自噬在神經(jīng)元軸突與樹突變性中的作用

黃雅楠(綜述) 董健健 程 楠 韓詠竹(審校)

1)安徽中醫(yī)藥大學(xué)研究生部 合肥 230038 2)安徽中醫(yī)藥大學(xué)神經(jīng)病學(xué)研究所附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 合肥 230061

·綜述與講座·

自噬在神經(jīng)元軸突與樹突變性中的作用

黃雅楠1，2)(綜述) 董健健2)程 楠2)韓詠竹2)(審校)

1)安徽中醫(yī)藥大學(xué)研究生部 合肥 230038 2)安徽中醫(yī)藥大學(xué)神經(jīng)病學(xué)研究所附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 合肥 230061

自噬通過形成自噬小體，對(duì)細(xì)胞內(nèi)一些錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器降解，以保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的異常堆積是大多數(shù)神經(jīng)變性病最常見的病態(tài)產(chǎn)物。神經(jīng)元樹突和軸突是神經(jīng)元胞體的延伸及形成突觸的基礎(chǔ)，對(duì)細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)起關(guān)鍵作用。神經(jīng)元軸突和樹突變性常出現(xiàn)在神經(jīng)變性病的早期，對(duì)內(nèi)外環(huán)境的變化十分敏感，而自噬是清除神經(jīng)變性病中異常蛋白質(zhì)的關(guān)鍵途徑，對(duì)保持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有不可替代作用。因此，通過激活神經(jīng)元自噬可以緩解神經(jīng)元樹突與軸突變性。本文將從自噬在軸突與樹突中的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，自噬對(duì)軸突與樹突變性的調(diào)控作用以及自噬與突觸形成的相關(guān)性等方面闡述自噬在神經(jīng)元軸突與樹突變性中的作用。

自噬；軸突；樹突；神經(jīng)變性病

自噬普遍見于真核細(xì)胞中，也可作為應(yīng)激反應(yīng)而發(fā)生[1]，在應(yīng)激狀態(tài)下，通過消化長壽蛋白和損傷的細(xì)胞器，回收利用脂肪酸和氨基酸用作合成新的大分子和給線粒體氧化提供ATP，維持生物體內(nèi)穩(wěn)態(tài)[2]。自噬可分為三類：(1)巨自噬(macroautophagy)；(2)分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)；(3)微自噬(microautophagy)。本文所講的自噬指巨自噬[3]。

自噬在神經(jīng)元中的作用是不可替代的，而神經(jīng)元軸突細(xì)長，敏感脆弱，易受環(huán)境影響[4]，也容易變性，導(dǎo)致神經(jīng)元軸突與樹突變性的原因有很多，如細(xì)胞的損傷、營養(yǎng)的匱乏、蛋白質(zhì)的異常聚集等。軸突與樹突變性的最明顯特性就是軸突和樹突上出現(xiàn)的突起串珠。軸突和樹突的變性是許多疾病產(chǎn)生的原因，也是神經(jīng)變性病的最早期變化與特征。

1 神經(jīng)變性病中的神經(jīng)元樹突和軸突變性

神經(jīng)變性病有相似的病理特性，包括神經(jīng)炎癥、線粒體功能障礙與蛋白堆積等，如亨廷頓病(Huntington’s disease，HD)、肌萎縮性側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)、阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)、多發(fā)性硬化癥(multiple sclerosis，MS)、帕金森病(Parkinson’s disease，PD)[5]。蛋白質(zhì)的異常堆積對(duì)細(xì)胞有毒害作用，能引起神經(jīng)元軸突與樹突的變性，軸突和樹突變性常早于胞體，在疾病病變?cè)缙诰蜁?huì)出現(xiàn)。

2 自噬與突觸形成的相關(guān)性

突觸的形成與軸突與樹突有密不可分的關(guān)聯(lián)，主要是樹突棘在突觸連接中成為主要組成部分。突觸的形成與功能表達(dá)都離不開自噬，自噬對(duì)突觸的清除對(duì)突觸進(jìn)一步的形成、發(fā)展、功能表達(dá)等方面有重要的作用[6]。有實(shí)驗(yàn)用果蠅模型證明高度保守的E3泛素連接酶、高絲(Hiw)在軸突和突觸變性中起主要的調(diào)節(jié)和調(diào)控作用，Hiw促進(jìn)NMNAT蛋白的迅速消失，在軸突變性中有不可忽視的作用，可阻礙突觸生成與突觸發(fā)展[7]。在電子顯微鏡下觀察體外培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元，在其突觸末端可觀察到突觸小體的存在[8]。突觸的缺失是神經(jīng)變性病的主要病理表現(xiàn)，適度的自噬可促進(jìn)突觸的生成、發(fā)展，為治療神經(jīng)變性病提供了新的方向。

3 自噬小體在神經(jīng)元樹突和軸突中的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)

自噬體在軸突合成以后在神經(jīng)元內(nèi)運(yùn)輸，軸突內(nèi)合成的自噬小體進(jìn)入到胞體內(nèi)，必須通過軸漿運(yùn)輸?shù)姆绞剑⒐苁俏镔|(zhì)運(yùn)輸?shù)耐緩?。軸突變性改變軸突內(nèi)鈣水平和鈣依賴性的細(xì)胞骨架破壞[9]，所以，自噬體是在軸突中合成的，且經(jīng)軸漿運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)入到神經(jīng)元胞體內(nèi)結(jié)合溶酶體后被降解。

4 自噬對(duì)軸突和樹突變性的調(diào)控機(jī)制

自噬在維持軸突動(dòng)態(tài)平衡和防止軸索營養(yǎng)不良和變性方面有不可或缺的作用[10]。軸突變性可誘發(fā)自噬。海馬神經(jīng)元體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明，Aβ1-42毒性所致軸突變性先于海馬神經(jīng)細(xì)胞死亡，而Bcl-xL的過表達(dá)抑制了軸突和細(xì)胞體退化[11]。故自噬對(duì)神經(jīng)元的作用是雙向的，既是有利的又是有害的[12]，自噬作為保護(hù)機(jī)制對(duì)細(xì)胞有保護(hù)作用，而過度自噬又可促進(jìn)細(xì)胞死亡。本文將對(duì)阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病、多發(fā)性硬化癥、肌萎縮性側(cè)索硬化癥等分別論述。

4．1 阿爾茨海默病 阿爾茨海默病是一種以細(xì)胞外淀粉樣蛋白沉積(senile plaques，SP)為主要表現(xiàn)的神經(jīng)變性病。在對(duì)轉(zhuǎn)基因APP小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，具有毒性的Aβ聚集在腫脹的軸突中以及樹突的頂端，有毒性的Aβ可在神經(jīng)元內(nèi)運(yùn)輸，導(dǎo)致軸突和樹突的變性[13]。淀粉樣蛋白斑塊相關(guān)營養(yǎng)不良的軸突顯示早期有自噬小泡的大量積累[14]。自噬可能是運(yùn)走具有細(xì)胞毒性的Aβ蛋白，抑制神經(jīng)元軸突、樹突損傷，有效延緩軸突和樹突退化，在改善或阻止AD發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮保護(hù)作用。

4．2 帕金森病 帕金森病的典型癥狀是腦黑質(zhì)內(nèi)多巴胺(dopamine，DA)能神經(jīng)元受損、胞漿蛋白聚集形成路易小體(Lewy body)。PD中突觸和軸突病變常先于神經(jīng)元缺失和蛋白質(zhì)聚集[15]。蛋白質(zhì)的聚集又可導(dǎo)致軸漿運(yùn)輸障礙，軸漿運(yùn)輸障礙也是突觸變性的表現(xiàn)。在體外建立的PD模型中共同的病理表現(xiàn)是軸漿運(yùn)輸?shù)母淖僛16]。而PD病中α-突觸核蛋白(α-synuclein)的錯(cuò)誤折疊、聚集和異常降解是導(dǎo)致神經(jīng)元軸突和樹突變性、軸漿運(yùn)輸障礙以及神經(jīng)元死亡的原因，而自噬是清除α-synuclein蛋白主要途徑之一。神經(jīng)變性病中存在自噬缺陷[17]，在帕金森病同樣存在自噬缺陷。自噬途徑或過程受到抑制，可引起細(xì)胞內(nèi)的α-synuclein蛋白異常積聚，異常聚積的α-synuclein蛋白又進(jìn)一步抑制未受影響自噬的功能，從而加重神經(jīng)元軸突與樹突的變性。

4．3 亨廷頓病 亨廷頓病的特征性表現(xiàn)是多聚谷氨酰胺的異常聚集引起神經(jīng)元的缺失[18]。在死亡HD患者腦組織中發(fā)現(xiàn)的主要特征有中型多棘神經(jīng)元的缺失[10]。亨廷頓蛋白在組織中聚集也會(huì)引起軸突運(yùn)輸發(fā)生障礙[19]。軸突運(yùn)輸障礙和異常聚集的多聚谷氨酰胺導(dǎo)致神經(jīng)元軸突的變性，而軸突變性又進(jìn)一步加重軸突運(yùn)輸障礙，從而加重HD的發(fā)生、發(fā)展。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，激活A(yù)MPK使細(xì)胞內(nèi)LC3、p62的表達(dá)增加，Htt聚集減少，提高了細(xì)胞的存活率[20]?？梢?，自噬是細(xì)胞內(nèi)Htt的重要降解途徑，通過激活細(xì)胞自噬可明顯改善神經(jīng)元軸突和樹突變性，控制疾病的發(fā)生、發(fā)展。

4．4 多發(fā)性硬化癥 多發(fā)性硬化癥是常見的脫髓鞘疾病，脫髓鞘是本病的主要變化，同時(shí)也可引起軸突損傷[21]，慢性MS的特征性損傷是軸突的腫脹及軸突橫斷、變性[22]，且軸突損傷的表現(xiàn)在疾病早期就會(huì)出現(xiàn)。有實(shí)驗(yàn)證明，在MS病中自噬相關(guān)基因ATG16L2、ATG9A、BCL2、FAS、GAA、HGS、PIK3R1、RAB24、RGS19、ULK1等的表達(dá)水平有明顯變化，不僅影響蛋白質(zhì)的水平，還影響自噬的活力，可能是MS發(fā)病機(jī)制的主要危險(xiǎn)因素[23]。多發(fā)性硬化癥存在神經(jīng)元軸突的變性和自噬障礙，由此猜想，我們可通過調(diào)節(jié)自噬，改善神經(jīng)元變性，為治療多發(fā)性硬化癥提供新的靶點(diǎn)和方法。

4．5 肌萎縮側(cè)索硬化癥 肌萎縮側(cè)索硬化癥是由神經(jīng)元的變性引起的致命的神經(jīng)變性病[24]。ALS突變帶來的毒性導(dǎo)致ALS運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元(MNs)的快速變性[25]，特別是貝茨細(xì)胞變性和缺失。SOD1(銅鋅超氧化物歧化酶)和FUS(fused in sarcoma)也稱TLS(translated in liposarcoma)，是ALS主要的致病基因[26-27]，突變的SOD1蛋白擾亂軸漿運(yùn)輸和線粒體功能，也是神經(jīng)元變性的重要原因，而自噬是SOD1蛋白降解的主要途徑。

5 問題與展望

隨著科研水平的提高，對(duì)自噬的研究與探討也越來越深入，自噬的影響因素，影響自噬表達(dá)的基因，以及一些通路和蛋白，還有部分抑制或誘導(dǎo)自噬的藥物都逐漸被大家所認(rèn)識(shí)。雖現(xiàn)在已知自噬是在軸突中形成的，經(jīng)軸漿運(yùn)輸，通過微管運(yùn)輸?shù)缴窠?jīng)元胞體內(nèi)，但與樹突的關(guān)系目前報(bào)道較少，以及神經(jīng)元軸突變性是誘導(dǎo)自噬的發(fā)生還是由于變性導(dǎo)致的軸漿運(yùn)輸障礙使自噬小體在軸突中聚集，這些疑問均未得到解答。我們可通過藥物等調(diào)控自噬，清除神經(jīng)元內(nèi)的異物，改善神經(jīng)元樹突和軸突的變性，從而為神經(jīng)變性病的治療提供確切的目標(biāo)和方向，但適度的自噬才可以改善軸突、樹突的變性，促進(jìn)突觸的發(fā)生發(fā)展，如何通過藥物等達(dá)到適度自噬以及什么程度的自噬是適度自噬目前還是個(gè)未解的難題。雖關(guān)于自噬在神經(jīng)元軸突、樹突變性中的作用還有很多未解的困惑和難題，但相信隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)困惑和難題一定可以得到解決，為我們提供新的理論知識(shí)，為治療神經(jīng)變性病提供新的策略和方法。

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(收稿2016-11-05)

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