Cdk5在中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用靶點的最新進(jìn)展

張洪海

杭州市第一人民醫(yī)院麻醉科，浙江杭州310006

Cdk5在中樞神經(jīng)系統(tǒng)作用靶點的最新進(jìn)展

張洪海

杭州市第一人民醫(yī)院麻醉科，浙江杭州310006

細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶5（cyclin-dependent kinase 5，Cdk5）屬于絲氨酸和蘇氨酸激酶家族。Cdk5主要分布于哺乳動物的全身組織，但只有分布在神經(jīng)組織的Cdk5才具有活性，因為其激活有賴于其激活子p35，而p35主要分布于神經(jīng)組織。近期的大量的研究結(jié)果表明，Cdk5在中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過作用不同的分子靶點從而調(diào)控不同的生理功能。Cdk5在中樞系統(tǒng)通過作用不同的分子蛋白對學(xué)習(xí)記憶功能進(jìn)行調(diào)控，同時越來越多的研究結(jié)果也表明，Cdk5在調(diào)控炎性疼痛的過程中也具有重要的作用。本文就Cdk5作用中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同的分子靶點進(jìn)行總結(jié)，對于我們理解Cdk5在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能具有重要的意義。

細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶5；中樞神經(jīng)系統(tǒng)；分子靶點

Cdk5在中樞系統(tǒng)通過作用不同的分子蛋白對學(xué)習(xí)記憶功能進(jìn)行調(diào)控，同時越來越多的研究結(jié)果也表明，Cdk5在調(diào)控炎性疼痛的過程中也具有重要的作用。本文就Cdk5作用中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同的分子靶點進(jìn)行總結(jié)，對于我們理解Cdk5在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能具有重要的意義。

1 Cdk5與辣椒素受體

細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase，Cdk）是一個蛋白激酶家族，這個家族屬于絲氨酸和蘇氨酸激酶[1]。其主要參與調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖和死亡以及細(xì)胞代謝循環(huán)等，Cdks家族包括Cdk1～Cdk9，其激活依賴于細(xì)胞周期素[2]，但細(xì)胞周期素依賴性蛋白激酶5（cyclin-dependentkinase，Cdk5）主要分布于后有絲分裂神經(jīng)元，其激活方式不同于其他Cdks。Cdk5的激活依賴于其特異性激活子蛋白p35和p39。p35和p39在鈣蛋白酶的作用下裂解為p25和p29，其激活Cdk5的效力更強(qiáng)，并有更長的半衰期。既往的研究表明Cdk5主要參與細(xì)胞神經(jīng)元生長、遷移和凋亡等[3，4]。近年的研究結(jié)果表明其在大鼠和小鼠炎性疼痛模型上參與調(diào)控炎性疼痛[5-7]。在足底角叉菜膠致炎的小鼠脊髓背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglion，DRG）Cdk5通過磷酸化辣椒素受體（vanilloid receptor-1，VR1）調(diào)控外周傷害性信息的傳導(dǎo)，從而調(diào)控炎性痛的熱痛閾而對機(jī)械痛則沒有顯著影響。完全弗氏佐劑（complete freund's adjuvant，CFA）致炎的大鼠脊髓后角的Cdk5酶的活性明顯增高，其選擇性抑制劑Roscovitine脊髓鞘內(nèi)注射明顯的抑制由大鼠足底注射CFA導(dǎo)致的熱痛閾。Cdk5是一種蛋白激酶并不直接調(diào)控疼痛信息，主要通過底物作用于相應(yīng)的靶點從而進(jìn)行傷害神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)的信號級聯(lián)的傳導(dǎo)[8]。盡管一些實驗數(shù)據(jù)表明Cdk5在不同模型可以磷酸化不同的蛋白底物和作用在不同的分子靶點，但到目前為止在脊髓水平上Cdk5調(diào)控炎性疼痛的機(jī)制依舊不清楚。

2 Cdk5與神經(jīng)突觸囊泡蛋白

近期研究結(jié)果顯示，存在海馬神經(jīng)元突觸前的Cdk5通過磷酸化門控電壓鈣通道和作用于突觸前的不同囊泡蛋白調(diào)控相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[10-12]。眾所周知，突觸囊泡是調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)釋放的起始點和關(guān)鍵部位。外周刺激信息傳遞到突觸前神經(jīng)元軸突合成相應(yīng)的神經(jīng)遞質(zhì)。合成后的神經(jīng)遞質(zhì)通過軸漿運(yùn)輸?shù)酵挥|囊泡，突觸囊泡與突觸前的質(zhì)膜融合、破裂，在質(zhì)膜外的鈣離子進(jìn)入和作用下使神經(jīng)遞質(zhì)釋放到突觸間隙，通過突觸間隙的運(yùn)輸和擴(kuò)散作用于突觸后的相應(yīng)的神經(jīng)元受體[13-17]。神經(jīng)元受體激活導(dǎo)致相應(yīng)的離子通道打開，細(xì)胞外的信息傳遞到細(xì)胞內(nèi)從而使細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)激活，同時相應(yīng)的信息傳遞到腦部的高級神經(jīng)中樞進(jìn)行信號整合。大量的研究結(jié)果證實，突觸囊泡蛋白突觸體素（synaptophysin）通過SNARE（包括突觸囊泡相關(guān)蛋白-2（vesicle-associated membrane protein-2，VAMP-2/synaptobrevinⅡ），突觸前質(zhì)膜相關(guān)蛋白-25（synaptosomal-associated protein，SNAP-25）和突觸質(zhì)膜蛋白（syntaxin 1A）來調(diào)控包括興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[18]，而谷氨酸能神經(jīng)元調(diào)控學(xué)習(xí)記憶和炎性疼痛中具有重要的作用[19，20]。

3 Cdk5與NMDA受體

大量的研究結(jié)果表明N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）在調(diào)控學(xué)習(xí)記憶功能中具有重要的作用。NMDA分為NR1、NR2和NR3三個亞基，NR2又分為A～D四個亞型而NR3亞基分為A和B兩個亞型。動物實驗的結(jié)果顯示NR2亞基的NR2A和NR2B兩個亞型在調(diào)控動物學(xué)習(xí)記憶中占有重要的地位。在小鼠的海馬區(qū)功能增強(qiáng)的NR2A可以使海馬區(qū)的突觸可塑性（synaptic plasticity）加強(qiáng)和長時程增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）形成[21，22]。突觸可塑性和長時程增強(qiáng)受損顯著的減弱小鼠的學(xué)習(xí)記憶功能。而Cdk5可以通過磷酸化NR2A的1232位點的絲氨酸從而影響小鼠海馬區(qū)的LTP形成。而NR2B生物學(xué)功能主要取決于其磷酸化水平和細(xì)胞的上膜率。動物的實驗結(jié)果顯示基因敲除NR2B或者表達(dá)率和上膜率下降的小鼠與對照組相比表現(xiàn)顯著學(xué)習(xí)記憶受損。離體小鼠海馬區(qū)的研究結(jié)果表明Cdk5的選擇性抑制劑Roscovitine明顯地抑制NR2B酪氨酸的1472位點的磷酸化同時也抑制其上膜率。而NR2B酪氨酸的1472基因敲除小鼠在行為學(xué)中表現(xiàn)為與恐懼學(xué)習(xí)記憶中的學(xué)習(xí)能力顯著的下降[23]。

4 Cdk5與阿片類受體

眾所周知嗎啡是臨床最常用和最有效的鎮(zhèn)痛藥物之一，但其臨床的成癮性和耐受性限制其臨床的一應(yīng)用。研究結(jié)果證實δ-opioid receptor（DOR）在嗎啡耐受中起到至關(guān)重要的作用，但DOR在介導(dǎo)嗎啡耐受中的機(jī)制并不清楚[24]。最近研究表明在大鼠腰膨大處的背根神經(jīng)節(jié)（dorsal root ganglion，DRG）Cdk5可以直接磷酸化DOR神經(jīng)元的蘇氨酸的161A位點（Thr-161）[24]。而DRG神經(jīng)元上DOR的磷酸化蘇氨酸的T161A位點在介導(dǎo)嗎啡的耐受中扮演了重要的角色，條件性基因敲除DRG神經(jīng)元上的DOR的蘇氨酸的161位點顯著中斷或者將減輕嗎啡耐受而鞘內(nèi)注射Thr-161的質(zhì)粒也可以取得相同效果。而Cdk5酶的活性在大鼠脊髓給與注射嗎啡的活性明顯的增高，抑制增高Cdk5酶的活性則可以逆轉(zhuǎn)這個過程。同時試驗研究結(jié)果也顯示，過渡表達(dá)的DOR在缺乏Cdk5酸化蘇氨酸的161A位點后這個過程也可被逆轉(zhuǎn)。而另一個大鼠嗎啡耐受的實驗?zāi)Ｐ椭星蕛?nèi)注射Cdk5選擇性抑制劑Roscovitine也阻斷這個過程[25]，以上實驗結(jié)果表明Cdk5在嗎啡耐受的產(chǎn)生和維持的機(jī)制中起到關(guān)鍵性作用，為臨床研究預(yù)防嗎啡耐受可能提供了一個新的治療靶點。

5 Cdk5與BDNF/TrKB信號系統(tǒng)

腦源性神經(jīng)營養(yǎng)性因子（brain-derived neuro factor，BDNF）和其受體絡(luò)氨酸受體B（tyrosine kinase receptor B，TrKB）信號系統(tǒng)在調(diào)控神經(jīng)病理性疼痛和炎性疼痛具有重要的作用[26]。最新的研究結(jié)果表明BDNF/TrKB信號系統(tǒng)與Cdk5相互作用調(diào)控完全弗氏佐劑（complete Freund's adjuvant，CFA）誘導(dǎo)的熱痛覺敏化[24]。Cdk5抑制劑Roscovitine給予大鼠脊髓鞘內(nèi)注射顯著的延長大鼠由CFA足底注射的熱縮腳潛伏期。同時我們的試驗數(shù)據(jù)顯示，Roscovitine脊髓鞘內(nèi)注射后顯著抑制BDNF的過渡表達(dá)，我們的試驗結(jié)果也顯示，Roscovitine脊髓鞘內(nèi)注射后可以顯著TrKB蛋白的過渡表達(dá)，說明Cdk5直接作用于BDNF/TrKB信號系統(tǒng)而調(diào)控CFA誘導(dǎo)的炎性疼痛的熱痛覺敏化。我們采用免疫共沉淀的方法驗證Cdk5與TrKB的相互關(guān)系發(fā)現(xiàn)二者存在相互作用，而Roscovitine可以顯著阻止二者聯(lián)系，表明Cdk5與BDNF/TrKB信號系統(tǒng)調(diào)控炎性疼痛的熱痛覺敏化。

6 Cdk5與P38MAPK信號系統(tǒng)

分裂原激活的蛋白激酶（P38 mitogen activated protein kinases，P38MAPK）家族是非常保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中一組主要的信號分子，試驗結(jié)果表明P38MAPK在調(diào)控慢性神經(jīng)病理性疼痛和炎性疼痛中具有重要的作用[27]。我們最近的研究成果顯示Cdk5與P38MAPK相互作用調(diào)控大鼠CFA足底注射的熱痛覺敏化[28]。給予大鼠足底注射CFA 6 h至注射后5 d時間段內(nèi)大鼠脊髓背角的磷酸化的P38MAPK蛋白表達(dá)顯著增加。在給予大鼠脊髓鞘內(nèi)注射Cdk5抑制劑Roscovitine后顯著抑制P38MAPK蛋白高表達(dá)。同時我們的免疫用光雙標(biāo)的結(jié)果顯示在大鼠足底注射CFA 6 h后P38MAPK與Cdk5的激活子p35共表達(dá)于脊髓要膨大處的小膠質(zhì)細(xì)胞而與星型膠質(zhì)細(xì)胞則沒有共表達(dá)，提示Cdk5與P38MAPK信號系統(tǒng)在脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞系統(tǒng)中具有重要的調(diào)控炎性疼痛的作用。

Cdk5可以分布全身各處組織但其有活性的Cdk5主要分布在神經(jīng)系統(tǒng)，近幾年的在中樞神經(jīng)系統(tǒng)Cdk5實驗數(shù)據(jù)研究顯示Cdk5在炎性疼痛和學(xué)習(xí)記憶以及嗎啡耐受中作用的靶點。但Cdk5作用的分子機(jī)制是非常復(fù)雜的，本文只是簡單綜述了Cdk5作用在中樞的一些靶點，也許為將來研究Cdk5在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用可能提供新的思路。

[1]Tsai LH，Delalle I，Caviness VS，et al.p35 is a neural-specific regulatory subunit of cyclin-dependent kinase 5[J]. Nature，1994，（371）：418-423.

[2]Zheng M，Leung CL，Liem RKH.Region-specific expression of cyclin-dependent kinase 5（cdk5）and its activators，p35 and p39，in the developing and adult rat central nervous system[J].J Neurobiol，1998，（35）：141-159.

[3]Dhavan R，Tsai LH.A decade of CDK5[J].Nat Rev Mol Cell Biol，2001，2（10）：749-759.

[4]Tanaka T，Veeranna，Ohshima T，et al.Cyclin-dependent kinase 5 activity is critical for survival[J].J Nurosci，2001，21（2）：550-558.

[5]Pareek TK，Kulkarni AB.Cdk：A new player in pain signaling[J].Cell Cycle，2006，5（6）：585-588.

[6]Pareek TK，Keller J，Kesavapany S，et al.Cyclin-dependent kinase 5 activity regulates pain signaling[J].Proc.Natl. Acad.Sci.USA，2006，103（3）：791-796.

[7]Pareek TK，Keller J，Kesavapany S，et al.Cyclin-dependent kinase 5 modulates nociceptive signaling through direct phosphorylation of transient receptor potential vanilloid[J].Proc Natl Acad Sci USA，2007，104（2）：660-665.

[8]Yang YR，He Y，Zhang Y，et al.Activation of cyclin-dependent kinase 5（Cdk5）in primary sensory and dorsal horn neurons by peripheral inflammation contributes to heat hyperalgesia[J].Pain，2007，127（1-2）：109-120.

[9]Kim SH，Ryan TA.CDK5 serves as a major control point in neurotransmitter release[J].Neuron，2010，67（5）：797-809.

[10]Tomizawa K，Ohta J，Matsushita M，et al.Cdk5/p35 regulates neurotransmitter release through phosphorylation and downregulation of P/Q-type[J].J Neurosci，2002，22（7）：2590-2597.

[11]Zhang HH，Zhang XQ，Wang WY，et al.Increased synaptophysin is involved in hyperalgesia mediated by Cyclindependent kinase 5 in rats[J].PLOS ONE，2012，7（10）：e46666.

[12]Samuels BA，Hsueh YP，Shu T，et al.Cdk5 promotes synaptogenesis by regulating the subcellular distribution of the MAGUK family member CASK[J].Neuron，2007，56（5）：823-837.

[13]Lin RC，Scheller RH.Mechanisms of synaptic vesicle exocytosis[J].Annu Rev Cell Dev Biol，2000，（16）：19-49.

[14]Jahn R，Scheller RH.SNAREs-engines for membrane fusion[J].Nat Rev Mol Cell Biol，2006，7（9）：631-643.

[15]Jahn R，Schiebler W，Ouimet C，et al.A 38，000-dalton membrane protein（p38）present in synaptic vesicles[J]. Proc Natl Acad Sci USA，1985，82（12）：4137-4141.

[16]Valtorta F，Pennuto M，Bonanomi D，et al.Synaptophysin：Leading actor or walk-on role in synaptic vesicle exocytosis?[J].Bioessays，2004，26（4）：445-453.

[17]Deák F，Schoch S，Liu X，et al.Synaptobrevin is essential for fast synaptic-vesicle endocytosis[J].Nat Cell Biol，2004，6（11）：1102-1108.

[18]Otto H，Hanson PI，Jahn R.Assembly and disassembly of a ternary complex of synaptobrevin，syntaxin，and SNAP-25 in the membrane of synaptic vesicles[J].Proc Natl A-cad Sci USA，1997，94（12）：6197-6201.

[19]CJ Woolf，MW Salter.Neuronal Plasticity：Increasing the Gain in Pain[J].Science，2000，288（5472）：1765-1769.

[20]Guo W，Zou S，Guan Y，et al.Tyrosine Phosphorylation of the NR2B Subunit of the NMDA Receptor in the Spinal Cord during the Development and Maintenance of Inflammatory Hyperalgesia[J].J Neurosci，2002，22（14）：6208-6217.

[21]Li BS，Sun MK，Zhang L，et al.Regulation of NMDA receptors by cyclin-dependent kinase-5[J].PNAS，2001，98（22）：12742-12747.

[22]Wang J，Liu S，F(xiàn)u Y，et al.Cdk5 activation induces hippocampal CA1 cell death by directly phosphorylating NMDA receptors[J].Nature Neuroscience，2003，6（10）：1039-1047.

[23]Zhang S，Edelmann L，Liu J，et al.Cdk5 regulates the phosphorylation of tyrosine 1472 NR2B and the surface expression of NMDA receptors[J].J Neurosci，2008，28（2）：415-424.

[24]Xie WY，He Y，Yang YR，et al.Disruption of Cdk5-associated phosphorylation of residue threonine-161 of the delta-opioid receptor：Impaired receptor function and attenuated morphine antinociceptive tolerance[J].J Neurosci，2009，29（11）：3551-3564.

[25]Wang CH，Lee TH，Tsai YJ，et al.Intrathecal cdk5 inhibitor，roscovitine，attenuates morphine antinociceptive tolerance in rats[J].Acta Pharmacol Sin，2004，25（8）：1027-1030.

[26]Zhang HH，Zhang XQ，Wang WY，et al.T he BDNF/ TrkB Signaling Pathway Is Involved in Heat Hyperalgesia Mediated by Cdk5 in Rats[J].PLOS ONE，2014，10（10）：e46866.

[27]Lin ML，Lin WT，Huang RY，et al.Pulsed radiofrequency inhibited activation of spinal mitogen-activated protein kinases and ameliorated early neuropathic pain in rats[J]. Eur J Pain，2014，18（5）：659-670.

[28]Fang-Hu，Zhang HH，Yang BX，et al.Cdk5 contributes to inflammation-induced thermal hyperalgesia mediated by the p38 MAPK pathway in microglia[J].Brain Res，2015 [Erub ahead of print].

The latest advancement of Cdk5 acting on targets in the central nervous system

ZHANG Honghai
Department of Anesthesiology，Hangzhou First People's Hospital，Hangzhou310006，China

Cyclin-dependent kinase5，Cdk 5 belongs to the family of serine/threonine kinase.Cdk5 distributes all kinds of tissue of mammal body.However，cdk5 fails to play its role unless in the central nervous system（CNS）because cdk5 is activated by its activator p35 that mainly is distributed in CNS.Recently，considerable results of study demonstrated that Cdk5 mediated the different physiological functions by acting on the different molecular targets in CNS.In CNS，cdk5 play a key role in mediating the function of studying and memory by acting on different molecular proteins.Moreover，increasing evidence showed that cdk5 plays an important in mediating inflammatory pain as well. The molecular targets of central nervous system mediated by Cdk5 will be summarized in this paper，which is of great importance for us to understand the function and role in CNS.

Cyclin-dependent kinase 5;Central nervous system;Molecular targets

圖1 發(fā)病孕周分布的比較（見內(nèi)文第47頁）

圖2 常規(guī)超聲檢查、實時超聲彈性成像影像圖（左圖為結(jié)節(jié)性甲狀腺腫；右圖為甲狀腺乳頭狀癌）（見內(nèi)文第109頁）

圖3 A對照組腎彈性成像及參數(shù)（見內(nèi)文第113頁）

圖3 B腎功能不全組腎彈性成像及參數(shù)（見內(nèi)文第113頁）

圖4 良性甲狀腺結(jié)節(jié)彈性成像圖，病灶區(qū)以綠色為主，彈性分級2級，病理結(jié)果：甲狀腺腺瘤（見內(nèi)文第116頁）

圖5 惡性甲狀腺結(jié)節(jié)彈性成像圖，病灶區(qū)以幾乎為藍(lán)色覆蓋彈性分級3級，病理結(jié)果：甲狀腺乳頭狀癌（見內(nèi)文第116頁）

圖6 良性甲狀腺結(jié)節(jié)彈性成像圖，病灶區(qū)以綠色為主，周邊被綠色覆蓋彈性分級2級，病理結(jié)果：結(jié)節(jié)性甲狀腺腫伴部分囊性變（見內(nèi)文第116頁）

R741

A

1673-9701（2015）24-0158-03

2015-02-09）

浙江省自然科學(xué)基金（LY14H090005）