酪胺酸羥化酶和帕金森病相關(guān)研究進(jìn)展

張智敏　白　潔

(昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，云南　昆明　650500)

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酪胺酸羥化酶和帕金森病相關(guān)研究進(jìn)展

張智敏白潔

(昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，云南昆明650500)

〔關(guān)鍵詞〕酪氨酸羥化酶;帕金森;氧化應(yīng)激;線粒體功能障礙

帕金森病(PD)是中老年人常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)障礙疾病〔1，2〕。研究表明PD與遺傳、蛋白質(zhì)聚集、蛋白質(zhì)降解障礙、黑質(zhì)紋狀體多巴胺(DA)神經(jīng)遞質(zhì)水平低、氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙等有關(guān)。 例如，α-核突觸蛋白，同源磷酸酶-張力蛋白基因(PTEN)誘導(dǎo)激酶(PINK)1，E3泛素連接酶(Parkin)，PD和癌癥相關(guān)蛋白(DJ-1)蛋白等〔3〕，這些分子的改變與酪氨酸羥化酶(TH)的改變有關(guān)。

1TH

TH是交感神經(jīng)特異性標(biāo)志物，其廣泛地分布在去甲腎上腺能神經(jīng)軸突的胞質(zhì)中，并參與合成兒茶酚胺(CA)的過(guò)程。而在人體中，TH是一個(gè)含有單核的非血紅素原子，每個(gè)酶的亞基的鐵含量為0.4～1原子/蛋白組〔4〕。

TH是一種能夠催化L酪氨酸變成L-3,4-二羥基苯丙氨酸(L-DOPA)的羥基化作用的四氫蝶呤單加氧酶。TH的氨基酸序列在不同物種間具有高度的保守性〔5〕。在結(jié)構(gòu)上，TH包含14個(gè)外顯子，具有四種相同的亞型(hTH1～4)，這四種亞基都是mRNA剪切的結(jié)果。人TH是一個(gè)分子量為240 kDa的四聚體，每個(gè)單體是由三部分組成的，分別是105個(gè)殘基構(gòu)成的調(diào)節(jié)段、280個(gè)殘基組成的催化結(jié)構(gòu)域和40個(gè)殘基共同組成的四聚體〔6〕。TH活性可通過(guò)以下機(jī)制，調(diào)節(jié)包括競(jìng)爭(zhēng)反饋抑制TH四氫生物蝶呤兒茶酚胺，在 hTH1 上的Ser-19 和Ser-40可逆磷酸化，和第二信使介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄和翻譯〔5〕。TH催化L-酪氨酸的四氫生物蝶呤分成依賴(lài)羥基化作用于L-3,4二羥基苯丙氫酸，這是執(zhí)行CA,如DA，去甲腎上腺素，腎上腺素合成的限速步驟，CAs通過(guò)在2個(gè)活性位點(diǎn)上結(jié)合從而抑制TH的活性的，這2個(gè)位點(diǎn)分別具有高親和力，低親和力〔7〕。

2TH與PD的關(guān)系

PD可能與多種因素有關(guān)，如：遺傳因素、內(nèi)源性活性氧類(lèi)(ROS)、不平衡的抗氧化防御和修復(fù)機(jī)制、細(xì)胞凋亡、炎癥、代謝過(guò)程的失調(diào)以及外源性毒素的接觸等〔8〕。但目前PD的確切的病理機(jī)制還不清楚。

DA是大腦中的一種重要神經(jīng)遞質(zhì)，它具有支持運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知和視覺(jué)等功能，在PD中具有重要的作用〔9〕。而DA的合成限速酶TH在PD中也起著重要的作用。TH與α-核突觸蛋白的變化、ROS產(chǎn)生以及線粒體功能障礙等都有關(guān)系。

2.1TH與α-核突觸蛋白α-核突觸蛋白是一個(gè)由α-突觸核蛋白(SNCA)基因編碼的具有140個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，在散發(fā)性和家族性的PD中α-核突觸蛋白表達(dá)異常,PD的病理學(xué)特征主要是因?yàn)橛慑e(cuò)誤折疊的α-突觸核蛋白組成的異常細(xì)胞內(nèi)含物，這是由α-突觸核蛋白基因點(diǎn)突變(A30P，E46K，h50q，G51D，A53T)所致〔10〕。此外，α-核突觸蛋白還是散發(fā)性PD的特征性包涵體-路易小體的主要組成部分，這也說(shuō)明了α-核突觸蛋白聚集可能還導(dǎo)致了散發(fā)性PD的發(fā)生。

在DA能MN9DC細(xì)胞中，α-核突觸蛋白的過(guò)表達(dá)能夠顯著地降低TH的活性，也發(fā)現(xiàn)沉默的 α-核突觸蛋白增加了TH的活性和多巴胺的合成，并且 α-核突觸蛋白的過(guò)表達(dá)明顯抑制了TH在Ser40上的磷酸化和DA的合成，而 α-核突觸蛋白S129D突變體增加TH的磷酸化和DA的合成〔11〕。然而，在轉(zhuǎn)染的α-核突觸蛋白基因DA能細(xì)胞中，TH基因表達(dá)的抑制的確切的機(jī)制是不確定。但在DA能細(xì)胞中人類(lèi)α-核突觸蛋白的過(guò)表達(dá)可能與TH表達(dá)的丟失有關(guān)，相似的結(jié)果在人類(lèi)α-核突觸蛋白基因改造的小鼠中，紋狀體中TH的活性和水平都是降低的〔12〕。有趣的是，PD出現(xiàn)前，伴有焦慮和抑郁，而焦慮與TH的活性增強(qiáng)有關(guān)。而在PD的模型中發(fā)現(xiàn)，可溶性α-核突觸蛋白的聚集或損失，都會(huì)導(dǎo)致腦內(nèi)TH的活性的失調(diào)〔13〕。這些發(fā)現(xiàn)更加印證了TH與α-核突觸蛋白的關(guān)系。

2.2TH與氧化應(yīng)激(OS)OS是指體內(nèi)氧化與抗氧化失衡，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞炎性浸潤(rùn)，蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物。

2.2.1TH與DJ-1DJ-1在大腦中非常豐富，主要是在細(xì)胞質(zhì)中，目前發(fā)現(xiàn)DJ-1在OS的條件下對(duì)細(xì)胞有保護(hù)作用，DJ-1作為一個(gè)RNA結(jié)合蛋白可能也有重要的作用〔14〕。研究發(fā)現(xiàn)，DJ-1缺陷的小鼠對(duì)1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)和OS非常敏感，提示DJ-1的功能突變同PD是相關(guān)〔15〕。在MN9D細(xì)胞中，對(duì)DJ-1或其L166P突變體中的TH mRNA和蛋白水平進(jìn)行了測(cè)定。TH mRNA比對(duì)照細(xì)胞水平增加約20倍〔16〕。這說(shuō)明了DJ-1的表達(dá)上調(diào)了TH基因的表達(dá)。

2.2.2TH與ROSROS是指需氧細(xì)胞在代謝過(guò)程中產(chǎn)生一系列活性氧簇，其包括O2-,H2O2,H2O,和OH等〔17〕。人體產(chǎn)生的ROS是少量的，僅僅用于正常的生理過(guò)程，包括在免疫系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用，以及刺激生長(zhǎng)因子和炎癥反應(yīng)的發(fā)展，其次，ROS與細(xì)胞凋亡有關(guān)〔18〕。證據(jù)表明，PD的發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)關(guān)鍵因素是OS，也就是在PD患者中ROS生理反應(yīng)的過(guò)程中，產(chǎn)生更多的ROS和不平衡的抗氧化防御和修復(fù)機(jī)制，最終導(dǎo)致黑質(zhì)DA神經(jīng)元丟失或凋亡。小膠質(zhì)細(xì)胞激活的脂多糖(LPS)，產(chǎn)生了慢性源的細(xì)胞因子和ROS。注射LPS到黑質(zhì)后，復(fù)制了大鼠PD的病理特征，導(dǎo)致了總的ROS的增加，隨后，ROS的增加又導(dǎo)致了與DA損失有關(guān)的TH的表達(dá)降低，還伴隨著神經(jīng)遞質(zhì)DA及其代謝產(chǎn)物的嚴(yán)重?fù)p失〔19〕。然而，Nakashima等〔20〕在研究PD中，TH可能的病理生理作用時(shí)也提出了一個(gè)假設(shè)，TH的代償活化作用可能有助于進(jìn)一步減少PD中DA神經(jīng)元的TH活性、蛋白水平和DA合成。增加的特定人TH的活性也會(huì)導(dǎo)致DA神經(jīng)元中有毒的ROS產(chǎn)生，從而促進(jìn)PD的發(fā)生?？傊?，TH與ROS之間有密切的關(guān)系，與PD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

2.3TH與線粒體功能障礙線粒體功能障礙是PD以及與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病的核心，在PD中，路易小體是含有線粒體起源的折疊蛋白，帶有位于細(xì)胞質(zhì)中或神經(jīng)突觸上的蛋白質(zhì)。在PD病人樣本和動(dòng)物模型中，與線粒體應(yīng)激信號(hào)有關(guān)的線粒體折疊蛋白的積累有關(guān)〔21〕。假定PINK1是一種激酶，定位于線粒體，受PTEN調(diào)節(jié)。研究表明PINK1可能在調(diào)節(jié)線粒體功能發(fā)面發(fā)揮著重要作用〔22〕。PD細(xì)胞模型中，證實(shí)了線粒體外的PINK1能調(diào)節(jié)TH表達(dá)和DA的合成。野生型 PINK1的過(guò)表達(dá)也能下調(diào)DA能神經(jīng)元中TH的表達(dá)和DA的合成。相反，與PD相關(guān)的G309D，A339T，和E231G PINK1突變體的過(guò)表達(dá)，下調(diào)了DA能神經(jīng)元中TH和DA水平的，并且增加了OS的易損性〔23〕。

2.4TH在PD中的應(yīng)用TH的產(chǎn)物是左旋多巴(L-DOPA)。目前臨床上主要采用提高基底神經(jīng)節(jié)DA功能的藥物治療PD L-DOPA可以透過(guò)血腦屏障，在存活的DA能神經(jīng)末梢內(nèi)轉(zhuǎn)換成DA〔24〕?？诜﨤-DOPA能有效地改善PD的癥狀。但是L-DOPA治療數(shù)年后，療效降低并出現(xiàn)副作用，如運(yùn)動(dòng)障礙、睡眠障礙、焦慮等。所以更加深入的研究TH的功能，更有利于解決PD L-DOPA治療的困難。在PD患者中，TH和TH mRNA水平都表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，因此，將TH基因?qū)氲郊y狀體神經(jīng)元，提高中腦神經(jīng)細(xì)胞中TH的表達(dá)及活性，可以增加合成和釋放DA，這有可能成為治療PD的靶點(diǎn)。

在小鼠紋狀體TH陽(yáng)性神經(jīng)元可能參與突觸前神經(jīng)元的可塑性，因此，紋狀體中TH高表達(dá)作為PD的運(yùn)動(dòng)障礙的治療策略的新靶點(diǎn)。盡管TH高表達(dá)可能會(huì)參與L-DOPA引起邊緣系統(tǒng)和大腦皮質(zhì)的副作用如精神病或癡呆的發(fā)展〔25〕。

3總結(jié)

PD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前尚不清楚。TH是DA合成的限速酶，能夠有效地預(yù)防PD等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。而另一方面，TH表達(dá)的減少導(dǎo)致了DA的損傷，從而導(dǎo)致PD的發(fā)生。有關(guān)TH與α-核突觸蛋白、ROS、DJ-1、PINK1等的研究，有助于明確PD的分子機(jī)制，為PD的治療提供新的理論基礎(chǔ)。

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〔2015-10-20修回〕

(編輯袁左鳴)

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(No.81160162，U1202227)

通訊作者：白潔(1966-)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事神經(jīng)退行性疾病和毒品成癮分子機(jī)制研究。

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕R743.9

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔文章編號(hào)〕1005-9202(2016)09-2280-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.09.110

第一作者：張智敏(1992-)，女，碩士，主要從事帕金森病方面的研究。