植物雌激素通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)干預(yù)帕金森病的研究進展

李雪梅 程月發(fā)

·綜述與講座·

植物雌激素通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)干預(yù)帕金森病的研究進展

李雪梅 程月發(fā)

植物雌激素;帕金森病;泛素-蛋白酶體系統(tǒng)

近年流行病學(xué)資料顯示女性帕金森病(Parkinson’s disease, PD)的發(fā)病率比男性低[1]，通過研究認為這種結(jié)果與雌性激素的表達有關(guān)，應(yīng)用雌激素和植物雌激素(Phytoestrogens)治療PD臨床上也取得了一定的療效，因此這類成分如何干預(yù)PD發(fā)生的也成為目前研究的一個方向。本文就近年來這方面的研究進展進行綜述。

1 植物雌激素的分類、體內(nèi)代謝和生物活性[2]

植物雌激素為雜環(huán)多酚類化合物，依據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同分為三大類:(1)異黃酮類(isoflavones)，這類成分研究較為深入的主要是染料木黃酮和大豆黃酮，這兩種成分主要存在于黃豆、鷹嘴豆、小扁豆和蠶豆類食品中；(2)木脂素類(lignans)，是一類由兩分子苯丙素衍生物聚合而成的天然化合物，主要存在于亞麻子、小扁豆、玉米、蠶豆、水果和蔬菜中；(3)香豆素類(coumarins)，是一類具有苯駢α-吡喃酮母核的天然產(chǎn)物的總稱，在結(jié)構(gòu)上可以看成是順式鄰羥基桂皮酸脫水而形成的內(nèi)酯類化合物，廣泛分布于植物界中，特別是在被子植物如傘形科、蕓香科、豆科、菊科、瑞香科等科中多見，具有抗艾滋病、抗腫瘤、抗氧化、抗微生物、降壓、抗輻射等多方面的生物活性。

植物雌激素多以糖苷的形式存在于植物中，無生物活性，進入體內(nèi)經(jīng)腸道細菌糖苷酶水解為有活性的苷元，經(jīng)進一步代謝，異黃酮可轉(zhuǎn)化為對乙基酚及活性更強的雌馬酚(equol)和氧去甲基安哥拉紫檀素(O-demethylangolesin,ODMA)，木脂素轉(zhuǎn)化為腸內(nèi)脂(enterolactone)和腸二醇(enterodiol)，這些代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)均與雌二醇(17 β-estradiol)相似。

植物雌激素均具有酚環(huán)，在人體內(nèi)可結(jié)合于兩種雌激素受體(estrogen receptor, ER)ERα和ERβ，但與受體的親和力遠低于雌激素，發(fā)揮微弱的雌激素效應(yīng)。各類植物雌激素的激素樣作用強弱不盡相同，同時植物雌激素也可與雌二醇競爭性結(jié)合ER產(chǎn)生雌激素拮抗作用，故具有雙向性。植物雌激素產(chǎn)生什么作用主要取決于其劑量及機體的內(nèi)源性雌激素狀態(tài)及雌激素受體的數(shù)量和類型。通常情況下，低劑量時與雌激素競爭結(jié)合ER表現(xiàn)為抗雌激素作用；中劑量時產(chǎn)生一定的雌激素活性；高劑量時可活化因雌激素不足未能活化的ER，產(chǎn)生雌激素增強效應(yīng)。

2 泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(Ubiquitin proteasome system，UPS)與PD

細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解代謝有溶酶體和溶酶體外兩個系統(tǒng)。UPS是一個新近受到關(guān)注的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)降解與功能的重要系統(tǒng)，是細胞內(nèi)重要的溶酶體外降解系統(tǒng)。其主要作用是降解細胞內(nèi)一些半衰期短的調(diào)節(jié)蛋白和一些結(jié)構(gòu)異常、錯誤折疊或受損傷的蛋白。其過程是以共價鍵形式聯(lián)結(jié)多個泛素(ubiquitin)分子，形成靶蛋白多聚泛素鏈即泛素化(ubiquitination)后，再輸送到26S蛋白酶體上被降解。這一途徑在很多細胞生命過程中起調(diào)節(jié)作用，包括細胞周期循環(huán)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、核酸密碼翻譯、DNA損傷修復(fù)、異常蛋白代謝、抗原遞呈及細胞受體功能等，并與許多疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。泛素-蛋白酶體途徑首先通過ATP和泛素依賴機制，經(jīng)過有泛素活化酶E1、泛素連接酶E2和結(jié)合泛素蛋白連接酶E3參與的多步酶促反應(yīng)，在蛋白質(zhì)底物的特異性氨基酸殘基加上多個泛素單位，完成蛋白質(zhì)底物泛素化。此底物(主要是胞質(zhì)和胞核蛋白)再通過蛋白酶體(主要是指26S蛋白酶體復(fù)合物)的多元催化酶功能，在胞質(zhì)中使之裂解為短肽片段[3]。

2.1 UPS與家族性PD相關(guān)蛋白的關(guān)系

2.1.1 α-synuclein：LB中聚集許多蛋白質(zhì)和酶，包括α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)、Parkin、泛素和其他蛋白，其中α-syn是其主要成分。目前普遍認為，神經(jīng)細胞的退行性變是由α-syn等蛋白構(gòu)像改變形成淀粉樣絲狀物異常聚集所致[4]。趙靜等[5]在觀察蛋白酶體抑制劑誘導(dǎo)大鼠黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元α-syn的表達及聚集的試驗中，注射蛋白酶體抑制劑Lactacystin至大鼠黑質(zhì)部位后，α-syn mRNA表達量和蛋白表達水平均增加，結(jié)果顯示α-syn蛋白的聚集和蛋白酶體的功能的受損有密切的聯(lián)系。

2.1.2 Parkin：ParkinN端的76個氨基酸與泛素有62%的同源性，稱為泛素樣區(qū)(ubiquitin-like domain，UBL區(qū))，其C端由兩個環(huán)指樣結(jié)構(gòu)以及兩者之間富含半胱氨酸的區(qū)域，即環(huán)指中間區(qū)域(IRB)三部分組成。Parkin的功能迄今尚未完全闡明，有鑒于具有環(huán)指結(jié)構(gòu)的蛋白往往有E3連接酶活性，相關(guān)研究證實Parkin也不例外，它是UPS中重要的E3連接酶[6]。

2.1.3 UCH-L1：UCH-L1是腦內(nèi)含量較多酶類之一，屬于去泛素化酶家族，參與單體泛素分子的再生。PD患者的UCH-L1的突變可能導(dǎo)致去泛素化酶活性的喪失，減少了泛素自由單體的供應(yīng)，不能正常標記低物蛋白從而影響蛋白的清除，引起黑質(zhì)部病理病變[7]。

2.2 UPS與散發(fā)性PD的關(guān)系

2.2.1 蛋白酶體抑制劑和PD：Henderson等[8]研究指出蛋白酶體抑制劑可以激活下游Caspase的活性而引發(fā)細胞凋亡，其部分是通過Smac/DIABLO路徑；MPTP(1-甲基-4苯基-1,2,3,6-四氫吡啶)等蛋白酶體抑制劑可以破壞線粒體復(fù)合酶體Ⅰ的結(jié)構(gòu)，其為可以通過血腦屏障的脂溶性化合物，在單胺氧化酶B作用下降解為毒性產(chǎn)物MPP+從而對星型膠質(zhì)細胞產(chǎn)生影響；MPP+被多巴胺神經(jīng)元選擇性的吸收，通過DAT，轉(zhuǎn)入線粒體并抑制線粒體復(fù)合酶體Ⅰ，從而導(dǎo)致細胞凋亡。Zeng等[9]研究發(fā)現(xiàn)MPTP可以破壞動物細胞中的線粒體復(fù)合酶體Ⅰ，改變蛋白酶體的活性和構(gòu)成，和對照組比較C-L，Typsin-like，PDGH等活性明顯下降。Western blotting顯示了蛋白酶體20S亞基的表達下降。結(jié)果認為蛋白酶體功能的改變可能是導(dǎo)致PD的一種重要原因。

2.2.2 原發(fā)性PD黑質(zhì)部分蛋白酶體病理變化和結(jié)構(gòu)變化：蛋白降解途徑的缺陷已被證實是PD的發(fā)病機制之一，所以很容易推測UPS缺陷和散發(fā)性PD有重要的聯(lián)系。報道顯示，在散發(fā)性PD疾病患者的尸檢中，蛋白酶體活力和亞基表達都有選擇性的損傷和降低。20S/26S蛋白酶體的活性在黑質(zhì)膠質(zhì)區(qū)降低，而不是在中樞或紋狀體。在散發(fā)性PD中，泛素-蛋白酶體系統(tǒng)功能的失調(diào)和多巴胺神經(jīng)元的降解有重要的聯(lián)系[10]。

動物實驗也表明PD的產(chǎn)生和UPS有重要的聯(lián)系。廣泛運用的PD的動物模型是大鼠體內(nèi)注入6-OHDA或小鼠注射MPTP而引起的多巴胺神經(jīng)細胞的降解，另外除草劑百草枯注入小鼠體內(nèi)可引起α-syn的上調(diào)和積聚[11]。魚藤酮是線粒體復(fù)合酶體Ⅰ的抑制劑，可以引起小鼠多巴胺神經(jīng)元的降解，并能引起細胞質(zhì)內(nèi)α-syn蛋白包含體的升高，因此可以被用于PD的造模[12]。為研究UPS和PD的發(fā)病機制，在小鼠大腦皮層，紋狀體，腹部中腦區(qū)分別注入魚藤酮，結(jié)果20S蛋白酶體亞基合成酶的活性在腹部中腦區(qū)注入魚藤酮的小鼠模型中顯著降低。蛋白酶體功能的損傷可能是粒體復(fù)合酶體Ⅰ的抑制劑對細胞內(nèi)生物能的改變而引起的，如ATP的合成或者自由基的增加而導(dǎo)致的氧化性損傷。體外研究中腦原代培養(yǎng)的細胞表明魚藤酮誘導(dǎo)的蛋白酶體功能的損傷主要和ATP的合成有關(guān)，而不是引起自由基的增加。但是，在并不影響生物能的前提下慢性接觸魚藤酮的過程中，氧化性損傷顯著性提高在神經(jīng)退行的過程中有著重要的作用。Hoglinger等[13]研究表明用魚藤酮抑制線粒體復(fù)合酶體Ⅰ在神經(jīng)膠質(zhì)細胞SH-SY5Y是通過增加氧化性蛋白而降低蛋白酶體的活性，包括氧化蛋白酶體自身。因此，氧化性損傷的增加可以抑制蛋白酶體的功能并最終造成神經(jīng)退行。

3 植物雌激素對PD的UPS干預(yù)作用

雌激素可以通過保護PD中的多巴胺能通路而發(fā)揮治療PD的作用。動物實驗結(jié)果顯示雌激素可以影響多巴胺的合成、釋放和代謝，并能調(diào)節(jié)多巴胺受體的表達和功能[14,15]。另外，雌激素在抗細胞凋亡、抗炎性細胞反應(yīng)、抗氧化和抗自由基作用也有保護黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元的作用。但雌激素因為其副作用導(dǎo)致不能夠長期大量應(yīng)用。而植物雌激素是一種類似雌激素而激素副作用小的天然物質(zhì)，它可以和細胞外受體和細胞內(nèi)受體結(jié)合表現(xiàn)出類似于雌激素樣的活性。對預(yù)防和治療PD和AD疾病，植物雌激素類已經(jīng)表現(xiàn)出一定的對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的保護作用。植物雌激素具有抗氧化能力，初步推測其對PD的保護作用和UPS系統(tǒng)中各種酶以及蛋白酶體的活性有重要的相關(guān)性。有研究顯示培養(yǎng)的PC12細胞在MPP+作用24 h后表現(xiàn)出嚴重的細胞死亡，而預(yù)先加入10-7mol//L的α-E2、β-E2、槲皮素和白藜蘆醇3 h后，MPP+對PC12細胞的毒性分別降低為43%、53%、64%和70%；但α-雌激素受體和β-雌激素受體的表達量并沒有改變，結(jié)果認為雌性激素和植物雌激素對神經(jīng)細胞的保護作用可能是一種抑制非受體依賴型的細胞凋亡作用[16]。

對黃酮類植物雌激素-葛根素干預(yù)PD的機制進行的初步研究，發(fā)現(xiàn)葛根素對神經(jīng)細胞具有保護作用。葛根素干預(yù)MPP+誘導(dǎo)的SH-SY5Y細胞，顯著增加UPS的活性表達以增加異常蛋白的降解能力，導(dǎo)致α-synuclein的表達顯著降低；同時通過上調(diào)Bcl-2和Bcl-2/Bax的比率和阻斷Caspase-3的活性來抑制細胞的凋亡[17]。動物實驗也進一步證實：葛根素對MPTP誘導(dǎo)的小鼠PD模型神經(jīng)元具有一定的保護作用和損傷修復(fù)作用，提示葛根素對PD的保護作用與凋亡有一定的關(guān)系，推測此種作用與葛根素具有與異黃酮類似的結(jié)構(gòu)，從而具有與雌激素相似的作用機制[18,19]。

1 Bourque M, Dluzen DE,Di Paolo T.Neuroprotective actions of sex steroids in Parkinson’s disease.Frontiers in neuroendocrinology,2009,30:142-157.

2 Wiseman H.Phytoestrogens.In: A Salter, H Wiseman and G.Tucker eds.Phytonutrients 1st ed.UK,Oxford:Wiley-Blackwell,2012.203-253.

3 Dennissen FJA,Kholod N,van Leeuwen FW.The ubiquitin proteasome system in neurodegenerative diseases: culprit, accomplice or victim.Progress in neurobiology, 2012, 96:190-207.

4 Breydo L, Wu JW, Uversky VN.α-Synuclein misfolding and Parkinson’s disease.Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Basis of Disease,2012,1822:261-285.

5 趙靜,劉振國,陳生弟,等.蛋白酶體功能與帕金森病相關(guān)性實驗研究.中國神經(jīng)免疫學(xué)和神經(jīng)病學(xué)雜志,2005,12:323-326.

6 Trempe JF,Sauvé V, Grenier K, et al.Structure of Parkin reveals mechanisms for ubiquitin ligase activation.Science (New York, NY), 2013,May 9.[Epub ahead of print].

7 Day INM,Thompson RJ.UCHL1 (PGP 9.5): neuronal biomarker and ubiquitin system protein.Progress in neurobiology, 2010,90:327-362.

8 Henderson CJ,Aleo E,Fontanini A,et al.Caspase activation and apoptosis in response to proteasome inhibitors.Cell Death and Differentiation,2005,12:1240-1254.

9 Zeng BY,Iravani MM, Lin ST,et al.MPTP treatment of common marmosets impairs proteasomal enzyme activity and decreases expression of structural and regulatory elements of the 26S proteasome.European Journal of Neuroscience,2006,23:1766-1774.

10 Mc Naught KSP,Belizaire R, Isacson O,et al.Altered proteasomal function in sporadic Parkinson’s disease.Experimental neurology,2003,179:38-46.

11 Manning-Bog AB,McCormack AL,Li J,et al.The herbicide paraquat causes up-regulation and aggregation of α-synuclein in mice PARAQUAT AND α-SYNUCLEIN.Journal of Biological Chemistry,2002,277:1641-1644.

12 Betarbet R, Sherer TB, Di DA, et al.Mechanistic approaches to Parkinson’s disease pathogenesis.Brain pathology, 2002,12:499-510.

13 Hoglinger GU,Carrard G,Michel PP,et al.Dysfunction of mitochondrial complex I and the proteasome: interactions between two biochemical deficits in a cellular model of Parkinson’s disease.Journal of Neurochemistry,2003,86:1297-1307.

14 Leranth C, Roth RH,Elsworth JD,et al.Estrogen is essential for maintaining nigrostriatal dopamine neurons in primates: implications for Parkinson’s disease and memory.The Journal of Neuroscience,2000,20:8604-8609.

15 Solum DT, Handa RJ.Estrogen regulates the development of brain-derived neurotrophic factor mRNA and protein in the rat hippocampus.The Journal of Neuroscience, 2002,22:2650-2659.

16 Sylvie Gelinas, Maria-Grazia Martinoli.Neuroprotective Effect of Estradiol and Phytoestrogens On MPP+ -Induced Cytotoxicity in PC12 Cells.Journal of Neuroscience Research,2002,70:90-96.

17 Cheng YF,Zhu GQ, Wang M,et al.Involvement of ubiquitin proteasome system in protective mechanisms of Puerarin to MPP+-elicited apoptosis.Neuroscience Research, 2009,63:52-58.

18 Zhu G, Wang X, Chen Y, et al.Puerarin protects dopaminergic neurons against 6-hydroxydopamine neurotoxicity via inhibiting apoptosis and upregulating glial cell line-derived neurotrophic factor in a rat model of Parkinson’s disease.Planta medica,2010,76:1820-1826.

19 Xueli L, Shenggang S, E’tang T.Experimental study on the protective effect of puerarin to Parkinson disease.Journal of Huazhong University of Science and Technology [Medical Sciences],2003,23:148-150.

10.3969/j.issn.1002-7386.2014.12.046

項目來源：河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點課題(編號：20110160)

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程月發(fā)，063300 河北聯(lián)合大學(xué)冀唐學(xué)院；

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1002-7386(2014)12-1854-03

2014-01-20)