突觸后致密物-95研究新進展

何振斌，原鵬程，徐龑飛，張吉強

(1第三軍醫(yī)大學(xué)，重慶400038;2第三軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部)

突觸后致密物-95(PSD-95)是膜相關(guān)的鳥苷酸激酶(MAGUK)家族的一員［1］，是突觸的支架蛋白與復(fù)雜的蛋白—蛋白作用區(qū)。PSD-95的結(jié)構(gòu)中包含了3個PDZ區(qū)，一個SH3區(qū)或WW 基序(兩個保守的色氨酸殘基)和一個同源的鳥苷酸(gGK)區(qū)，其中PDZ結(jié)構(gòu)域在不同膜蛋白中具有不同結(jié)構(gòu)。PSD-95在突觸部位發(fā)揮較多功能，其中最重要的功能是與膜蛋白相互作用，調(diào)節(jié)它們在突觸中的定位。本文僅對PSD-95在生理和病理條件下作用的某些新進展綜述如下。

1 生理條件下PSD-95的功能

1.1 參與視覺發(fā)育敏感期視皮層神經(jīng)元可塑性的調(diào)節(jié) 視覺發(fā)育研究發(fā)現(xiàn)，視皮層在出生后相當(dāng)一段時間內(nèi)無論是從形態(tài)還是功能方面均處在尚未成熟的發(fā)育階段，因而表現(xiàn)出很大程度的可塑性。在這早期發(fā)育的關(guān)鍵期，視覺環(huán)境的微小改變均可影響到整個視皮層的發(fā)育過程。突觸是視神經(jīng)信息傳遞的關(guān)鍵部位，是神經(jīng)元相接觸部分的特化區(qū)，其變化與神經(jīng)系統(tǒng)的功能狀態(tài)關(guān)系密切。安喜艷等［2］研究發(fā)現(xiàn)，大鼠出生后2～3周內(nèi)，PSD-95表達迅速升高，以后持續(xù)在較高水平;在大鼠視覺發(fā)育的關(guān)鍵期早期達高峰，二者之間呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，由此推測其可能參與視覺早期的發(fā)育。Yoshii等［3］發(fā)現(xiàn)，睜眼能夠使大鼠視覺神經(jīng)元的PSD-95含量增加，并且這種增加僅見于大鼠的發(fā)育階段，而不是在發(fā)育成熟期;單眼剝奪性大鼠視皮層的PSD-95蛋白的表達較正常值減少。這種減少可能與以下兩種機制有關(guān):一是由蛋白的合成減少，二是可突觸后PSD-95蛋白的重新分布。這表明PSD-95在長時程增強和經(jīng)驗依賴可塑性中發(fā)揮作用

1.2 整合N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDAR)突觸信號 PSD-95是在谷氨酸能突觸的PSD中的一種特殊蛋白質(zhì)，通過不同結(jié)構(gòu)域與其他蛋白相互作用，不僅能串集NMDAR及其信號通路中的相關(guān)蛋白分子，組成受體—信號分子—調(diào)節(jié)分子—靶分子復(fù)合物;還可通過突觸前后黏附分子的相互作用，參與突觸連接的形成和維持，在介導(dǎo)和整合NMDAR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有關(guān)鍵性作用［4］。研究表明，NMDAR與長時程突觸增強、學(xué)習(xí)記憶、神經(jīng)系統(tǒng)生長發(fā)育的可塑性、缺血缺氧損傷及老年性癡呆等神經(jīng)退行性疾病有密切關(guān)系。PSD-95過度增加后，傳遞了NMDAR過表達介導(dǎo)的神經(jīng)信號。在缺血缺氧的情況下，抑制PSD-95的表達或PSD-95與NMDAR的結(jié)合則對興奮性毒性和缺血性腦損傷有保護作用。而在缺血晚期PSD-95減少，NMDAR于學(xué)習(xí)記憶的傳導(dǎo)通路上的功能變?nèi)?，從而?dǎo)致血管性癡呆(VaD)的發(fā)生。PSD-95具有簇集相互作用蛋白質(zhì)、形成異源性信號復(fù)合體的功能，是其對NMDA受體信號傳遞的整合作用的關(guān)鍵所在。影響其機制的因素目前認為有以下幾種:①GKAP和SAPAP能夠同時與多個PSD-95的鳥苷酸結(jié)構(gòu)域結(jié)合，有助于PSD-95的多聚化。②PSD-95的PDZ結(jié)構(gòu)域與NMDAR亞單位的C-末端結(jié)合，而NMDAR通道都是以多聚體形式存在。研究證實，PSD-95的N末端2個保守的半胱氨酸殘基所形成的二硫鍵為蛋白多聚化所必需。這些半胱氨酸也是棕櫚酸化位點，而棕櫚酸化可動態(tài)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)與脂質(zhì)雙分子層的相互作用。腦內(nèi)PSD-95是棕櫚酸化的，其N末端任一半胱氨酸的突變都可破壞棕櫚酸化及其與脂質(zhì)雙層的締合。所以認為，另外一種機制是PSD-95通過本身的聚合作用把相互作用的蛋白分子簇集在一起，N末端的2個半胱氨酸還具有PSD-95的膜定位作用，也有助其分子簇集。如前所述，CRIPT可與PSD-95的PDZ-3結(jié)構(gòu)域結(jié)合，并介導(dǎo)其與微管蛋白骨架的關(guān)聯(lián)。當(dāng)CRIPT和PSD-95在異源性細胞共表達時，PSD-95從彌散分布狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕cCRIPT一起定位于微管細胞骨架。因此，CRIPT也是介導(dǎo)PSD-95整合機制的重要分子。PSD-95/受體復(fù)合物的穩(wěn)定性，可能受細胞骨架決定。PSD-95可與細胞骨架進行直接或間接的聯(lián)系，而NMDAR也能與細胞骨架結(jié)合，它們共同形成一種穩(wěn)定的腳手架結(jié)構(gòu)，保證了相關(guān)蛋白質(zhì)的簇集和對NMDAR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的整合作用。

1.3 參與認知功能 以β與淀粉樣蛋白(Aβ)為核心的老年斑、微管相關(guān)蛋白Tau過度磷酸化所致的神經(jīng)纖維纏結(jié)、神經(jīng)細胞凋亡所致的基底前腦膽堿能神經(jīng)功能障礙和海馬廣泛的神經(jīng)元丟失等是老年癡呆癥典型的病理特征。老年癡呆與認知功能降低密切相關(guān)的是腦中突觸終端的丟失。突觸的丟失是早期認知功能降低的核心事件。在患者腦中殘存的突觸終端，Aβ低聚集的同時伴有PSD-95的減少。當(dāng)PSD-95含量減少時，會出現(xiàn)依賴海馬的學(xué)習(xí)記憶功能的缺陷。當(dāng)敲除PSD-95基因時，小鼠學(xué)習(xí)和記憶功能出現(xiàn)障礙。何雨等［5］研究證實，在小鼠癡呆病例中，小鼠的認知記憶能力下降，同時PSD-95的表達也呈現(xiàn)大幅度下降趨勢。王宇等［6］在用假手術(shù)組、銀杏葉處理的癡呆大鼠干預(yù)組、正常組、模型組做實驗時，發(fā)現(xiàn)干預(yù)組和正常組中PSD-95的表達均高于模型組。王曼等［7］研究表明，AD患者腦內(nèi)神經(jīng)淀粉樣變性的產(chǎn)生必然導(dǎo)致突觸后結(jié)構(gòu)的變化，PSD-95的含量減少影響調(diào)節(jié)和聚合受體對穩(wěn)定突觸連接的作用，轉(zhuǎn)導(dǎo)膜受體信號功能也受到影響，從而AD患者出現(xiàn)記憶和認知功能的障礙。

1.4 參與脊髓發(fā)育 沈愛國等［8］研究發(fā)現(xiàn)，PSD-95在老鼠脊髓的分布因年齡而異。在新生鼠脊髓中，PSD-95高表達在后角感覺神經(jīng)元;而在成年后，PSD-95特化為突觸結(jié)構(gòu)分布于后角的板層中，而后角淺表板層是處理傷害性刺激的基本中心。這提示PSD-95與外周感覺傳入有關(guān)。在生后發(fā)育早期，PSD-95高表達在脊髓前角NeuN陽性的運動神經(jīng)元，并被突觸蛋白(synapsin)陽性的突觸結(jié)構(gòu)所包繞。PSD-95與synapsin于生后1周主要定位于小腦浦肯野細胞胞體和短的樹突上，在小腦皮層中存在一致性分布。二者可能共同參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育成熟、突觸的形成以及神經(jīng)可塑性調(diào)節(jié)過程，即PSD-95在脊髓發(fā)育過程中呈現(xiàn)明顯的動態(tài)變化，并在生后發(fā)育的“關(guān)鍵時期”表達上調(diào)。

1.5 維持突觸可塑性 突觸后可塑性結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)最重要的是PSD這種超微結(jié)構(gòu)，它附于突觸后膜胞質(zhì)側(cè)厚約50 nm處，含有30余種與突觸傳遞緊密相關(guān)的蛋白成分。PSD的相關(guān)蛋白包括fodrin、微管蛋白、鈣調(diào)蛋白、shank1和PSD-95等。PSD-95與其他相關(guān)蛋白相互作用，不僅能夠串集NMDAR及其信號通路中的相關(guān)蛋白，組成受體—信號分子—調(diào)節(jié)分子—靶分子復(fù)合物;還可通過PSD多種蛋白的相互作用，參與突觸連接的形成和維持，在介導(dǎo)和整合NMDAR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有關(guān)鍵作用［8］。其功能主要有調(diào)節(jié)和聚合受體、穩(wěn)定突觸連接的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)導(dǎo)膜受體信號等，也是信息傳遞和記憶形成的重要場所。其中，維持突觸的功能和形態(tài)是PSD-95的主要功能體現(xiàn)。目前認為其機制是PDZ-1、PDZ-2與離子型谷氨酸受體的NR2亞單位C末端相結(jié)合，從而有利于長時程增強(LTP)的產(chǎn)生;LTP使PSD-95水平的升高，從而募集更多的離子型谷氨酸受體，從而改變突觸電流;LTP的形成使突觸后細胞釋放一些逆向信使分子作用于突觸前末梢，誘導(dǎo)新的mRNA的產(chǎn)生，從而使突觸結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

2 病理條件下PSD-95的作用

2.1 引起人類多種疾病 谷氨酸興奮性毒性是多種重大腦病中神經(jīng)元損傷，如缺血性腦病、神經(jīng)退行性腦病、癲癇等的主要因素。PSD-95對興奮性信號進行整合，主要是通過N-端PDZ結(jié)構(gòu)域、SH3結(jié)構(gòu)域、SrcPTKs募集谷氨酸受體及其下游多種特異的信號分子，促使特異性信號模塊的形成，從而在突觸后水平。PSD-95以其N-端PDZ結(jié)構(gòu)域與谷氨酸NMDAR的NR2亞基和KA受體的GluR6亞基相結(jié)合。這些相互作用對于NMDAR、KA受體在突觸后膜的聚集以及興奮性信號的傳遞是非常重要的。PSD-95分別通過PDZ2、SH3結(jié)構(gòu)域與SrcPTKs及其上游激活劑Pyk2相互作用，調(diào)節(jié)SrcPTKs活性，進而磷酸化 NR2亞基并增強 NMDAR功能［9］。NMDAR激活誘導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流通過NR2-PSD-95-nNOS信號模塊將鈣離子信號快速并特異地傳遞給神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)，從而參與興奮性毒性和缺血性腦損傷，引起缺血性腦中風(fēng)。大量研究表明，在精神分裂癥中谷氨酸功能呈下調(diào)的趨勢，在精神分裂癥患者不同的邊緣葉離子型谷氨酸受體的異常表達。這種病的發(fā)病機制可能與受體表達的異常及與NMDAR相聯(lián)系的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制有關(guān)。有研究表明，精神分裂癥患者腦中PSD-95的表達發(fā)生了改變。PSD-95通過蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)間相互作用，促進NMDA受體在突觸后膜的聚集和錨定，調(diào)節(jié)NMDA受體對谷氨酸鹽的敏感性，甚至它還能通過裝配組成信號模塊，調(diào)節(jié)NMDAR相關(guān)的細胞內(nèi)過程。neuregu-lin-1基因的表達產(chǎn)物Neuregulin-1(Nrg-1)主要分布于細胞膜上，Nrg-1的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域部分可以轉(zhuǎn)位至細胞核內(nèi)，促進PSD-95基因的啟動子活性，增強PSD-95的蛋白表達。NMDAR功能下調(diào)時，PSD-95與N rg-1受體ErbB4相互作用的增強，二者呈現(xiàn)一定的相關(guān)性。PSD-95的異常表達所引起的級聯(lián)反應(yīng)以及神經(jīng)元壞死或凋亡，被視為成為癲癇發(fā)生和發(fā)展的一個重要原因。

2.2 參與傳遞損傷信號 梁紅霞等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠腦損傷后3～6 h，PSD-95蛋白表達升高，12 h出現(xiàn)第1個高峰，隨后短暫回落，在5 d又繼續(xù)升高，達第2個高峰，7 d后開始下降，即呈現(xiàn)升高—回落—升高—回落的趨勢。采用自由落體模型造成大鼠腦損傷，發(fā)現(xiàn)在傷后30 min～6 h內(nèi)傷側(cè)大腦皮層NMDAR開始增加的時間與PSD-95蛋白第1個高峰的時間段相近。因此推測，PSD-95具有整合NMDAR突觸信號的功能，而其發(fā)揮作用的同時需要NMDAR存在。所以，PSD-95蛋白含量變化的第1個高峰參與損傷信號傳遞的作用。

2.3 參與炎癥反應(yīng) 沈愛國等［11］研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷(SCI)后PSD-95在基因和蛋白水平呈現(xiàn)明顯的時相變化，并且損傷后高表達在活化的炎癥細胞。這提示PSD-95參與了脊髓繼發(fā)性損傷過程，興奮性氨基酸的釋放及其相應(yīng)受體活化是脊髓損傷SCI后繼發(fā)性損傷重要因素之一。有研究表明，PSD-95 mRNA及其蛋白水平在SCI后呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，mRNA在5 d后降到最低水平，蛋白水平在7 d后最低。PSD-95與神經(jīng)型一氧化氮合酶(nNOS)在SCI后8 h存在著共定位關(guān)系，并且還高表達于損傷局部活化中性粒細胞和巨噬細胞。有研究用免疫熒光雙標(biāo)技術(shù)觀察了SCI 7 d后PSD-95與中性粒細胞標(biāo)記物MPO和巨噬細胞標(biāo)記F4/80的共定位情況，結(jié)果證實PSD-95與這兩種炎癥細胞存在著部分共定位，即PSD-95可能參與SCI后的繼發(fā)性炎癥反應(yīng)。

2.4 參與疼痛調(diào)控 李旭等［12］等發(fā)現(xiàn)，脊髓腰膨大的特異性PSD-95基因沉默可顯著逆轉(zhuǎn)神經(jīng)病理性疼痛大鼠的機械及熱痛覺敏感，進一步證明了PSD-95基因在神經(jīng)病理性疼痛中的作用。PSD-95作為多種受體的錨定蛋白，對神經(jīng)細胞的生長活力及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路都有重要的影響。沉默大鼠脊髓PSD-95可能會通過影響神經(jīng)元對抗病理性損傷的能力和(或)調(diào)節(jié)中樞敏化相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制，而起到治療神經(jīng)病理性疼痛的效果。此外，PSD-95基因敲除小鼠由AMPAR介導(dǎo)的突觸傳遞受到明顯的抑制。Garry等發(fā)現(xiàn)，PSD-95在神經(jīng)病理性敏化中起重要作用，表達突變的PSD-95小鼠其NMDAR依賴的痛覺過敏及異常疼痛有所減輕。Tao等［12］也證明，PSD-95在外周神經(jīng)損傷引起的神經(jīng)病理性疼痛中起重要作用。

總之，PSD-95是興奮性突觸的重要組成蛋白之一，對興奮性突觸的發(fā)生與功能維持具有極為重要的意義。目前諸多研究報道了PSD-95在生理和病理狀態(tài)下神經(jīng)系統(tǒng)某些部位的表達變化，并對其作用的分子機制進行了探討;基因敲除實驗證實了PSD-95在突觸傳遞中不可或缺的作用。如何安全有效地調(diào)控特定部位的表達，從而達到消除病痛、治愈患者而不影響此外的別的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，將是未來神經(jīng)生物學(xué)研究的核心課題之一，以PSD-95為靶向的預(yù)防或治療某些神經(jīng)或精神疾病的研究值得深入開展。

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