應(yīng)激顆粒與神經(jīng)退行性疾病

馬綏斌，張孟俊，王 波

(廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，細(xì)胞應(yīng)激生物學(xué)國家重點實驗室，福建 廈門 361102)

應(yīng)激顆粒是細(xì)胞中的一類無膜細(xì)胞器，受外界刺激時細(xì)胞內(nèi)整體翻譯受到抑制，應(yīng)激顆粒發(fā)生組裝；當(dāng)外界刺激消除后，應(yīng)激顆粒發(fā)生去組裝[1].應(yīng)激顆粒動態(tài)變化的異常會改變其生化或生物物理性質(zhì)，可能導(dǎo)致多種慢性病變，特別是神經(jīng)退行性疾病[1].本文以應(yīng)激顆粒的動態(tài)變化為基點，聚焦其對神經(jīng)退行性疾病發(fā)生發(fā)展的影響，以此闡述應(yīng)激顆粒動態(tài)變化在神經(jīng)退行性疾病中的致病機制.

1 應(yīng)激顆粒的組裝與去組裝

1.1 應(yīng)激顆粒的組裝

應(yīng)激顆粒是細(xì)胞質(zhì)中的無膜結(jié)構(gòu)，在各種環(huán)境壓力(如熱激、病毒感染等)下誘導(dǎo)產(chǎn)生[2]，由翻譯阻斷的信使RNA(mRNA)與多種RNA結(jié)合蛋白(RBP)等組成[3].應(yīng)激顆粒的組裝是一個多步驟的過程：1)停滯的翻譯起始復(fù)合物與多核糖體的分離[4]；2)環(huán)境壓力導(dǎo)致真核翻譯起始因子(eIF2)α亞基的磷酸化，通過消耗eIF2·三磷酸鳥苷(GTP)復(fù)合物-Met-tRNAiMet三元復(fù)合物來抑制翻譯起始，該復(fù)合物將啟動子 Met-tRNAiMet加載到 AUG 起始密碼子上[5]，進(jìn)而導(dǎo)致翻譯停滯的48S預(yù)起始復(fù)合物(PIC)組裝，并使得mRNA脫離下來[6]；3)此外，應(yīng)激顆粒的形成還需要應(yīng)激顆粒成核蛋白[7](包括G3BP1、TIA1、TIAR、CSDE1和UBAP2L等[8])的參與.未翻譯的mRNA與應(yīng)激顆粒成核蛋白通過液-液相分離組裝形成穩(wěn)定的“核心”[9]，進(jìn)而招募更多的應(yīng)激顆粒成核劑，在其周圍形成更動態(tài)的外圍“殼”狀結(jié)構(gòu)[10].這些“殼”包裹“核心”的核糖核蛋白生物大分子組裝即是應(yīng)激顆粒.

生物相分離主要由多價蛋白質(zhì)相互作用域或內(nèi)在無序區(qū)域(IDR)之間的相互作用所驅(qū)動[11-12].值得注意的是，mRNA 結(jié)合蛋白中的IDR通過異型或同型相互作用，驅(qū)動應(yīng)激顆粒的形成[13-14]，且IDR結(jié)構(gòu)中的多價相互作用基序和短線性基序通常經(jīng)過翻譯后修飾[15-16].應(yīng)激顆粒蛋白的翻譯后修飾包含磷酸化、乙酰化、甲基化等[17-18]，這些修飾會影響它們與應(yīng)激顆粒其他組分的相互作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)整個顆粒的組裝.研究表明：G3BP1的去磷酸化促進(jìn)同源二聚化，從而促進(jìn)應(yīng)激顆粒的組裝[19]；鋅指蛋白三四脯氨酸(TTP)或肉瘤融合蛋白(FUS)的磷酸化抑制了它們向應(yīng)激顆粒的募集[20]；FUS低復(fù)雜性結(jié)構(gòu)域的磷酸化可以阻礙應(yīng)激顆粒的組裝[21]；脆性X綜合征相關(guān)蛋白(FMRP)的甲基化能夠促進(jìn)FMRP與mRNA結(jié)合，形成應(yīng)激顆粒[22]；Dead-box RNA解旋酶DDX3X的IDR去乙?；?，可增強其相分離的傾向[23].

動態(tài)性是應(yīng)激顆粒最重要的特征之一.大多數(shù)應(yīng)激顆粒表現(xiàn)出類似液體的行為，其成分與細(xì)胞質(zhì)處于動態(tài)平衡[10].熒光漂白恢復(fù)(FRAP)實驗表明：應(yīng)激顆粒蛋白穿梭進(jìn)出應(yīng)激顆粒的過程中，單個蛋白的交換速率在幾秒到幾分鐘范圍內(nèi)；TIA1、G3BP1和TTP的熒光信號在漂白后迅速恢復(fù)[3,24]，而人類抗原R與多聚腺苷酸結(jié)合蛋白的FRAP半衰期相對較長[25-27].同時，應(yīng)激顆粒形成的物理基礎(chǔ)是液-液相分離.體外條件下，重組43 ku Tar DNA結(jié)合蛋白(TDP-43)、FUS和其他核不均一核糖核蛋白(hnRNP)能夠通過IDR結(jié)構(gòu)域之間相互作用發(fā)生相分離，自發(fā)地從水溶液中分離并形成富含蛋白質(zhì)的液滴結(jié)構(gòu)，這些液滴能夠相互融合形成更大的液滴[28-29].在體內(nèi)某些病理條件下，相應(yīng)應(yīng)激顆粒會產(chǎn)生相變，在病毒感染期間組裝并起到隔離宿主和病毒的作用[30].新型冠狀病毒的核衣殼蛋白在受感染細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)，提高了病毒 RNA 轉(zhuǎn)錄的效率[31]，它能夠與 G3BP1相互作用并破壞應(yīng)激顆粒的組裝，提高病毒的復(fù)制效率[30].在肌萎縮側(cè)索硬化(ALS)中，約20%的家族性ALS與胞質(zhì)蛋白超氧化物歧化酶1(SOD1)的錯誤折疊和聚集有關(guān)[32].SOD1的錯誤折疊，使其與人類細(xì)胞中的應(yīng)激顆粒特異性地聚集，改變應(yīng)激顆粒組成，觸發(fā)應(yīng)激顆粒中的液固相變，進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)激顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)椴±戆w[33].這些證據(jù)均表明應(yīng)激顆粒具有動態(tài)性特征.

抑制翻譯的藥理學(xué)實驗是研究應(yīng)激顆粒組裝過程的重要手段.當(dāng)多核糖體因壓力或藥物干預(yù)而被分解時(如抗生素嘌呤霉素處理會導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成過早終止)，細(xì)胞PIC 中未翻譯的信使核糖核蛋白(mRNP)庫增加，這有利于應(yīng)激顆粒組裝；相反，翻譯延伸的抑制不利于應(yīng)激顆粒組裝(如用放線菌酮處理，可干擾蛋白質(zhì)合成的易位步驟，阻止翻譯延伸，并使核糖體停留在mRNA 上)[34].應(yīng)激顆粒的形成與細(xì)胞中的翻譯狀態(tài)緊密相關(guān)，應(yīng)激顆粒與翻譯控制之間的動態(tài)聯(lián)系將應(yīng)激顆粒與許多其他RNA顆粒區(qū)分開來.

1.2 應(yīng)激顆粒的分解

應(yīng)激顆粒是高度動態(tài)的結(jié)構(gòu)，在形成后的一段時間內(nèi)會發(fā)生分解[35].在培養(yǎng)的人類細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激顆粒的去組裝是通過兩種可能的途徑完成的，即不依賴自噬的分解和依賴自噬的降解[36].短壽命的應(yīng)激顆粒去組裝過程伴隨著翻譯的恢復(fù)，使細(xì)胞能夠回收應(yīng)激顆粒的組分，如蛋白質(zhì)、mRNA等，從而避免了這些組分的從頭合成[37].

應(yīng)激顆粒的分解可以通過分子伴侶介導(dǎo)[25].熱休克蛋白(HSP)是一大類分子伴侶，屬于進(jìn)化上保守的“應(yīng)激反應(yīng)”蛋白，可以促進(jìn)細(xì)胞在各種不利條件下存活[38].HSP70家族與應(yīng)激顆粒的分解有關(guān)[39]，HSP70過表達(dá)能夠阻止TIA1的聚集并促進(jìn)應(yīng)激細(xì)胞中應(yīng)激顆粒的分解[40].同時，HSP70在識別易聚集(錯誤折疊)蛋白方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，一旦HSP70與目標(biāo)蛋白結(jié)合后，它能夠與HSPB8-Bcl2相關(guān)永生基因3(BAG3)形成復(fù)合物，及時分解應(yīng)激顆粒[37]，HSPB8-BAG3-HSP70復(fù)合物在應(yīng)激顆粒分解中的功能為分子伴侶、mRNA代謝和細(xì)胞穩(wěn)態(tài)之間的關(guān)鍵聯(lián)系提供了重要證據(jù)[41-42].

最新研究表明，熱休克誘導(dǎo)的泛素化是含纈酪肽蛋白(VCP/p97)介導(dǎo)的應(yīng)激顆粒分解的先決條件[43].G3BP1的多泛素化使其與泛素依賴性分離酶VCP/p97的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)接頭Fas相關(guān)因子(FAF2)結(jié)合；隨后通過VCP從應(yīng)激顆粒中提取G3BP1，導(dǎo)致它們的分解[36].此外，VCP在應(yīng)激顆粒去組裝中的功能還受到自噬誘導(dǎo)激酶ULK1/2的調(diào)節(jié).在熱激或氧化刺激下，ULK1/2特異性地磷酸化VCP，以一種不依賴于自噬的機制促進(jìn)應(yīng)激顆粒的去組裝[44].

1.3 應(yīng)激顆粒的降解

應(yīng)激顆粒的降解受到蛋白質(zhì)質(zhì)量控制(PQC)機制的調(diào)控.PQC機制由分子伴侶機制、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬系統(tǒng)組成，它們能夠識別錯誤折疊的蛋白質(zhì)并促進(jìn)其重新折疊或降解[33].自噬是細(xì)胞質(zhì)或受損細(xì)胞器在細(xì)胞內(nèi)降解的主要機制，涉及雙膜結(jié)構(gòu)的形成，該結(jié)構(gòu)稱為自噬體，它吞噬部分細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞器并將其輸送到溶酶體中進(jìn)行降解[45].自噬可作為重要的PQC系統(tǒng)，用于消除與各種神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的病理產(chǎn)物，其中就包括應(yīng)激顆粒，該過程被稱為“粒噬”[46].在沒有任何壓力的情況下，觀察到在敲除核心自噬基因Atg7的成纖維細(xì)胞中出現(xiàn)應(yīng)激顆粒，而相應(yīng)的野生型成纖維細(xì)胞則不含有應(yīng)激顆粒，表明哺乳動物細(xì)胞中至少有一部分應(yīng)激顆粒被自噬清除[46].

總的來說，多項研究證據(jù)表明分子伴侶、自噬和蛋白酶體以及它們的相互作用參與應(yīng)激顆粒的清除過程(圖1).

圖1 應(yīng)激顆粒的組裝、分解和降解

2 應(yīng)激顆粒參與神經(jīng)退行性疾病的調(diào)控

近年來，應(yīng)激顆粒的動態(tài)變化在神經(jīng)退行性疾病的研究中備受關(guān)注[29,47]，然而其機制尚不明確.在不同類型的神經(jīng)退行性疾病如ALS、額葉癡呆(FTD)、阿爾茨海默病(AD)、帕金森病(PD)中，應(yīng)激顆粒的動態(tài)變化機制可能存在差異.探明應(yīng)激顆粒動態(tài)變化的作用對治療這些疾病具有重大意義.

2.1 應(yīng)激顆粒與ALS/FTD

ALS是一種破壞性的運動神經(jīng)疾病，會導(dǎo)致四肢癱瘓，甚至致命的橫膈膜癱瘓[48-49].FTD臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性認(rèn)知、行為和語言障礙[50].這兩種神經(jīng)退行性疾病的臨床表型及致病機制有頗多相似之處[51-52]，共同病理特征主要為：RBP異常聚集、RNA代謝受損、RNP顆粒異常形成和自噬相關(guān)蛋白累積等[53-55].

在ALS/FTD患者中，許多編碼應(yīng)激顆粒相關(guān)RBP的基因(如TARDBP、FUS和ATXN2)存在突變[56-57].研究表明，家族性及部分散發(fā)性ALS與TARDBP基因(編碼TDP-43蛋白)突變相關(guān)[58].TDP-43R361S功能缺失突變會降低G3BP1的表達(dá)，同時增加TIA1的表達(dá)，導(dǎo)致應(yīng)激顆粒形成緩慢，并更快地完成去組裝[59].FUS基因的突變導(dǎo)致細(xì)胞核中FUS蛋白在細(xì)胞質(zhì)中錯誤定位，并促進(jìn)應(yīng)激顆粒的形成[60].在攜帶FUS基因突變的患者中，也發(fā)現(xiàn)運動神經(jīng)元退化，提示FUS基因的突變可能是造成ALS/FTD運動神經(jīng)元損傷的重要因素[56].另外，ALS/FTD患者中也發(fā)現(xiàn)失調(diào)癥蛋白(ATXN2/Ataxin-2)的突變，Ataxin-2多聚谷氨酰胺重復(fù)表達(dá)可能與TDP-43異常聚集相關(guān)，通過調(diào)節(jié)TDP-43聚集物的相分離，從而影響應(yīng)激顆粒形成[61-62].在ALS/FTD患者中也發(fā)現(xiàn)了TIA1的突變(P362L)，該突變發(fā)生在IDR，可促進(jìn)TIA1的相分離，并影響應(yīng)激顆粒動態(tài)平衡；進(jìn)一步在活細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)該突變延遲了應(yīng)激顆粒分解，可促進(jìn)TDP-43聚集物發(fā)生相分離，加快應(yīng)激顆粒組裝[63].

RBP功能異常影響應(yīng)激顆粒的動態(tài)變化，是導(dǎo)致ALS/FTD病變的重要因素[64].近些年，科學(xué)家們在ALS/FTD患者脊椎的病理學(xué)切片中發(fā)現(xiàn)TDP-43異常聚集，這已經(jīng)成為鑒定ALS/FTD的標(biāo)準(zhǔn)之一[65].TDP-43的異常聚集物會不斷被招募到應(yīng)激顆粒中，后者進(jìn)一步促進(jìn)TDP-43在細(xì)胞質(zhì)中累積，提示該過程可能也是ALS/FTD持久致病的原因之一[66]；TDP-43功能的缺失會破壞正常的應(yīng)激顆粒動態(tài)平衡，也可能導(dǎo)致ALS患者神經(jīng)元損傷[59].ALS/FTD患者的另一重要病理特征是FUS在細(xì)胞質(zhì)中的異常聚集，這種聚集物會被招募到應(yīng)激顆粒中，促進(jìn)應(yīng)激顆粒組裝[67].此外，核質(zhì)運輸?shù)娜毕輹?dǎo)致TDP-43與FUS在細(xì)胞質(zhì)中的錯誤定位，促進(jìn)應(yīng)激顆粒組裝[68-69].值得一提的是，平面結(jié)構(gòu)的芳香族化合物(如茴香霉素)可以阻止ALS相關(guān)RBP(如TDP-43和FUS)在應(yīng)激顆粒中的富集，這類化合物也可以減少ALS患者運動神經(jīng)元中TDP-43的積累[66].

除RBP功能異常外，其他因素也可參與應(yīng)激顆粒動態(tài)變化的調(diào)控，進(jìn)而影響ALS/FTD.第9號染色體開放性閱讀框72(C9ORF72)基因中的重復(fù)堿基序列GGGGCC(G4C2)異常翻譯的二肽重復(fù)蛋白(DRP)是ALS/FTD的重要致病因素之一[67,70].DRP也可以調(diào)控應(yīng)激顆粒的動態(tài)變化，如含精氨酸的DRP(poly Gly-Arg)與含IDR的RBP(如TDP-43和FUS)相互作用，改變其相分離，從而影響應(yīng)激顆粒的動力學(xué)，這也是造成ALS/FTD發(fā)生的原因之一[70].血管生成素(ANG)是哺乳動物細(xì)胞中分泌的一種核糖核酸內(nèi)切酶，它能切割轉(zhuǎn)運RNA以啟動應(yīng)激反應(yīng)[71].近期研究顯示，ANG的突變與ALS密切相關(guān)，ANG可以促進(jìn)亞砷酸鹽和pateamine A誘導(dǎo)的應(yīng)激顆粒組裝[71].

應(yīng)激顆粒的降解需要完整的自噬，而神經(jīng)退行性疾病患者的病變細(xì)胞往往存在自噬活性失調(diào)，有可能導(dǎo)致應(yīng)激顆粒降解受損[72].越來越多的證據(jù)表明，ALS/FTD相關(guān)自噬受體蛋白(如SQSTM1/p62、Optineurin和Ubiquilin-2)突變可能影響應(yīng)激顆粒降解過程[72-73].當(dāng)SQSTM1/p62缺失時，自噬誘導(dǎo)應(yīng)激顆粒的降解被阻斷，進(jìn)而導(dǎo)致運動神經(jīng)元受損[74].在ALS/FTD患者中也存在大量的AAA三磷酸腺苷酶(VCP)突變[75].VCP通過水解三磷酸腺苷來加速生物大分子復(fù)合物解聚，同時也能調(diào)節(jié)自噬[76].目前研究較為清楚的VCP突變包括R155H和A232E等，病變細(xì)胞均表現(xiàn)出受損的自噬活性[77].此外，在表達(dá)這些VCP突變的細(xì)胞中積累大量的應(yīng)激顆粒，暗示自噬在降解應(yīng)激顆粒過程中扮演重要角色[44,46].

外在環(huán)境因素可能影響應(yīng)激顆粒的動態(tài)變化.外傷性腦損傷(TBI)是誘發(fā)ALS/FTD的重要外部因素[78-79].在果蠅(Drosophilamelanogaster)ALS/FTD模型中的研究發(fā)現(xiàn)，誘發(fā)TBI可誘導(dǎo)果蠅大腦應(yīng)激顆粒的組裝，這些應(yīng)激顆粒中存在泛素、p62和TDP-43等成分，同時這些果蠅表現(xiàn)出運動型損傷等ALS/FTD類似表型，提示創(chuàng)傷可以在體內(nèi)誘導(dǎo)應(yīng)激顆粒的形成，并可能增強神經(jīng)退行表型[80].

以上證據(jù)表明，多種因素都可以導(dǎo)致應(yīng)激顆粒動態(tài)異常，從而影響ALS/FTD的進(jìn)程.

2.2 應(yīng)激顆粒與AD

AD是一種最常見的與記憶衰退相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，然而目前尚無有效治療方法[81].一般認(rèn)為，Aβ-樣淀粉的沉積和tau蛋白的過度磷酸化是AD的主要致病因素[82].有研究發(fā)現(xiàn)在AD模型小鼠的海馬區(qū)存在應(yīng)激顆粒聚集，且主要定位于神經(jīng)元中[83].近年來，越來越多的研究聚焦于應(yīng)激顆粒動態(tài)變化參與的Aβ-樣淀粉沉積和tau蛋白過度磷酸化的調(diào)控[81].

應(yīng)激顆粒的動態(tài)變化與tau蛋白的生理和病理密切相關(guān)[84].在生理條件下，過表達(dá)tau蛋白可促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞系和原代神經(jīng)元培養(yǎng)中應(yīng)激顆粒的形成；而在病理情況下，編碼tau蛋白的MAPT基因突變會導(dǎo)致更大、更穩(wěn)定的應(yīng)激顆粒形成，tau蛋白的過度磷酸化可能在這一途徑中發(fā)揮重要作用[84].這提示應(yīng)激顆粒的代謝延長可能是影響AD病變的重要因素.

隨著AD病變的發(fā)展，應(yīng)激顆粒長期、穩(wěn)定存留在細(xì)胞質(zhì)中不被降解[85].抑制應(yīng)激顆粒的組裝可能緩解AD的病變[86]：TIA1和tau存在相互作用，tau蛋白可以調(diào)控TIA1的分布，同時TIA1過表達(dá)也可以促進(jìn)tau蛋白的磷酸化及錯誤折疊，后者可進(jìn)一步加速應(yīng)激顆粒的形成并誘導(dǎo)神經(jīng)退化；敲除TIA1基因可抑制tau蛋白的錯誤折疊及其毒性.在轉(zhuǎn)基因P301S tau小鼠中，TIA1基因缺失可抑制應(yīng)激顆粒形成，同時也可減少tau蛋白的聚集，緩解轉(zhuǎn)基因P301S tau小鼠的神經(jīng)退行性病變.

在Aβ-樣淀粉沉積誘導(dǎo)的AD患者中，慢性壓力會誘導(dǎo)應(yīng)激顆粒相關(guān)的RBP(如酵母丙酮酸激酶的主要亞型Cdc19)演變成非功能性淀粉樣蛋白，并發(fā)生病理性聚集，被招募到應(yīng)激顆粒中[87].另外，在AD模型小鼠中發(fā)現(xiàn)，蛋白激酶GCN2的缺失可以防止AD模型小鼠神經(jīng)元突觸可塑性損傷和空間記憶缺陷，這一效果可能是通過抑制應(yīng)激顆粒形成達(dá)到的[88].

目前在AD中，對應(yīng)激顆粒動態(tài)調(diào)控的研究主要聚焦于tau蛋白磷酸化的調(diào)控，抑制應(yīng)激顆粒的形成被認(rèn)為是一種治療AD的新方法[81,83].然而針對Aβ-樣淀粉沉積與應(yīng)激顆粒動態(tài)關(guān)系及機制的研究欠缺，未來對此的研究或許可為AD的治療提供更多思路.

2.3 應(yīng)激顆粒與PD

PD目前主要認(rèn)為是由黑質(zhì)區(qū)域神經(jīng)元異常多巴胺的釋放以及 α-突觸核蛋白在腦內(nèi)的異常表達(dá)引起的[89].目前PD與應(yīng)激顆粒動態(tài)變化的機制尚不明確，下文主要闡述PD與應(yīng)激顆粒動態(tài)變化的聯(lián)系.

由PD相關(guān)蛋白7(PARK7)基因編碼的DJ-1突變會導(dǎo)致家族性PD發(fā)生，而DJ-1蛋白功能異常[90-91]與應(yīng)激顆粒動態(tài)變化密切相關(guān)[92-93]：DJ-1可與哺乳動物細(xì)胞中的應(yīng)激顆粒組分(如hnRNP)發(fā)生相互作用，在滲透或氧化刺激誘導(dǎo)下會被招募到應(yīng)激顆粒中.進(jìn)而通過純化哺乳動物細(xì)胞中的mRNA發(fā)現(xiàn)，在受到刺激時谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)、真核翻譯起始因子4B(eIF4B)及其結(jié)合蛋白eIF4EBP1等基因的mRNA 會定位于應(yīng)激顆粒中.值得注意的是，DJ-1與PD小鼠模型中神經(jīng)元的應(yīng)激顆粒有關(guān)[94].因此推測應(yīng)激顆粒動態(tài)變化可能在DJ-1介導(dǎo)的PD中發(fā)揮重要作用.ATXN2基因突變(CAG堿基重復(fù)序列數(shù)≥32)可能是PD的罕見致病因素[94-95].最近一項研究報道，應(yīng)激顆粒元件STAU1可在ATXN2基因突變的PD動物模型中富集，并促進(jìn)應(yīng)激顆粒的形成[95].

另外，研究由農(nóng)藥(避蚊胺、fipronil和maneb)引發(fā)的PD模型發(fā)現(xiàn)[96-97]，這3種農(nóng)藥均可誘導(dǎo)應(yīng)激顆粒的組裝[71].長期接觸農(nóng)藥可能形成穩(wěn)定的應(yīng)激顆粒，并最終轉(zhuǎn)化為不溶性纖維聚集物，從而破壞應(yīng)激反應(yīng)途徑，引起細(xì)胞死亡[98-99].相比于ALS與AD，PD與應(yīng)激顆粒的相關(guān)研究較少，且有報道稱應(yīng)激顆粒似乎與PD并沒有直接聯(lián)系[85]；盡管有研究認(rèn)為農(nóng)藥誘導(dǎo)的PD可能與應(yīng)激顆粒存在直接聯(lián)系[100]，但其證據(jù)尚不充分.因此，以應(yīng)激顆粒為基點開展對PD的研究仍有待加強.

2.4 應(yīng)激顆粒與其他神經(jīng)退行性疾病

應(yīng)激顆粒動態(tài)變化也參與調(diào)控其他神經(jīng)退行性疾病，如克雅二氏病(CJD)和亨廷頓氏病(HD)等.

20世紀(jì)90年代的研究發(fā)現(xiàn)，在CJD患者的球囊神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)中存在α-B-晶體蛋白的沉積[101]，而這些蛋白沉積可能與應(yīng)激顆粒形成相關(guān)[102].最近的研究發(fā)現(xiàn)，在散發(fā)性CJD患者中存在C9ORF72基因突變，并導(dǎo)致TDP-43和DRP聚集，促進(jìn)應(yīng)激顆粒的組裝[103].

HD患者腦脊液中，大量G3BP1會被招募到應(yīng)激顆粒中[104].在R6/2 轉(zhuǎn)基因小鼠的皮層和海馬區(qū)以及HD患者大腦的上額葉皮層中，G3BP1陽性應(yīng)激顆粒的數(shù)量顯著增加[104].研究者還觀察到在HD皮質(zhì)神經(jīng)元中，TDP-43被錯誤定位到 G3BP1陽性應(yīng)激顆粒中，促進(jìn)應(yīng)激顆粒的組裝[104].

3 總結(jié)與展望

生理條件下應(yīng)激反應(yīng)是短暫的，但與衰老及相關(guān)神經(jīng)退行性病變的慢性應(yīng)激會導(dǎo)致應(yīng)激顆粒緩慢、持續(xù)性生成，這些應(yīng)激顆粒可能充當(dāng)疾病相關(guān)蛋白聚集的核心[85].盡管應(yīng)激顆粒的動態(tài)變化在不同神經(jīng)退行性疾病中的機制有所差異[81,102,104-107](圖2)，但這些病理機制的共同點往往表現(xiàn)在應(yīng)激顆粒的組裝與去組裝過程中[108].因此操縱應(yīng)激顆粒動態(tài)過程的方法可能成為研究甚至治療神經(jīng)退行性疾病的手段.

圖2 應(yīng)激顆粒動態(tài)平衡參與調(diào)控神經(jīng)退行性疾病

應(yīng)激顆粒是由mRNA和RBP組成的無膜細(xì)胞器.目前應(yīng)激顆粒在細(xì)胞功能中的作用尚未得到充分認(rèn)識.未來研究工作的重點是破譯應(yīng)激顆粒的蛋白質(zhì)組，全面了解應(yīng)激顆粒蛋白，進(jìn)而定義不同疾病中應(yīng)激顆粒的蛋白質(zhì)組，以發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點.

應(yīng)激顆粒是一種動態(tài)組件，其組裝和去組裝受許多翻譯后修飾的調(diào)控，在此過程中應(yīng)激顆粒蛋白發(fā)生了復(fù)雜的變化，但相關(guān)研究目前尚不全面.進(jìn)一步了解應(yīng)激顆粒動力學(xué)如何影響其功能，以及這些蛋白中的結(jié)構(gòu)域如何在應(yīng)激顆粒的動力學(xué)中發(fā)揮作用至關(guān)重要.阻止這些應(yīng)激顆粒的產(chǎn)生或促進(jìn)應(yīng)激顆粒的分解，對于神經(jīng)退行性疾病的治療具有積極意義.錯誤折疊的蛋白與有缺陷的核糖體產(chǎn)物的聚集可以參與應(yīng)激顆粒的形成，如TDP-43或過度磷酸化的tau蛋白募集到應(yīng)激顆粒中會影響神經(jīng)元功能，并導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變的發(fā)生[63]，因此對于蛋白錯誤折疊和應(yīng)激顆粒過度聚集的藥理學(xué)干預(yù)能夠緩解部分與神經(jīng)變性相關(guān)的病理表型.這些途徑可能揭示了新的藥物靶點，是未來研究神經(jīng)退行性病變的重要方向.

過去的研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激顆粒不僅是mRNA儲存的位點，也可作為信號樞紐多方面影響細(xì)胞代謝，對癌癥的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要[109].應(yīng)激顆?？赡苷{(diào)節(jié)哺乳動物雷帕霉素靶點激酶的活性和定位，這是細(xì)胞代謝和生長的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，與癌癥的發(fā)生密切相關(guān)[110].雖然應(yīng)激顆粒影響癌癥的確切機制在很大程度上是未知的，但是可以推測應(yīng)激顆粒的研究是未來癌癥治療的研究靶點之一.與此同時，應(yīng)激顆粒是各種癌癥潛在的診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物，以計算機結(jié)合熒光定量的方式分析腫瘤細(xì)胞中應(yīng)激顆粒的組裝和分解[111]，該方法的可行性已在臨床腫瘤樣本中得到證實[112].因此，應(yīng)激顆粒在臨床應(yīng)用中的開發(fā)也是未來研究的一個重要方向.

病毒感染可以誘導(dǎo)或抑制應(yīng)激顆粒組裝[113].如脊髓灰質(zhì)炎病毒會阻止應(yīng)激顆粒形成以應(yīng)對氧化環(huán)境[114]，但目前具體的機制還不清楚.通過操縱應(yīng)激顆粒的形成發(fā)揮抗病毒的作用，可能是未來抗病毒治療的策略之一.

目前，關(guān)于各種疾病中應(yīng)激顆粒的特性以及應(yīng)激顆粒生物學(xué)中所涉及分子途徑的知識正在迅速積累.這些信息將有助于將應(yīng)激顆粒的研究應(yīng)用于臨床，為各種疾病的治療提供新的方向與靶點.