DARPP-32磷酸化異常與LID形成機(jī)制研究進(jìn)展

羅瑞靜 何建成

隨著人口老齡化的日趨明顯，帕金森病(Parkinson's disease，PD)發(fā)病率日漸攀升［1］。迄今為止，左旋多巴(L-dopa，LD)憑借其起效快、減輕癥狀明顯等優(yōu)點(diǎn)，仍然是治療PD的“金標(biāo)準(zhǔn)”藥物，是其他治療方法和藥物所不能替代和比擬的［2］。然而長(zhǎng)期LD治療后約80%患者出現(xiàn)嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)并發(fā)癥，異動(dòng)癥(levodopa-induced dyskinesia，LID)是其中較為常見(jiàn)的一種類型，它嚴(yán)重影響PD患者的藥物治療效果和生活質(zhì)量，但其發(fā)生機(jī)制尚未完全闡明。近來(lái)許多研究發(fā)現(xiàn)DARPP-32的異常磷酸化與LID發(fā)生有密切關(guān)系，本文就DARPP-32與LID發(fā)生機(jī)制相關(guān)內(nèi)容予以綜述［3，4］。

一、DARPP-32的結(jié)構(gòu)及分布

1983年Walaas等［5］發(fā)現(xiàn)了一種對(duì)多巴胺(dopamine，DA)和環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)非常敏感的磷蛋白，稱為DARPP-32蛋白(dopamine and cAMP-regulated phosphoprotein of 32 kDa，DARPP-32)，它是由202個(gè)氨基酸殘基組成的酸性單肽鏈，其中含有豐富的親水性氨基酸，不同種屬之間DARPP-32核苷酸序列和氨基酸序列相似性可達(dá)80%以上。該蛋白在腦區(qū)的分布與DA在軸突末梢分布相平行，主要分布在基底神經(jīng)節(jié)的尾狀核、殼核、伏隔核、嗅結(jié)節(jié)和杏仁體，在蒼白球、黑質(zhì)網(wǎng)狀體中也有表達(dá)，特別是在紋狀體中含有多巴胺D1受體(dopamine D1receptor，D1R)和D2R的中等大小棘狀神經(jīng)元胞質(zhì)中含量豐富。DARPP-32結(jié)構(gòu)與功能異常，可導(dǎo)致帕金森病異動(dòng)癥、抑郁癥、精神分裂癥、藥物成癮等疾病的發(fā)生。

二、DARPP-32的功能及調(diào)控機(jī)制

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，蛋白磷酸化是一種調(diào)控細(xì)胞生理功能的重要機(jī)制，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要環(huán)節(jié)［6］。DARPP-32在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，可以接受多種生理活性物質(zhì)的調(diào)控，同時(shí)又可以通過(guò)自身不同位點(diǎn)的磷酸化與去磷酸化調(diào)控多種效應(yīng)蛋白底物來(lái)發(fā)揮重要生理功能［7］。

1.DARPP-32的功能:多巴胺(DA)是重要的中樞神經(jīng)遞質(zhì)，調(diào)節(jié)著機(jī)體運(yùn)動(dòng)、識(shí)別、情感和神經(jīng)內(nèi)分泌等生理功能。DA受體主要有兩大類，分別是D1類和D2類受體，二者與DA結(jié)合后可以產(chǎn)生不同的效應(yīng)［8，9］?？偟膩?lái)講，D1類受體激活后可以增強(qiáng)腺苷酸環(huán)化酶(adenylate cyclase，AC)活性，從而增加cAMP的產(chǎn)生;D2類受體可以抑制AC的活性，減少cAMP的產(chǎn)生。DARPP-32是一種胞內(nèi)蛋白，是DA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上的重要信號(hào)分子之一，在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上起分析和整合作用，居于信息傳遞和級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)的中心地位［10］。

2.DARPP-32磷酸化調(diào)控機(jī)制:通過(guò)蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)、蛋白激酶 C(protein kinase C，PKC)等介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)專一性蛋白底物的磷酸化，是許多神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)特異性靶細(xì)胞發(fā)揮其生理作用的普遍機(jī)制。DARPP-32生物學(xué)活性主要受其中4個(gè)氨基酸殘基位點(diǎn)磷酸化和去磷酸化的調(diào)節(jié)［11］。這 4個(gè)位點(diǎn)分別是 Thr34、Thr75、Ser102和Ser137，其中Thr34位點(diǎn)可被PKA磷酸化，Thr75位點(diǎn)則可被周期素依賴蛋白激酶5(cyclindependent kinase 5，CDK5)磷酸化。在上述的4個(gè)位點(diǎn)中，Thr34處于中心位置，Ser102和Ser137的磷酸化對(duì)其有正性調(diào)節(jié)作用，而Thr75磷酸化則對(duì)其有負(fù)性調(diào)節(jié)作用。上述4個(gè)位點(diǎn)的異常磷酸化成為DARPP-32參與LID形成的重要機(jī)制之一，通過(guò)自身不同位點(diǎn)的磷酸化及去磷酸化對(duì)底物蛋白發(fā)揮雙向調(diào)控的作用，以保證生理功能的正常發(fā)揮。多種生理活性物質(zhì)可以影響DARPP-32的磷酸化和去磷酸化，近期研究［12～15］表明，多巴胺、谷氨酸、可卡因、阿片、5-HT、苯丙胺、(-GABA、NO、腺苷等神經(jīng)遞質(zhì)及其類似物都可影響DARPP-32的磷酸化，進(jìn)而通過(guò)調(diào)控蛋白磷酸酯酶-1(protein phosphatase-1，PP-1)的活性狀態(tài)，導(dǎo)致同一神經(jīng)元發(fā)出不同的調(diào)控信息。迄今為止對(duì)其影響機(jī)制研究比較透徹的是DA的調(diào)控，DA可以與D1、D2受體結(jié)合后通過(guò)多條途徑對(duì)DARPP-32的不同位點(diǎn)的磷酸化和去磷酸化進(jìn)行調(diào)控，從而對(duì)效應(yīng)蛋白底物產(chǎn)生激活或抑制效應(yīng)［16～18］。PKA途徑是DA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中比較經(jīng)典的一條［19］。其具體過(guò)程是DA作用于D1R，刺激AC使cAMP生成增加，激活PKA，使Thr34-DARPP-32磷酸化成為PP-1的強(qiáng)效抑制劑，進(jìn)而降低一些效應(yīng)蛋白的脫磷酸，同時(shí)可以通過(guò)D1/PKA/蛋白磷酸酯酶-2A(protein phosphatase-2A，PP-2A)促進(jìn)Thr75位點(diǎn)的去磷酸化，間接加強(qiáng)Thr34位點(diǎn)對(duì)PP-1的抑制作用，使效應(yīng)蛋白底物磷酸化增強(qiáng)，直接通路活性增強(qiáng)［20］。Thr34的去磷酸化是由蛋白磷酸酶-2B(protein phosphatase-2B，PP-2B)完成的。DA與D2R結(jié)合后可以通過(guò)以下兩條途徑發(fā)揮作用:①阻礙D1類受體活動(dòng)，減少cAMP的生成，影響PKA途徑信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);②增加細(xì)胞間Ca2+水平，可以引起PP-2B的激活;兩條途徑都可以導(dǎo)致DARPP-32的Thr34位點(diǎn)去磷酸化，而其去磷酸化后，對(duì)PP-1的強(qiáng)效抑制作用即解除。

此外，Thr-75位點(diǎn)可被 CDK5磷酸化，此時(shí)DARPP-32成為PKA的抑制劑，可通過(guò)抑制PKA使Thr34-DARPP-32磷酸化能力降低;谷氨酸受體NMDA(N-methyl-D-aspar-tate)、AMPA(a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxa-zolep-propionate)可以通過(guò)與 D1R、D2R相互作用共同調(diào)控DARPP-32的磷酸化狀態(tài)，影響直接通路的活化程度。總之，DARPP-32磷酸化調(diào)控機(jī)制非常復(fù)雜，上游不同物質(zhì)可以通過(guò)多條途徑對(duì)其不同位點(diǎn)的磷酸化與去磷酸化進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而影響其下游效應(yīng)蛋白底物，通過(guò)對(duì)直接與間接通路活性狀態(tài)的調(diào)控，保持機(jī)體生理功能的正常發(fā)揮。

三、DARPP-32功能異常與LID發(fā)生機(jī)制

目前認(rèn)為L(zhǎng)ID的發(fā)生與服用半衰期較短的外源性DA引起突觸前DA間斷性釋放波動(dòng)性刺激紋狀體DA受體后引起的下游突觸后神經(jīng)元功能改變所導(dǎo)致的直接通路與間接通路之間的失衡以及清除異常運(yùn)動(dòng)信息功能的破壞有關(guān)，在此期間，DARPP-32不同位點(diǎn)磷酸化功能異常導(dǎo)致直接通路活動(dòng)的活性異常增強(qiáng)與LID的形成關(guān)系密切，但確切機(jī)制尚不清楚。

Picconi、Hakansson、Santini等先后研究發(fā)現(xiàn)，DA與D1R結(jié)合后使得Thr34-DARPP-32過(guò)度激活，直接通路過(guò)度活化，最終導(dǎo)致LID的發(fā)生。Nishi等研究發(fā)現(xiàn)CDK5可使Thr34-DARPP-32過(guò)度磷酸化，過(guò)度激活直接通路，導(dǎo)致LID發(fā)生。Lebel等研究表明紋狀體內(nèi) DARPP-32通過(guò)抑制 PP-1促進(jìn)ERK1/2的磷酸化，過(guò)度激活直接通路，導(dǎo)致LID的發(fā)生。

國(guó)內(nèi)學(xué)者牛軼瑄、梁直厚等研究發(fā)現(xiàn)PD長(zhǎng)期反復(fù)LD波動(dòng)性治療可使D1R下游突觸后神經(jīng)元內(nèi)DARPP-32的Thr-34位點(diǎn)的磷酸化水平增加，導(dǎo)致直接通路過(guò)度活化。牛軼瑄等進(jìn)一步研究證實(shí)D1R下游突觸后神經(jīng)元內(nèi)PDyn等蛋白表達(dá)改變和效應(yīng)蛋白底物磷酸化修飾增加，選擇性異?；罨苯油?，使基核環(huán)路失衡進(jìn)而引起LID的形成。陳志斌等研究發(fā)現(xiàn)LID大鼠紋狀體內(nèi)DARPP-32的Thr-34位點(diǎn)的磷酸化水平發(fā)生了明顯變化，可能造成了直接通路過(guò)度活化，引起直接、間接通路的平衡失調(diào)及清除異常運(yùn)動(dòng)信息的功能被破壞，最終導(dǎo)致了LID的發(fā)生。宋璐等研究發(fā)現(xiàn)，紋狀體DARPP-32的Thr-75位點(diǎn)的磷酸化水平減低參與了LID的發(fā)生。徐巖等研究表明紋狀體內(nèi)DARPP-32可通過(guò)抑制PP-1促進(jìn)紋狀體內(nèi)直接通路上的重要信號(hào)分子ERK1/2的磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)下游靶基因的表達(dá)來(lái)影響神經(jīng)元突觸可塑性，參與LID的發(fā)生。

四、展 望

綜上所述，在神經(jīng)系統(tǒng)中，DARPP-32的磷酸化和去磷酸化受多種物質(zhì)的調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)PP-1活性的影響，進(jìn)而調(diào)節(jié)神經(jīng)元的電化功能，參與多種生理功能和病理過(guò)程。其磷酸化功能異常特別是Thr-34位點(diǎn)的過(guò)度磷酸化導(dǎo)致直接通路活動(dòng)的異常增強(qiáng)與LID的形成關(guān)系密切。但LID形成機(jī)制復(fù)雜，不同神經(jīng)遞質(zhì)變化對(duì)DARPP-32磷酸化的影響及其相互作用機(jī)制、DARPP-32不同位點(diǎn)的磷酸化及其相互作用機(jī)制、DARPP-32異常磷酸化后對(duì)下游效應(yīng)蛋白底物的影響及上下游相互作用機(jī)制等尚未完全闡明，有待進(jìn)一步深入研究。

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