神經(jīng)絲輕鏈蛋白與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

張 群， 林思睿， 吳瓊英綜述， 吳巧鳳， 謝璐霜審校

神經(jīng)絲蛋白(Neurofilaments,NF)是構(gòu)成神經(jīng)元軸突中間纖維的特異性分子蛋白，是神經(jīng)元細(xì)胞骨架的重要成分，主要定位在成熟神經(jīng)元的胞體和突起中，負(fù)責(zé)軸漿運(yùn)輸，維持神經(jīng)元正常形態(tài)及保持神經(jīng)纖維的彈性，防止斷裂[1,2]，典型的神經(jīng)絲纖維長(zhǎng)10 nm，可增加軸突的直徑，提高軸突的脈沖傳導(dǎo)速度，其在軸突中呈平行排列，在胞體中則是隨機(jī)的，在軸突的運(yùn)輸過(guò)程中神經(jīng)絲蛋白會(huì)發(fā)生磷酸化與去磷酸化，以此進(jìn)行自我更新，表明磷酸化對(duì)神經(jīng)絲的生理功能有重要影響[3,4]。

NF包括神經(jīng)絲三聯(lián)蛋白(Neuroflament triplet proteins)、α-內(nèi)切蛋白(α-internexin)、Ⅲ型外周蛋白(Type Ⅲ peripherin)，研究發(fā)現(xiàn)α-內(nèi)切蛋白的表達(dá)早于神經(jīng)絲三聯(lián)蛋白，且在出生后保持較低的水平，而神經(jīng)絲三聯(lián)蛋白表達(dá)則是升高的，在成人周?chē)爸袠猩窠?jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)絲三聯(lián)蛋白與Ⅲ型外周蛋白共表達(dá)[2]。神經(jīng)絲三聯(lián)蛋白由神經(jīng)絲輕鏈(Neuroflament light,NfL)、神經(jīng)絲中鏈(neurofilament middle,NfM)、神經(jīng)絲重鏈(neurofilament heavy,NfH)構(gòu)成，由于NfM和NfH的C端分別有483和676個(gè)氨基酸，因此NfL的分子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于NfM和NfH，而在軸突徑向生長(zhǎng)時(shí)于NfL和NfM而言，NfH表達(dá)卻相對(duì)延遲[3]。

NfL被認(rèn)為是神經(jīng)絲三聯(lián)蛋白中最重要的一部分，因?yàn)镹fL是唯一可以自我組裝成功能性纖維的神經(jīng)絲蛋白，而神經(jīng)絲中鏈和重鏈蛋白則不能，而且NfL的異常表達(dá)及人類(lèi)NfL基因的突變均會(huì)引起多種疾病的發(fā)生[5]，大量臨床及實(shí)驗(yàn)研究指出在多種疾病神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中NfL的改變更為顯著，提示NfL是神經(jīng)元與軸突損傷的分子標(biāo)志物，對(duì)臨床多種疾病的診斷及預(yù)后判斷有重要指導(dǎo)意義，因此本文主要對(duì)NfL在以神經(jīng)元受損為主的多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的變化進(jìn)行整理和總結(jié)。

1 NfL與阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)

目前臨床研究發(fā)現(xiàn)AD患者腦脊液與尿液中NfL水平是升高的，NfL可作為AD的輔助診斷標(biāo)記物；橫斷面研究結(jié)果表明在癥狀出現(xiàn)之前，家族性老年癡呆患者血清中NfL濃度是增加的；在阿爾茨海默病和血管性癡呆患者中也發(fā)現(xiàn)NfL水平均升高，并且NfL水平與疾病進(jìn)程呈正相關(guān)，血清中NfL可能是早期AD相關(guān)神經(jīng)變性的標(biāo)志物[6,7]，具體是哪類(lèi)神經(jīng)絲蛋白改變研究并未明確指出。唐氏綜合征(Down syndrome，DS)是AD的基因遺傳形式，存活的患者常在30歲以后出現(xiàn)老年性癡呆癥狀，最近100例DS成年患者血液中NfL濃度與年齡相關(guān)分析研究顯示在40歲之后NfL濃度是急劇增加的，而且伴癡呆癥狀的DS患者其N(xiāo)fL水平升高更為顯著[8]；實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示敲掉NfL的APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠會(huì)出現(xiàn)新皮質(zhì)下淀粉樣斑塊沉積、突觸易損性增加、小膠質(zhì)細(xì)胞增生等病理變化[9]，提示NfL在保護(hù)軸突運(yùn)輸功能與調(diào)節(jié)Ab斑塊形成途徑中發(fā)揮重要作用，另一研究指出缺乏NfL雖然會(huì)影響骨架蛋白的表達(dá)，但不會(huì)引起皮質(zhì)神經(jīng)元發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)改變，這可能與其他骨架蛋白的補(bǔ)償有關(guān)[10]，但相關(guān)補(bǔ)償機(jī)制并不明確。細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)IL-1b能誘導(dǎo)原代神經(jīng)元NfL及其72 h內(nèi)mRNA的表達(dá)增加[11]，表明AD中公認(rèn)的神經(jīng)炎癥可能誘導(dǎo)NfL功能失調(diào)，進(jìn)而加重神經(jīng)元功能紊亂。反應(yīng)性DNA連接蛋白43(Transactive response DNA-binding protein 43，TDP-43)是NfL mRNA的結(jié)合蛋白，研究發(fā)現(xiàn)與6周齡C57相比，敲掉NfL的12月齡小鼠其皮質(zhì)和腰髓中TDP-43表達(dá)水平明顯增加，但研究人員指出與衰老高度相關(guān)的是TDP-43的磷酸化水平而非TDP-43本身的表達(dá)[12]。實(shí)驗(yàn)研究指出驅(qū)動(dòng)蛋白1(Kinesin1)與神經(jīng)絲蛋白均參與神經(jīng)元軸突的運(yùn)輸，而且隨著年齡增長(zhǎng)，APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠皮質(zhì)中kinesin1和神經(jīng)絲蛋白表達(dá)下降，導(dǎo)致APP蛋白運(yùn)輸障礙，進(jìn)而導(dǎo)致腦內(nèi)Aβ 的沉積，破壞神經(jīng)元正常功能，加重AD的病理改變[13]。學(xué)者認(rèn)為軸突損傷時(shí)NfL釋放到間質(zhì)中，并在血液樣本中可以檢測(cè)到升高的NfL，但研究指出血腦屏障功能障礙不是阿爾茨海默病本身所固有的，可能伴隨腦血管病變[14]，提示血液中升高的NfL可能與腦血管病變有關(guān)。

2 NfL與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病

肌萎縮側(cè)索硬化癥(Amyotrophic lateral sclerosis，ALS)屬于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病中的一種，是一種慢性、進(jìn)行性疾病，以全身多處肌肉逐漸無(wú)力和萎縮為主要臨床表現(xiàn)，Meta分析表明ALS患者腦脊液與血液中NfL含量均明顯高于健康人群，最近相關(guān)研究結(jié)果顯示NfL也有相同的改變[15]，表明NfL對(duì)肌萎縮側(cè)索硬化癥的診斷和預(yù)后有重要價(jià)值。另外，臨床多中心研究結(jié)果也提示ALS患者腦脊液中磷酸化的神經(jīng)絲重鏈蛋白(pNfH)水平高于健康對(duì)照組和非ALS患者[16]。研究指出NfL聚集不僅是散發(fā)性或家族性ALS的分子標(biāo)志物，而且NfL聚集可能會(huì)引起一些突變且不穩(wěn)定的蛋白堆積，引發(fā)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元受損和退化，如超氧化物歧化酶1(Superoxide dismutase-1，SOD1)突變不但會(huì)改變NfL mRNA的穩(wěn)定性[17]，而且在脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中還會(huì)形成胞漿包涵體，導(dǎo)致神經(jīng)元發(fā)生病變[18]。此外，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)SOD1突變的ALS小鼠DRG神經(jīng)元中存在外周蛋白56(Peripherin56，P56)的神經(jīng)毒性剪接變體的聚集，這些變體能裂解NfL和NfM從而導(dǎo)致軸突應(yīng)激反應(yīng)[19]，參與ALS發(fā)病過(guò)程。

3 NfL與帕金森病(Parkinson disease，PD)

帕金森病是一種常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，以黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性丟失為主要病理改變，臨床上多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病與帕金森病癥狀存在很多相似之處，準(zhǔn)確診斷該病具有較大難度。多個(gè)臨床研究結(jié)果顯示帕金森患者腦脊液與血液中NfL蛋白濃度與正常人相似，而在非典型帕金森病中如多系統(tǒng)萎縮、進(jìn)行性核上性麻痹等疾病中卻是明顯升高的[20]，Meta分析結(jié)果也表明帕金森患者腦脊液NfL與多系統(tǒng)萎縮中普遍升高現(xiàn)象是相矛盾的[21]，這提示NfL在區(qū)別帕金森病和非典型帕金森病時(shí)有高度準(zhǔn)確信。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道α-突觸核蛋白(α-synuclein)基因參與PD的發(fā)病，作為路易小體主要病理成分的α-突觸核蛋白在神經(jīng)元胞漿中異常聚集，錯(cuò)誤折疊與纖維化，進(jìn)而引發(fā)黑質(zhì)紋狀體中多巴胺能神經(jīng)元死亡[22]，導(dǎo)致帕金森病的發(fā)生，且研究發(fā)現(xiàn)α-突觸核蛋白能抑制磷酸酯酶D1(Phospholipase D1，PLD1)的表達(dá)，從而引起NfL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變、表達(dá)下降和F-肌動(dòng)蛋白重分布[23]，導(dǎo)致神經(jīng)元功能紊亂與障礙，提示NfL結(jié)構(gòu)改變及表達(dá)下降可能參與神經(jīng)變性的發(fā)生。

4 NfL與脫髓鞘疾病

多發(fā)性硬化(Multiple sclerosis，MS)是發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一種慢性、炎性脫髓鞘疾病，主要病理改變?yōu)椴豢赡娴妮S索受損與神經(jīng)元丟失。目前研究顯示NfL是MS中軸索損傷的生物標(biāo)志物，軸索損傷時(shí)腦脊液和血清中NfL均有升高現(xiàn)象，與健康對(duì)照組相比，進(jìn)行性多發(fā)性硬化與復(fù)發(fā)-緩解型多發(fā)性硬化患者血清中NfL水平是普遍升高的，而且其血液與腦脊液中NfL之間有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，在用免疫抑制劑芬戈莫德(fingolimod)后受試者血清NfL下調(diào)[24]，提示NfL水平可作為MS治療效應(yīng)的一個(gè)觀察指標(biāo)。多項(xiàng)研究指出血清分析NfL可能成為檢測(cè)該病的便捷方式，可監(jiān)測(cè)復(fù)發(fā)-緩解型多發(fā)性硬化疾病的活躍程度，但有學(xué)者認(rèn)為臨床實(shí)踐中NfL可否作為疾病活動(dòng)度指標(biāo)需要更多的前瞻性研究以及較長(zhǎng)隨訪期來(lái)確定[25]。近來(lái)有文獻(xiàn)報(bào)道腦脊液中低水平的Ab是本疾病進(jìn)展的預(yù)測(cè)標(biāo)志物，而NfL水平則無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[26]，這與前面提到的AD中Ab沉積導(dǎo)致NfL上調(diào)這一發(fā)現(xiàn)是相互矛盾的，兩者之間是否有內(nèi)在的機(jī)制或更深層的含義有待探討。實(shí)驗(yàn)研究指出P25基因參與了包括MS在內(nèi)的各種神經(jīng)退行性疾病，并且在P25轉(zhuǎn)基因鼠皮質(zhì)和海馬中發(fā)現(xiàn)大量神經(jīng)元丟失，敲掉P25后腦脊液與血清中NfL水平下降[27]，但具體機(jī)制仍不明確。

5 NfL與創(chuàng)傷性腦損傷

彌漫性軸索損傷(diffuse axonal injury,DAI)是顱腦遭受外力作用后發(fā)生的一種原發(fā)性的大腦實(shí)質(zhì)損傷，以白質(zhì)、軸索受損為主要病理改變，病情危重，病死率極高，預(yù)后較差。一項(xiàng)95例DAI患者參與的臨床研究顯示在腦損傷后6 h NfL是明顯升高的，腦損傷后7 d內(nèi)，其血清中NfL的濃度仍高于正常對(duì)照組[28]，并且NfL濃度與DAI時(shí)腦組織、神經(jīng)元、血腦屏障的損傷程度有相關(guān)性，提示NfL對(duì)DAI的早期診斷及預(yù)后評(píng)估有重要價(jià)值。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)損傷后24 h內(nèi)模型動(dòng)物有典型的軸索損傷改變，腦干陽(yáng)性蛋白表達(dá)升高，并且NfL水平與恢復(fù)期大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力呈負(fù)相關(guān)[29]，揭示神經(jīng)絲輕鏈蛋白可以作為腦受損后動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶能力判斷的潛在指標(biāo)。

6 展 望

第一，目前研究顯示在多數(shù)神經(jīng)受損性疾病中NfL濃度是升高的，如阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化等，但在帕金森病中卻發(fā)現(xiàn)其濃度改變不顯著，兩者之間具體機(jī)制是怎樣的有待進(jìn)一步研究；第二，NfL水平上調(diào)引發(fā)的后續(xù)生理及病理效應(yīng)及是否存在潛在的啟動(dòng)機(jī)制或關(guān)鍵的調(diào)控靶點(diǎn)目前仍不清楚；第三，NfL是多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在生物標(biāo)志物，其在正常人中的具體含量是多少，能否作為某種特定疾病的特異性標(biāo)志物，診斷疾病時(shí)的具體臨界值能否確定是未來(lái)研究的方向。