α-突觸核蛋白在帕金森病發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

劉柯婷,賀澤民,楊百元,鐘成清,茍 偉,肖 莉

（1. 成都市第七人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，四川 成都 610213；2. 四川大學(xué)華西空港醫(yī)院胸外科，四川 成都 610200；3. 成都醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)教研室/發(fā)育與再生四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610500）

帕金森?。≒arkinson's disease，PD）是一種不可逆的以多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性丟失為病理特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病[1]。α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-syn）是由SNCA 基因編碼的單體可溶性小分子蛋白，在大腦中高度表達(dá)。病理狀態(tài)下，α-syn錯(cuò)誤折疊，導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)改變，形成異常聚集體，破壞多巴胺能神經(jīng)元，與PD 發(fā)病相關(guān)[2]。近年來(lái)，隨著對(duì)PD 發(fā)病機(jī)制的研究增多，異常聚集α-syn 如何形成，在神經(jīng)元中如何傳播受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文就α-syn 在PD發(fā)病機(jī)制中的作用進(jìn)行概述，以期α-syn 能作為PD 的干預(yù)靶點(diǎn)進(jìn)行更多的研究。

1 α-syn的生理結(jié)構(gòu)及功能

α-syn 是由SNCA 基因編碼的單體可溶性小分子蛋白，位于4 號(hào)常染色體上長(zhǎng)臂q21-23區(qū)，由140 個(gè)氨基酸組成，分子量14 kDa。單體蛋白分為3 個(gè)主要區(qū)域[3]；第1～60 個(gè)氨基酸形成具有11 個(gè)不完全重復(fù)的六聚體基序(KTKEGV)的N-末端的α-螺旋區(qū)；第61～95個(gè)氨基酸形成疏水性非淀粉樣組分區(qū)域；最后是C-末端酸性尾巴。在正常生理狀況下，α-syn 為穩(wěn)定的α-螺旋折疊四聚體結(jié)構(gòu)，不僅參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突觸發(fā)育、突觸前囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)、分化神經(jīng)元表型的確定、突觸連接的建立、突觸傳遞調(diào)節(jié)，還參與調(diào)節(jié)多巴胺能神經(jīng)元中多巴胺的合成釋放，發(fā)揮分子伴侶功能[2,4]。

2 病理性α-syn致病機(jī)制

α-syn 主要分為單體、寡聚體以及纖維聚體等亞型。目前認(rèn)為，一些因素可以改變?chǔ)?syn 的構(gòu)象，導(dǎo)致其形成幾種不同形式的聚集體，從寡聚體到淀粉樣纖維[2,5]。α-syn 寡聚體是最有害的亞型[2]，其可通過(guò)以下途徑損傷神經(jīng)細(xì)胞：①α-syn寡聚體毒性作用不僅影響神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)，還可以影響到神經(jīng)元細(xì)胞外。病理狀態(tài)下，神經(jīng)元釋放到胞外的α-syn 寡聚體可激活鄰近的小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞，誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥的發(fā)生[6-7]。②α-syn 寡聚體還能抑制神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化，阻礙神經(jīng)元的再生修復(fù)進(jìn)程。③α-syn寡聚體可導(dǎo)致紋狀體和中腦黑質(zhì)的多巴胺受體1 表達(dá)降低[8]。④PD 病理過(guò)程中，神經(jīng)元內(nèi)可溶性α-syn 單體異常積聚形成寡聚體，進(jìn)而聚集成原纖維，最終形成纖維纏結(jié)發(fā)揮毒性作用[6]。⑤α-syn 的硝化可能會(huì)導(dǎo)致二聚體和寡聚體的形成，這可能會(huì)阻礙其與膜結(jié)合[9]。⑥SNCA 基因突變可消除溶酶體的功能，降低自噬通量，阻礙病理性α-syn 寡聚體自噬消除[10-11]。⑦寡聚體不僅可以引起自身的病理性聚集，同時(shí)可引起接受細(xì)胞出現(xiàn)一系列病理變化，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[12]。α-syn動(dòng)態(tài)失衡的機(jī)制：α-syn以可以折疊的單體與富有彈性的有序四聚體2 種形態(tài)存在，并且處于一種動(dòng)態(tài)平衡[2]。任何擾亂這一平衡的刺激都可能導(dǎo)致形成具有隨機(jī)結(jié)構(gòu)的單體，并進(jìn)一步促進(jìn)其纖維化，如pH 變化、應(yīng)激閾值、神經(jīng)元活動(dòng)模式、蛋白平衡變化，甚至年齡增長(zhǎng)，都會(huì)導(dǎo)致選擇性細(xì)胞丟失[12]。纖維聚體致病機(jī)制：纖維聚體的α-syn 是PD 重要的致病因素，纖維狀α-syn 可以存在于一系列神經(jīng)元結(jié)構(gòu)中，包括路易小體（lewy bodies,LBs）、神經(jīng)內(nèi)型LBs、Lewy 神經(jīng)突起、軸突球體，有時(shí)也存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞中。

3 病理性α-syn的轉(zhuǎn)運(yùn)和擴(kuò)布

病理性α-syn 的細(xì)胞間傳播最早由Braak 等[1]提出，錯(cuò)誤折疊的α-syn 通過(guò)突觸耦合在大腦網(wǎng)絡(luò)中并在PD 患者腦中形成LBs。。病理性α-syn 也可能通過(guò)軸突逆行、跨突觸擴(kuò)散、類朊蛋白、胞吐胞吞作用等方式傳播[2]。事實(shí)上，α-syn 錯(cuò)誤折疊的聚合體通過(guò)從細(xì)胞擴(kuò)散到細(xì)胞，導(dǎo)致?lián)p傷在細(xì)胞間傳播。Luk 等[13]提供了朊蛋白樣傳播的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，單次注射合成的α-syn原纖維導(dǎo)致LBs樣病理在解剖學(xué)緊鄰區(qū)域的細(xì)胞間傳遞。朊蛋白傳播的原理之一是錯(cuò)誤折疊的蛋白長(zhǎng)久保持自我的構(gòu)象[12]，并且在宿主細(xì)胞或接受細(xì)胞中，錯(cuò)誤折疊的蛋白也可以通過(guò)模板精準(zhǔn)地復(fù)制錯(cuò)誤折疊的蛋白構(gòu)象。細(xì)胞模型發(fā)現(xiàn)，α-syn聚集體可以通過(guò)軸突運(yùn)輸至其他大腦區(qū)域，并通過(guò)外泌作用釋放到細(xì)胞外空間，然后被相鄰的神經(jīng)元攝取，并且在新宿主細(xì)胞內(nèi)聚集形成內(nèi)源性α-syn 聚集體，導(dǎo)致新宿主細(xì)胞死亡或活性喪失[14]。研究發(fā)現(xiàn)，正常神經(jīng)元可胞吞攜帶毒性α-syn 的外泌體，造成正常神經(jīng)元出現(xiàn)病理性α-syn 蓄積及小膠質(zhì)細(xì)胞激活，促進(jìn)PD 發(fā)展[15]。在實(shí)驗(yàn)條件下，非應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，單體和聚集的α-syn 都可以通過(guò)胞吐作用從神經(jīng)元細(xì)胞中分泌出來(lái)，相鄰神經(jīng)元再通過(guò)胞吞作用使α-syn 傳播到更多的神經(jīng)元?，F(xiàn)已證實(shí)幾乎所有細(xì)胞都具有外泌作用，且分泌的外泌體可在人體體液（如血液、腦脊液）中大量分布[16]。體內(nèi)試驗(yàn)證實(shí)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)源的外泌體含有α-syn[18]。有報(bào)道指出，將PD 患者腦脊液來(lái)源的外泌體加入正常細(xì)胞中，細(xì)胞可發(fā)生α-syn 寡聚化改變[16]。同時(shí)，有研究利用標(biāo)記外泌體的方法證實(shí)，外泌體可由中樞轉(zhuǎn)移至外周，再釋放到細(xì)胞間液中[15]。PD 和路易體癡呆患者的腦脊液中α-syn 可自體外誘導(dǎo)α-syn 寡聚，說(shuō)明α-syn在體外有很強(qiáng)的自我聚集傾向。研究表明，移植非患病神經(jīng)元以進(jìn)行細(xì)胞替代治療的PD 患者中，病理性α-syn可以從宿主傳遞至移植神經(jīng)元[6]。

4 病理性α-syn腸腦軸傳輸

PD患者出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)癥狀之前數(shù)年至數(shù)十年，漫長(zhǎng)的神經(jīng)變性過(guò)程已經(jīng)開(kāi)始。Braak 等[1]通過(guò)分析110 例PD患者死后病理發(fā)現(xiàn)，其病理變化是由外周神經(jīng)逐漸累及延髓、腦橋、丘腦、皮層等，并提出PD 的病理分期。同時(shí)，Braak 等[1]認(rèn)為病理性α-syn 可能起源于腸道，從腸神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)迷走神經(jīng)上傳至中樞神經(jīng)系統(tǒng)，損傷多巴胺能神經(jīng)元，并引起一系列臨床表現(xiàn)。后續(xù)也有研究認(rèn)為，α-syn 的聚集可能始于胃腸道，沿迷走神經(jīng)逆向傳播經(jīng)周圍自主神經(jīng)系統(tǒng)至嗅球再累及黑質(zhì)[17]。這一研究結(jié)果支持Braak 等[1]的PD 病理分期，即PD 早期累及周圍自主神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致出現(xiàn)便秘、嗅覺(jué)減退等非運(yùn)動(dòng)癥狀，然后逐漸發(fā)展至累及黑質(zhì)、基底節(jié)并出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)癥狀，再累及大腦皮層出現(xiàn)精神癥狀、癡呆等。確診的PD 患者和病前接受腸道活檢并隨后診斷為PD 的受試者的胃腸神經(jīng)元組織中均有α-syn的沉積[18]。

Kim 等[18]為證實(shí)Braak 假說(shuō)，通過(guò)在小鼠十二指腸和幽門(mén)肌層注射病理性α-syn 預(yù)制纖維，將α-syn 的129 位絲氨酸磷酸化來(lái)觀察病理性α-syn 在神經(jīng)系統(tǒng)的擴(kuò)散，結(jié)果顯示，α-syn 從胃腸道注入后首先出現(xiàn)在背側(cè)運(yùn)動(dòng)核，隨后出現(xiàn)在后腦尾部，包括基底外側(cè)核、藍(lán)斑、杏仁核、中縫背核和黑質(zhì)致密部，這進(jìn)一步驗(yàn)證了PD 的Braak 分期的正確性。多巴胺能神經(jīng)元的丟失，小鼠的PD 樣運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)癥狀也以類似的時(shí)間軸呈現(xiàn)[18]。軀干迷走神經(jīng)切斷術(shù)[17]和α-syn 缺乏癥可以防止α-syn 從腸道向腦擴(kuò)散，同時(shí)阻斷PD 相關(guān)的神經(jīng)變性和運(yùn)動(dòng)癥狀。 Kim 等[18]的研究表明，病理性α-syn 可以從胃腸道以特定方式通過(guò)迷走神經(jīng)運(yùn)輸至大腦，并引起特發(fā)性PD 的臨床表現(xiàn)，包括運(yùn)動(dòng)癥狀和非運(yùn)動(dòng)癥狀。該研究還提出：①病理性α-syn 通過(guò)迷走神經(jīng)從腸到腦的傳播導(dǎo)致PD；②PD 病理性α-syn腸-腦模型可引起多巴胺能神經(jīng)元退化；③腸道注射病理性α-syn會(huì)導(dǎo)致PD樣運(yùn)動(dòng)和非運(yùn)動(dòng)癥狀；④PD樣病理和癥狀需要內(nèi)源性α-syn 擴(kuò)布至相應(yīng)腦組織區(qū)域。

Rietdijk 等[19]的研究指出，腸道中的微生物或產(chǎn)物觸發(fā)α-syn 的聚集，異常聚集的α-syn 通過(guò)腸腦軸傳播，即腸道-迷走神經(jīng)-中樞神經(jīng)系統(tǒng)。關(guān)于腸道微生物組的研究表明，由胃腸道微生物產(chǎn)生的短鏈脂肪酸和細(xì)胞外纖維可能影響α-syn 聚集和運(yùn)動(dòng)功能障礙，一旦被神經(jīng)元吸收，α-syn 原纖維可以作為內(nèi)源性α-syn 蛋白聚集的模板[19]。在PD 患者中，較高相對(duì)豐度的腸桿菌科細(xì)菌與更多的姿勢(shì)和步態(tài)癥狀以及更少的震顫有關(guān)[20]。Sampson 等[20]的研究表明，腸道微生物可促進(jìn)α-syn 異常聚集并介導(dǎo)腦病理學(xué)和運(yùn)動(dòng)缺陷，且在神經(jīng)炎癥中起著關(guān)鍵作用。因此，推斷調(diào)節(jié)腸道菌群，改善腸道菌群-腸腦軸功能，可能對(duì)PD 的預(yù)防和治療具有積極作用。

5 α-syn在PD中的作用

α-syn在正常生理狀態(tài)下廣泛表達(dá)于腦組織中，并參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、突觸前囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)、神經(jīng)遞質(zhì)釋放，協(xié)助多巴胺能神經(jīng)元中多巴胺釋放，與多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體結(jié)合等[4]，保障正常的軀體活動(dòng)。多種因素可能導(dǎo)致α-syn 在細(xì)胞內(nèi)異常聚集，如腸道病毒感染、神經(jīng)炎癥、SNCA 基因突變、鐵超載、氧化應(yīng)激等[7,12,16,21]。病理性α-syn 具有神經(jīng)毒性，能夠在神經(jīng)元中異常聚集，形成LBs，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。病理性α-syn 可能通過(guò)軸突逆行、跨突觸擴(kuò)散、類朊蛋白、胞吐胞吞等傳播方式由異常神經(jīng)元擴(kuò)布傳播至正常神經(jīng)元，導(dǎo)致神經(jīng)元級(jí)聯(lián)式死亡，進(jìn)而導(dǎo)致患者逐漸出現(xiàn)周圍自主神經(jīng)系統(tǒng)-腦橋-中腦基底節(jié)區(qū)-丘腦皮層神經(jīng)元受累，表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)前期-典型PD樣運(yùn)動(dòng)癥狀-PD樣中晚期臨床癥狀。

隨著病理性α-syn 腸腦軸傳輸?shù)膹V泛提出，我們大膽提出以下假設(shè)：腸道中的微生物及其產(chǎn)物觸發(fā)α-syn 的聚集，異常聚集的α-syn 通過(guò)類朊蛋白以及其他傳播途徑由腸道經(jīng)由迷走神經(jīng)傳播到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起PD 的各種非運(yùn)動(dòng)癥狀及典型運(yùn)動(dòng)癥狀。對(duì)于潛在PD 患者出現(xiàn)便秘、嗅覺(jué)障礙、快速動(dòng)眼睡眠期睡眠行為異常、體位性低血壓、疼痛、認(rèn)知下降、精神行為異常等非運(yùn)動(dòng)癥狀時(shí)，通過(guò)檢測(cè)大便菌群、體液α-syn、腦脊液α-syn等PD 可能生物標(biāo)志物識(shí)別超早期患者，并針對(duì)大便微生物群、飲食習(xí)慣、α-syn異常聚集等制定干預(yù)措施，是否可以延緩或避免PD 的發(fā)生，減輕PD患者痛苦，尚需進(jìn)一步的研究證實(shí)。

6 總結(jié)與展望

PD是一種復(fù)雜的疾病，其具有高發(fā)病率和高致殘率的特點(diǎn)，目前醫(yī)學(xué)界尚無(wú)特效的治療手段。該疾病在臨床上能夠得到合理準(zhǔn)確的診斷，且對(duì)癥治療效果尚可。隨著PD 分期的確立，大家認(rèn)識(shí)到PD 出現(xiàn)典型臨床癥狀時(shí)，其病理進(jìn)展（如α-syn 的異常折疊、聚集和擴(kuò)布）已有數(shù)年甚至數(shù)十年之久。如何通過(guò)更有效的生物標(biāo)志物來(lái)早期識(shí)別潛在患者，并盡早對(duì)PD 患者病程進(jìn)行干預(yù)，避免或有效延緩病情進(jìn)展，是目前亟待解決的問(wèn)題。