α—突觸核蛋白在常見(jiàn)神經(jīng)退行性疾病致病機(jī)理研究進(jìn)展

鄶子昱

摘要 目前研究表明，α-突觸核蛋白功能異常會(huì)導(dǎo)致路易小體疾病，以及體的產(chǎn)生。路易小體的產(chǎn)生，被認(rèn)為是帕金森?。≒arkinson disease， PD）的主要病因，而路易小體相關(guān)軸退變被認(rèn)為是阿爾茲海默?。ˋlzheimers disease， AD）的病理之一。認(rèn)識(shí)突觸核蛋白在PD和AD中致病機(jī)理才能找到有效的治病方法。突觸核蛋白與Aβ蛋白存在緊密關(guān)系，在未來(lái)通過(guò)識(shí)別兩種蛋白的抗體對(duì)PD和AD進(jìn)行治療，效果可能會(huì)更好。

關(guān)鍵詞 α-突觸核蛋白 帕金森病 阿爾茲海默病 抗體治療

α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-syn）是第4號(hào)染色體q21.3～q22基因編碼的高度保守小分子蛋白質(zhì)，由140個(gè)氨基酸組成，正常生理狀態(tài)下為可溶性天然隨機(jī)螺旋（非折疊或無(wú)序）構(gòu)象，缺乏二級(jí)或三級(jí)構(gòu)象。α-syn一級(jí)結(jié)構(gòu)包括3結(jié)構(gòu)域：N端區(qū)、NAC區(qū)和C端區(qū)。①N端區(qū)（1～60）由11個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成7個(gè)不完全重復(fù)序列XKTKEGVXXXX（X是任意氨基酸）組成，該區(qū)易形成兩親性α螺旋，可與脂質(zhì)與磷脂相結(jié)合，在α-syn異常聚集中起重要作用。②NAC區(qū)（61～95）：β淀粉樣蛋（Aβ）蛋白樣成分，是α-syn自我聚積的關(guān)鍵區(qū)域，疏水性最強(qiáng)，具有很強(qiáng)的形成β片層結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)。③C端區(qū)（96～140）：屬于親水部分，富含脯氨酸殘基，具有強(qiáng)酸性和負(fù)電荷，在正常狀態(tài)下α-syn保持無(wú)規(guī)則卷曲狀態(tài)的重要區(qū)域。突觸核蛋白功能尚不明確，目前研究可能存在參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、突觸的發(fā)育參與調(diào)節(jié)多巴胺的生物合成，影響神經(jīng)傳遞，參與突觸前膜囊泡的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)運(yùn)，調(diào)節(jié)脂質(zhì)的攝取，維護(hù)突觸的功能，分子伴侶等功能。其功能異常會(huì)導(dǎo)致路易小體疾病（Lewy body disease，LBD），以及體的產(chǎn)生。路易小體的產(chǎn)生，被認(rèn)為是PD的主要病因，而路易小體相關(guān)軸退變被認(rèn)為是阿爾茲海默?。ˋlzheimers disease，AD）的病理之一。

一、α-syn與PD帕金森?。≒arkinson disease， PD）又稱(chēng)震顫麻痹癥，是一種極為常見(jiàn)的神經(jīng)退行病，其發(fā)病率僅次于阿爾茲海默癥。在臨床上表現(xiàn)為一系列運(yùn)動(dòng)障礙，如靜止性震顫、肌肉僵直、姿勢(shì)反射障礙以及運(yùn)動(dòng)遲緩、隨意運(yùn)動(dòng)減少、靜止性震顫。此外還存在一些其他運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)障礙。中腦多巴胺能神經(jīng)功能的減退和破壞是發(fā)生PD的主要原因。研究證明，黒質(zhì)與紋狀體存在環(huán)路聯(lián)系。黒質(zhì)中存在大量多巴胺神經(jīng)元，其組成的上行多巴胺投射纖維至紋狀體，主要功能在于抑制紋狀體內(nèi)乙酰膽堿系統(tǒng)的功能。由于PD患者中腦的黒質(zhì)發(fā)生病變，黒質(zhì)合成多巴胺能力降低，導(dǎo)致紋狀體內(nèi)乙酰膽堿遞質(zhì)系統(tǒng)功能亢進(jìn)。目前普遍認(rèn)為突觸核蛋白在PD中的致病機(jī)理主要有以下三種機(jī)制。1.引起線粒體功能障礙通過(guò)電子顯微鏡檢測(cè)到A53T突變的轉(zhuǎn)基因小鼠在軸突與樹(shù)突的線粒體出現(xiàn)膨脹和空泡狀的現(xiàn)象，免疫標(biāo)記法測(cè)定線粒體外膜上的P53蛋白增多，P53蛋白可以通過(guò)激活Bax，BCL-2途徑調(diào)節(jié)線粒體膜通透性和細(xì)胞凋亡。說(shuō)明突觸核蛋白在正常生理功能下，可以抑制P53蛋白引起的線粒體凋亡。研究表明低濃度α-突觸核蛋白對(duì)線粒體正常運(yùn)轉(zhuǎn)必不可缺，如果突觸核蛋白形成大于600kDa的沉淀就會(huì)產(chǎn)生NADH脫氫酶抑制劑的作用，就會(huì)對(duì)線粒體造成損傷，損傷包括復(fù)雜的功能障礙以及氧化應(yīng)激壓力增大，同時(shí)淀粉樣沉積會(huì)改變線粒體膜通透性使細(xì)胞色素c流失。細(xì)胞色素c與凋亡蛋白激活因子1、caspase9形成復(fù)合體，激活caspase9，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。外部和內(nèi)在的信號(hào)通路在某些情況下又相互關(guān)聯(lián)。如caspase9通過(guò)蛋白水解促進(jìn)凋亡因子Bid移位于線粒體誘導(dǎo)細(xì)胞色素c釋放導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。利用免疫熒光手段，通過(guò)激光掃描共焦顯微鏡檢測(cè)了過(guò)表達(dá)α-syn各片段后與線粒體分布情況。結(jié)果證明，α-synN端能夠與線粒體共定位；JC1染色流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)結(jié)果提示，該組細(xì)胞線粒體存在膜電位降低趨勢(shì)。同時(shí)被截去N末端的突觸核蛋白不會(huì)形成高分子量復(fù)合體，也不會(huì)影響線粒體功能。2.引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)錯(cuò)誤折疊的蛋白可導(dǎo)致慢性的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，并觸發(fā)一個(gè)未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response， UPR）。在生理狀態(tài)時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解底物一旦從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜轉(zhuǎn)位到細(xì)胞質(zhì)，主要依靠泛素蛋白酶體蛋白降解系統(tǒng)（ubiquitin-proteasome system， UPS）進(jìn)行泛素化、識(shí)別、攝入，最終被降解。在細(xì)胞出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解底物功能喪失而不能進(jìn)行上述生物化學(xué)過(guò)程的代償時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解底物在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)堆積和聚集，形成非纖維化聚集物。在A53T轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激效應(yīng)下游產(chǎn)物eIF2α磷酸化程度顯著提高，caspase-12也有顯著提高。而對(duì)A53T突變的轉(zhuǎn)基因小鼠使用治療內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的藥物Salubrinal，可以明顯減輕小鼠病情。突觸核蛋白與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)合是非特異性的，一小部分突觸核蛋白通常位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微粒體，當(dāng)出現(xiàn)衰老或其他因素時(shí)突觸核蛋白形成寡聚化，進(jìn)而形成不溶聚合物。最初可溶性蛋白和低聚物不暴露在細(xì)胞溶質(zhì)中，后期由于膜的不穩(wěn)定性使可溶蛋白與寡聚物進(jìn)入胞質(zhì)。錯(cuò)誤折疊的蛋白可以降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶與UPR受體結(jié)合活性，這也是為什么內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激啟動(dòng)UPR途徑后仍然會(huì)再次啟動(dòng)細(xì)胞凋亡。3.引發(fā)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)功能異常突觸核蛋白單體和二聚體通過(guò)分子侶伴介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy， CMA）途徑降解，但寡聚體無(wú)法通過(guò)CMA途徑降解。氧化和硝基化的突觸核蛋白可以輕微抑制CMA途徑，而磷酸化與多巴胺修飾的突觸核蛋白則可完全抑制該途徑。研究表明異常的蛋白與溶酶體結(jié)合活性增高，但無(wú)法被溶酶體內(nèi)吞。有學(xué)者認(rèn)為突觸核蛋白被磷酸化和修飾后，導(dǎo)致構(gòu)像改變，封鎖了溶酶體，使溶酶體攝取與溶解其他蛋白受到干擾，使蛋白降解效率低下。高水平寡聚化突觸核蛋白產(chǎn)生毒素消耗葡糖腦苷脂酶，使溶酶體產(chǎn)生功能障礙，促進(jìn)自身進(jìn)一步聚集，并形成正反饋，最終致病性超過(guò)閾值。在P12和SH-SY5Y細(xì)胞系中，CMA途徑的抑制沒(méi)有引起細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡。在患者腦部情況不同，細(xì)胞自噬體與巨自噬體LC3-I和 LC3-II含量有明顯增高，并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。endprint

二、α-syn與AD阿爾茲海默病（Alzheimers disease， AD），又稱(chēng)認(rèn)知障礙癥或老年癡呆癥，是由于神經(jīng)元缺失和神經(jīng)炎癥導(dǎo)致的一種神經(jīng)退行性疾病。臨床早期表現(xiàn)主要為患者記憶力的減退和生活自理能力的下降，最終導(dǎo)致發(fā)生進(jìn)行的認(rèn)知功能障礙和缺失、神經(jīng)行為異常，出現(xiàn)精神狀況及生活自理能力的完全喪失。其主要病理學(xué)特征為腦部出現(xiàn)異常蛋白沉積，主要表現(xiàn)為神經(jīng)元內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)（Neurofibirilary tangle， NFT）的沉積和細(xì)胞外β淀粉樣蛋白（β-Amyloid， Aβ）的沉積。研究表明雙螺旋纖維主要是由過(guò)度磷酸化的Tau蛋白組成。細(xì)胞外Aβ主要由于淀粉樣蛋白前體（amyloid precursor protein， APP）經(jīng)蛋白酶水解的產(chǎn)物。Aβ級(jí)聯(lián)學(xué)說(shuō)認(rèn)為由于APP和早老素（Presenilin， PS）基因的突變，產(chǎn)生過(guò)多的Aβ或高集聚能力的Aβ1-42在腦組織內(nèi)沉積，對(duì)周?chē)耐挥|和神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用，最終引起神經(jīng)元細(xì)胞死亡。突觸核蛋白與Aβ，Tau蛋白的毒性作用以及磷酸化都有密不可分的關(guān)系。1.α-syn與Aβ1993年Ueda等在阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease， AD）淀粉樣斑塊中分離到非AB蛋白的成分（nonamyloidβ compound， NAC），后來(lái)證實(shí)NAC的前體蛋白（nonamyloidβ component precursor， NACP）即為α-syn。1995年Hogyu Han等人體外試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，Aβ在NAC存在的情況下，形成淀粉樣纖維速度比自我形成纖維快了近60%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)Aβ也可以促進(jìn)NAC形成沉淀。實(shí)驗(yàn)表明，Aβ與α-syn可以互相促進(jìn)沉淀形成。Masliah E等人用免疫印跡法發(fā)現(xiàn)在AD患者路易小體樣斑塊中存在α-syn。而且確定了α-syn存在于AD患者淀粉樣斑塊的邊緣部分。說(shuō)明Aβ與α-syn可能共同誘發(fā)了AD。而后的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NACP可以結(jié)合Aβl-38和Aβ25-35，而敲去102-131氨基酸的NACP-112也可以與結(jié)合Aβl-38和Aβ25-35。而Aβ25-35可以抑制NACP-112與Aβl-38結(jié)合。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，Aβ25-35是與NACP結(jié)合的主要表位。而載脂蛋白E與補(bǔ)體組分C1q被證實(shí)可以與Aβl-28結(jié)合。研究表明，Aβ1-42可以增強(qiáng)α-syn對(duì)神經(jīng)元的損傷，Aβ寡聚物則可以抑制突觸核蛋白介導(dǎo)的囊泡回收。對(duì)與α-syn轉(zhuǎn)基因小鼠對(duì)比，α-syn/APP轉(zhuǎn)基因小鼠的海馬體CA3區(qū)最體細(xì)胞層的mGluR5與突觸核蛋白表達(dá)量有明顯升高，而mGluR5的升高被認(rèn)為是產(chǎn)生細(xì)胞毒的標(biāo)志之一。研究表明，Aβ的寡聚物可以提高胞內(nèi)鈣離子，蛋白酶1的水平以及突觸核蛋白降解，從而引發(fā)caspase-3介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。2.α-syn與tau根據(jù)定量蛋白組學(xué)分析，突觸核蛋白與肌動(dòng)蛋白骨架的許多組分有關(guān)系。突觸核蛋白與微管的結(jié)合可以改變細(xì)胞質(zhì)內(nèi)多巴胺的傳輸。而在A30P和A53T突變的小鼠模型中，突觸核蛋白并沒(méi)有顯示出微管結(jié)合活性。Leo Chen等證明聚集的突觸核蛋白可以中斷微管的形成，錯(cuò)誤折疊可以干擾微管組裝而影響軸突運(yùn)輸。Tau蛋白與突觸核蛋白可以互相促進(jìn)聚集，通過(guò)親和層析發(fā)現(xiàn)突變的突觸核蛋白可以有效誘導(dǎo)tau蛋白聚集以及磷酸化。在A30P突變的轉(zhuǎn)基因小鼠中，突觸核蛋白可以誘導(dǎo)Ser202，Thr205，Ser396，Ser404的磷酸化，并使不可溶的肌氨酸增加25%。而磷酸化的Tau蛋白周?chē)](méi)有大量突觸核蛋白聚集。研究表明，A53T突變蛋白可誘導(dǎo)tau蛋白262和356位氨基酸磷酸化，在A53T突變的患者腦部發(fā)現(xiàn)，突觸核蛋白在Tau蛋白周?chē)奂?。突變的突觸核蛋白可以使微管蛋白磷酸化導(dǎo)致微管功能異常，引發(fā)JNK細(xì)胞凋亡途徑。Tau蛋白的磷酸化調(diào)節(jié)依賴激酶和磷酸酶以及輔助蛋白例如早老素1和突觸核蛋白。突觸核蛋白可以改變蛋白激酶A和 Ser262活性激酶，調(diào)控Tau蛋白的磷酸化。突觸核蛋白也可以通過(guò)影響囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控Tau蛋白的胞間運(yùn)輸運(yùn)輸有學(xué)者認(rèn)為突觸核蛋白α-syn通過(guò)N端兩親性α-螺旋與囊泡脂質(zhì)可逆性的連接，通過(guò)出芽或翻轉(zhuǎn)方式來(lái)調(diào)節(jié)囊泡的轉(zhuǎn)運(yùn)。該過(guò)程同時(shí)受磷酸酶調(diào)節(jié)，磷酸酶D2可以將中性的磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)化為酸性磷脂酸，這種改變有利于突觸核蛋白的結(jié)合，同時(shí)突觸核蛋可以抑制磷酸酶D2活性。

三、帕金森病與阿爾茲海默病的抗體治療單克隆抗體治療AD時(shí)，是使用主動(dòng)免疫的方法。免疫疫苗AN-1792（人體內(nèi)聚集的Aβ42）的模型小鼠出現(xiàn)淀粉樣斑塊的溶解和認(rèn)知能力虧損改善。但由于老年人的免疫力降低，部分老人接種后未能夠出現(xiàn)抗體。在Ⅱ期試驗(yàn)中，多例患者出現(xiàn)了嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)非細(xì)菌性炎癥，試驗(yàn)被迫中斷。并且在對(duì)AN-1792疫苗長(zhǎng)期影響的最新研究發(fā)現(xiàn)，盡管主動(dòng)免疫后出現(xiàn)了淀粉樣斑塊的清理和高抗Aβ抗體滴度，但沒(méi)有證據(jù)顯示延遲疾病進(jìn)展。王加才等人構(gòu)建含有CpG基元的α-syn核酸疫苗，免疫慢性帕金森模型小鼠。觀察小鼠行為學(xué)變化及中腦黑質(zhì)α-syn表達(dá)和多巴胺能神經(jīng)元數(shù)目變化，取得良好效果。但在后期實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該核酸疫苗在免疫治療時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)加重小鼠中腦黑質(zhì)區(qū)炎癥反應(yīng)。Masliah等用重組人類(lèi)α-syn（human alpha-synuclein，hα-syn）抗體接種hα-syn轉(zhuǎn)基因PD小鼠，產(chǎn)生了DA神經(jīng)元保護(hù)作用。接種后產(chǎn)生高親和力抗體，不僅抗體滴度高，而且可識(shí)別α-syn的C末端表位；研究表明中樞神經(jīng)系統(tǒng)循環(huán)的hα-syn抗體可識(shí)別與神經(jīng)細(xì)胞膜結(jié)合的α-syn聚集體，進(jìn)而激活溶酶體途徑促進(jìn)清除異常聚集的α-syn。我們猜想由于突觸核蛋白與Aβ蛋白存在緊密關(guān)系，突觸核蛋白應(yīng)該存在某種機(jī)制抑制或促進(jìn)Aβ的寡聚化和纖維沉淀，由于突觸核蛋白和Aβ都對(duì)神經(jīng)損傷和神經(jīng)元缺失有重要貢獻(xiàn)，而且兩者有結(jié)合位點(diǎn)，可以通過(guò)可以識(shí)別兩種蛋白的抗體進(jìn)行治療，效果可能會(huì)更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]LI Fan，YANG Yong-qiang，ZHANG Yue，MA Shu-ling.The Role ofα-synuclein in Nerve Cell Damage[J].Medical Recapitulate，2013，19（11）：1931-1934.endprint

[2]ZHOU Ji. Features of dementia with Lewy body[J].Chinese Journal of Clinical Rehabilitiation，2005，9（20）：172-173.

[3]Leslie Crews， Igor Tsigelny， Makoto Hashimoto， Eliezer Masliah. Role of Synucleins in Alzheimers Disease[J].Neurotox Res，2009，16（3）：306–317.

[4]Kazuhiro A. Fujita， Marek Ostaszewski， Yukiko Matsuoka， Samik Ghosh， Enrico Glaab， Christophe Trefois， Isaac Crespo， Thanneer M. Perumal， Wiktor Jurkowski， Paul M. A. Antony， Nico Diederich， Manuel Buttini， Akihiko Kodama， Venkata P. Satagopam， Serge Eifes， Antonio del Sol， Reinhard Schneider， Hiroaki Kitano， Rudi Balling. Integrating Pathways of Parkinson's Disease in a Molecular Interaction [J]. Map Mol Neurobiol，2014，49（1）：88-102.

[5]Choubey V， Safiulina D， Vaarmann A， Cagalinec M， Wareski P， Kuum M， Zharkovsky A， Kaasik A. A Mutant A53T alpha-synuclein induces neuronal death by increasing mitochondrial autophagy[J].J Biol Chem， 2011，286（12）：10814–10824.

[6]Esposito A， Dohm CP， Kermer P， Bhr M， Wouters FS. alpha-Synuclein and its disease-related mutants interact differentially with the microtubule protein tau and associate with the actin cytoskeleton [J].Neurobiol Dis. 2007，26（3）：521-531.

[7]Lee HJ， Shin SY， Choi C， Lee YH， Lee SJ. Formation and removal of alpha-synuclein aggregates in cells exposed to mitochondrial inhibitors[J].J Biol Chem， 2002，277（7）：5411-7.

[8]Smith WW， Jiang H， Pei Z， Tanaka Y， Morita H， Sawa A， Dawson VL， Dawson TM， Ross CA. Endoplasmic reticulumstress and mitochondrial cell death pathways mediate A53T mutantalpha-synuclein-induced toxicity [J].Hum Mol Genet，2005，14（24）：3801-11.

[9]Colla E， Coune P， Liu Y， Pletnikova O， Troncoso JC， Iwatsubo T， Schneider BL， Lee MK. Endoplasmic reticulum stress is important for the manifestations ofα-synucleinopathy in vivo[J].J Neurosci，2012，32（10）：3306-20.

[10]Cuervo AM， Stefanis L， Fredenburg R， Lansbury PT， Sulzer D. Impaired degradationof mutant alpha-synuclein by chaperone-mediated autophagy[J].Science，2004，305（5688）：1292–1295.

[11]Xilouri M1， Vogiatzi T， Vekrellis K， Park D， Stefanis L. Abberant alphasynuclein confers toxicity to neurons in part through inhibition ofchaperone-mediated autophagy [J]. PLoS One，2009，4（5）：e5515.

[12]Martinez-Vicente M， Talloczy Z， Kaushik S， Massey AC， Mazzulli J， Mosharov EV， Hodara R， Fredenburg R， Wu DC， Follenzi A， Dauer W， Przedborski S， Ischiropoulos H， Lansbury PT， Sulzer D， Cuervo AM. Dopamine-modified alpha-synuclein blocks chaperone-mediated autophagy[J].J Clin Invest. 2008，118（2）：777-88.

[13]HONG Zhen. The relationship between synaptic nucleoprotein and degenerative disease in nervous system [J]. Chinese Journal of Neurology，2004，37（5）：385-388.

[14]LIU Peng， ZHAO YuFen， LI YanMei. Advances in Tau-mediated neurodegeneration and Tao-focused drug for Alzheimers disease [J].Science China Press，2010，40（7）：906-913.

[15]Jensen PH， Hojrup P， Hager H， Nielsen MS， Jacobsen L， Olesen OF， Gliemann J， Jakes R. Binding of Abeta to alpha- and beta-synucleins： identification of segments in alpha-synuclein/NAC precursor that bind Abeta and NAC [J].Biochem J， 1997，323（Pt2）：539-46.

[16]Han H， Weinreb PH， Lansbury PT Jr. The core Alzheimer's peptide NAC forms amyloid fibrils which seed and are seeded by beta-amyloid： is NAC a common trigger or target in neurodegenerative disease？[J]. Chem Biol， 1995，2（3）：163-9.endprint