘導(dǎo)的神經(jīng)系統(tǒng)損傷。

另外，使用外源性的藥物或化合物，可以穩(wěn)定線粒體外膜上的PINK1，進(jìn)而招募并激活Parkin，誘導(dǎo)線粒體自噬，緩解疾病導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)損傷。例如，Mao等［16］研究表明，川芎內(nèi)酯可以通過PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬來改善對(duì)缺血性中風(fēng)的神經(jīng)元損傷。魏思燦等［4］證實(shí)槲皮素也依賴這種方式減輕腦缺血再灌注引起的神經(jīng)系統(tǒng)損傷。上述研究證實(shí)，腦組織、腦血管PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬能夠抑制細(xì)胞凋亡，減輕神經(jīng)元損傷，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。中草藥在疾病治療中具有重要作用，可以借助生物信息學(xué)技術(shù)明確中草藥中起作用的具體成分，提升基礎(chǔ)研究的效率。

3.3 PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬與帕金森病

帕金森?。≒arkinson′s disease，PD）是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病。其中，PRKN、PINK1和帕金森病蛋白7（Parkinsonism associated deglycase，PARK7∕DJ-1）功能缺失突變，可導(dǎo)致常染色體隱性遺傳形式的帕金森病。此外，PINK1和Parkin是兩種通過線粒體自噬共同促進(jìn)線粒體穩(wěn)態(tài)的線粒體蛋白，而且線粒體功能障礙是帕金森病發(fā)病的最重要機(jī)制［17］，提示PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬是帕金森治療的重要策略。另外，在成纖維細(xì)胞和神經(jīng)元中DJ-1蛋白參與PINK1∕Parkin依賴的線粒體自噬，明確了DJ-1是PINK1∕Parkin重要的下游介質(zhì)［18］。通過探究調(diào)控PINK1∕Parkin經(jīng)典線粒體自噬通路的上下游分子，明晰疾病的發(fā)病機(jī)制，使疾病信息透徹化，可為疾病治療提供新思路。Dong等［17］研究發(fā)現(xiàn)，抑制miR-421可保持線粒體功能，并通過PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬干預(yù)帕金森病的發(fā)病機(jī)制。單個(gè)miRNA可以靶向多個(gè)基因，而miRNA簇包含多個(gè)miRNA，需深入了解miRNA與PINK1∕Parkin通路的之間的關(guān)聯(lián)，尋找潛在的治療靶點(diǎn)。除此之外，通過藥物直接結(jié)合有作用的靶點(diǎn)，能夠發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用，這是快捷而有效的方式。例如，Li等［19］發(fā)現(xiàn)紅景天苷能觸發(fā)PINK1∕ Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬，保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元。

然而，一篇評(píng)論綜述［20］中提到一種線粒體自噬受體蛋白Nip3樣蛋白X（Nip3-like protein X，NIX），它可以作為Parkin的下游底物，通過PINK1∕Parkin依賴性線粒體自噬維持線粒體質(zhì)量；但過表達(dá)Nix又能以PINK1∕Parkin非依賴性的方式，獨(dú)立介導(dǎo)線粒體自噬，恢復(fù)細(xì)胞激活線粒體自噬的能力，提高線粒體能量的產(chǎn)生。這提示，誘導(dǎo)線粒體自噬的途徑有很多，要注意途徑之間的關(guān)系以及靶點(diǎn)自身的作用機(jī)制，PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬在疾病中研究雖是經(jīng)典廣泛的，但不是唯一。

3.4 PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬與阿爾茨海默病

阿爾茨海默?。?Alzheimer′s disease，AD）是一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，以記憶力減退和多種認(rèn)知功能障礙為特征。迄今為止，大量研究揭示了AD的復(fù)雜發(fā)病機(jī)制，如β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）沉積、微管相關(guān)蛋白過度磷酸化、線粒體功能障礙、突觸功能障礙、氧化應(yīng)激、神經(jīng)元炎癥等。其中，Aβ沉積是造成神經(jīng)元線粒體損傷的直接原因，細(xì)胞質(zhì)中的Aβ積累增加使PINK1和Parkin水平下降，缺少靶向功能失調(diào)線粒體的自噬體的有效數(shù)量［21］，繼而損傷線粒體功能，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞凋亡。所以，提高線粒體功能和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)可以減少有害蛋白聚集體的形成，抑制疾病發(fā)生，起到延緩疾病進(jìn)展的效果。另外，Parkin能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Aβ的泛素化及蛋白酶降解，在Aβ沉積的神經(jīng)退行性疾病中表現(xiàn)出保護(hù)作用［22］。由此看出，提高PINK1∕Parkin水平，誘導(dǎo)線粒體自噬對(duì)減輕AD中神經(jīng)系統(tǒng)損傷至關(guān)重要，眾多研究也得以驗(yàn)證。

通過體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)，將藥物作用于PINK1∕Parkin通路及相關(guān)靶點(diǎn)，結(jié)果顯示具有治療效果。李和梅等［23］通過建立Aβ?lián)p傷的大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤PC12細(xì)胞模型，論證了人參皂苷增強(qiáng)PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬水平，改善Aβ造成的細(xì)胞線粒體損傷，緩解神經(jīng)元損傷。此外，Wang等［24］證實(shí)鎘通過腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）以PINK1∕Parkin依賴的方式觸發(fā)線粒體自噬，清除受損的線粒體，抑制神經(jīng)元細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。另外，王南卜等［25］發(fā)現(xiàn)，β-細(xì)辛醚經(jīng)調(diào)節(jié)PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬改善阿爾茨海默病大鼠的學(xué)習(xí)認(rèn)知能力。

根據(jù)以上研究，通過干預(yù)PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬能夠調(diào)控AD的發(fā)病機(jī)制，起到治療疾病的目的。由于疾病的繼發(fā)性損傷具有一定相似性，可以推測(cè)上述藥物及靶點(diǎn)通過PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬在其他神經(jīng)系統(tǒng)損傷疾病中同樣有效。

3.5 PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬與脊髓損傷

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)重的損傷性疾病，具有神經(jīng)元再生能力弱、病理學(xué)改變復(fù)雜等特點(diǎn)，還存在神經(jīng)元凋亡、神經(jīng)炎癥、氧化應(yīng)激、缺血再灌注等問題，這些稱為繼發(fā)性損傷。當(dāng)對(duì)其采取一些干預(yù)措施時(shí)，疾病情況往往有好轉(zhuǎn)，所以繼發(fā)性損傷被作為治療疾病的落腳點(diǎn)。Mao等［26］研究表明，麥芽酚通過Nrf2∕PINK1∕Parkin通路，降低PC12細(xì)胞中線粒體膜蛋白TOM20和電壓依賴性陰離子通道1的表達(dá)水平，促進(jìn)脊髓損傷后線粒體自噬，抑制氧化應(yīng)激。此外，Gu等［27］證實(shí)紅景天苷可通過促進(jìn)PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬和抑制氧化應(yīng)激，改善脊髓缺血再灌注損傷后線粒體依賴的神經(jīng)元凋亡。紅景天苷可以通過此機(jī)制對(duì)帕金森病及脊髓損傷產(chǎn)生相應(yīng)作用，由此可以了解到疾病之間存在共性機(jī)制，且藥物之間也存在共性特點(diǎn)，所以推測(cè)其他類似藥物能夠通過該方式逆轉(zhuǎn)SCI的繼發(fā)性損傷，如白藜蘆醇、樺木酸、維生素E等藥物。

經(jīng)基礎(chǔ)研究清楚地了解疾病相關(guān)的發(fā)病機(jī)制之后，對(duì)于脊髓損傷疾病的治療方案會(huì)更加明晰。例如，可以利用自噬激活劑增強(qiáng)自噬或激活通路誘導(dǎo)線粒體自噬，防止神經(jīng)元凋亡、減輕炎癥反應(yīng)。此外，利用抗氧化劑或抗氧化應(yīng)激的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控相關(guān)通路，可抑制氧化應(yīng)激，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

3.6 PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬與癲癇

癲癇是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其發(fā)病機(jī)制涉及突觸結(jié)構(gòu)、細(xì)胞死亡、神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)和炎癥。楊子茵等［28］研究發(fā)現(xiàn)miR-27b表達(dá)沉默可觸發(fā)PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬，抑制神經(jīng)炎，改善癲癇程度。另外，miR-137表達(dá)可促進(jìn)Parkin轉(zhuǎn)位入線粒體，促進(jìn)線粒體自噬，保護(hù)海馬神經(jīng)元，減輕癲癇癥狀［29］。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，干預(yù)繼發(fā)性損傷的相關(guān)通路及靶點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)疾病的發(fā)病機(jī)制被抑制，癥狀得到緩解。線粒體不僅提供能量，還是活性氧分子的主要來源地，線粒體受損與許多疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，而PINK1∕Parkin通路介導(dǎo)的線粒體自噬作為線粒體自噬的典型通路，是多種靶點(diǎn)和藥物在神經(jīng)系統(tǒng)損傷疾病中起作用的分子機(jī)制。通過對(duì)該通路分子及與其上下游靶點(diǎn)蛋白的研究，可為神經(jīng)系統(tǒng)損傷疾病的機(jī)制研究及藥物研發(fā)提供新的思路。