α突触核蛋白与帕金森病.doc

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7、核蛋白与帕金森病大连医科大学生理学教研室(116027)王晓中综述解放军第二一.医院刘辉审校摘要一突触核蛋白是一种在中枢神经系统突触前表达的可溶性蛋白,具有调节膜稳定性和神经可塑性等生理功能.近来研究发现,一突触核蛋白基因突变及其结构和功能障碍与包括帕金森病在内的多种神经变性疾病的病理机制密切相关.环境或基因因素均可引发一突触核蛋白的错误折叠,从而启动一系列级联反应,最终导致多巴胺能系统损伤.深人了解一突触核蛋白的生物特性及其毒性机制是揭示帕金森病发病并制定相应防治策略的关键.关键词一突触核蛋白;帕金森病;路易体帕金森病(Parkinsonsdisease,PD)是最常见的神经变性疾病之一,其

8、病理特征为黑质致密部多巴胺能神经元缺失以及在残留神经元中出现包涵体,主要为路易体(Lewysbody,LB).环境和基因因素均参与PD发病过程.大多数PD为散发型,少数为单基因家族型J.目前已确定至少4种基因突变与PD发病有关,其中仅一突触核蛋白(仅一Synuclein,仅一syn)基因突变可导致仅一syn聚集化并在神经元中沉积,而聚集化的仅一syn是LB的主要成分J.尽管直接由仅一syn基因突变导致的家族型PD并不多见,但仅一syn在脑中从可溶性的单体到聚集的,不溶形式的沉积物的转变是PD的始动事件,在家族型和散发型PD的病理机制中都发挥着重要的作用J.本文就仅一syn生-250-物学特性及

9、其在PD发病机制中的作用研究进展做一综述.1一syn基因表达突触核蛋白(Synuclein)是一种突触前蛋白,因主要位于神经突触和细胞核膜而得名.共发现200多种与Synuclein基因同源的蛋白质,统称为synuclein家族.Synuclein分为Ot,p和三种类型,只有Otsyn与神经变性疾病有关.Otsyn是一种分子量为14kDa的酸性耐热蛋白,由同源染色体上的基因4q21编码.syn基因由6个外显子和若干个内含子组成,转录可产生2种含有不同5端非翻译序列的cDNA,翻译产物为Otsyn.2一syn的结构和生物学功能Otsyn有3个结构域:N末端形成2个Ot螺旋:中间的疏水结构域是老年

10、斑的非淀粉样蛋白成分(NAC),能够使Otsyn从无规卷曲变构为B一片层;C末端含有一个赋予Otsyn伴侣样活性的酸性结构域.7_.Otsyn在生理条件下是一种呈无序展开结构的可溶性蛋白质,它的多种构象异构体在几微秒内就会互相转换,呈现高度动态性.它具有自身寡聚体化形成原纤维聚集物的内在倾向.Otsyn在成人中枢神经系统中呈现突触可塑性的区域如新皮质,海马,嗅球,纹状体和丘脑中高度表达,集中分布在突触前末梢的胞质溶胶.Otsyn在巨噬细胞分化中起关键作用,它对突触发生及中枢神经系统的发展是重要的,可能与神经元的可塑性相关I9j.重组表达的Otsyn参与磷酸肌醇相关的第二信使通路,可启动分泌性囊

11、泡的产生过程.Otsyn与突触囊泡结合,可通过出芽或翻转方式来调节膜运输.Otsyn负性调节多巴胺神经传递,它作为一种伴侣蛋白,可与多种配体和蛋白质作用,帮助神经元抵抗受损蛋白的聚集.但野生型syn的过度表达对于分化细胞有毒性作用,A53T和A30P突变型的毒性更强.3一syn的病理特性syn与神经变性疾病的关系研究最早来自Alzheimer病(AD)J.在AD病人脑内老年斑中纯化可得到Otsyn.Otsyn在聚合过程中,能产生可能与其毒性作用相关的过氧化氢.J.Otsyn基因的AP和A53T突变与早发性PD相关H.syn基因突变可致其自聚集,引发多巴胺能神经元变性】.Otsyn聚合体见于常染

12、色体显性国外医学?老年医学分册2007年11月第28卷第6期遗传的早发型PD,其他类型PD和中枢神经疾病(包括AD,路易体疾呆,肌萎缩侧索硬化症,HallervordenSpam综合征及多系统萎缩等),这些神经变性病统称为Ot一触核蛋白病(Otsynuclei.nopathies)93.otsyn聚集机制主要涉及泛素蛋白酶系统(ups)和氧化应激反应.UPS是降解细胞内蛋白质的主要生化通路,其功能异常可导致蛋白质聚集和细胞死亡.PD患者的黑质UPS的蛋白降解功能明显受损,提示UPS功能衰竭可能是导致Otsyn凝聚,LB形成及多巴胺神经元死亡的主要原因.氧化反应也可致syn聚集形成寡聚体川.大部

13、分散发型PD患者脑内存在胞浆内包涵体以及不同等级的LB,其主要成分是聚集态Otsyn及神经纤丝蛋白.在PD中,最突出的损伤是在海马CA2/3区域苔状纤维轴突末梢的多孔结构和内嗅皮质中,syn阳性LB纤维神经突的大最存在.家族相关的Otsyn的突变比野生Otsyn更甚,后者是导致家族中潜伏有这些突变株者PD进展的原因.4一syn在PD发病中的作用PD的本质是一种蛋白构象病.在一定条件下(如基因突变,酸性环境,高温,金属阳离子,杀虫剂,氧化的儿茶酚胺,磷脂囊泡,除污剂,有机溶剂等),Otsyn的二级结构改变形成寡聚体,导致蛋白功能紊乱.寡聚体可与突触囊泡结合并产生小孔,增加囊泡的通透性,引起钙离子

14、内流,多巴胺外漏以及线粒体膜去极化,致使神经元死亡.突变型和野生型Otsyn的过度表达可加速转基因动物(鼠,猴,果蝇)寡聚体形成,突变型比野生型更快形成寡聚体,提示寡聚体作为一种持续存在的毒素介质,在PD发病早期阶段中的作用可能比纤维多聚体更为重要J,而且寡聚体在PD脑组织内的积聚甚于纤维多聚体.4.1syn与神经元损伤黑质多巴胺代谢可产生氧自由基和其他活性物质,引发脂质过氧化,DNA损伤,线粒体复合体I参与的呼吸链抑制,最终导致神经元死亡,这是PD的重要病理机制”,15.尸检发现了PD患者黑质多巴胺能神经元内氧化应激反应明显增强的大量证据.Otsyn,特别是基因突变型Otsyn的过度表达能够

15、使多巴胺神经元内氧自由基大量产生,黑质的抗氧化功能显着降低J.Otsyn的酪氨酸亚硝基化可形成以共价键交联的寡聚体.细国外医学?老年医学分册2007年11月第28卷第6期胞外Otsyn聚集可激活小胶质细胞,产生一氧化氮,使神经元内Otsyn硝基化,最终导致其死12,18一J9JL一O抑制多巴胺合成能预防Otsyn诱导的神经元凋亡.l433蛋白能对抗内源性多巴胺代谢所产生的氧自由基损伤,Otsyn可与l433蛋白结合,破坏其抗自由基损伤作用J.野生型Otsyn的过度表达可通过抑制酪氨酸羟化酶,下调多巴脱羧酶基因表达及抑制四氢生物喋呤产生等多种途径影响多巴胺生物合成过程.】.4.2oLsyn与路易

16、体(LB)LB是PD脑内的特征性病理标志.PD患者脑中的LB以及含LB神经元的轴突中存在大量Otsyn,但这些患者并没有Otsyn基因外显子的突变.在PD患者脑干变性神经元及LB中发现有较多的NAC存在,推测Otsyn代谢的改变可能与PD的发病,尤其是LB的形成相关.在LB,变性或营养不良性神经突触中均有Otsyn存在,在LB型痴呆和弥散性LB病的LB中也有Otsyn的过度表达.已证实Otsyn是LB的主要成分之一,因此,Otsyn免疫组化染色分析可能取代泛素检测而成为新的,更敏感的”分子标记”J.Otsyn可能通过形成包涵体来清除过多的或未折叠的Otsyn,从而延缓神经元变性以保护神经.LB

17、常见于功能尚存的黑质神经元中,而不含LB的神经元则对Otsyn的毒性较敏感,提示LB有助于细胞的生存.但LB保扩作用只出现在早期阶段,当Otsyn过多聚集后,则会引起细胞功能紊乱而死亡,这种保护作用被形象地称为”污水池样保护效应”J.4.3Otsyn与PD在1个意大利家族性PD研究中发现了定位于染色体4q2123的Otsyn基因第4号外显子错义突变(G209A,Ala53Thr).后来在3个希腊家族性PD中也发现了这种突变,提示该突变很可能是导致家族性PD的原因.在德国PD家系中发现4例患者的Otsyn基因的第3号外显子中存在另1个不同突变(G80C,Ala30Pro),进一步证实了Otsyn

18、基因与家族性PD的关系.”.但也有很多针对散发或其他家族性PD的研究未能发现任何Otsyn基因突变的证据,提示家族性PD的基因突变是非常罕见的E9,22.4.4Otsyn与PD动物模型在经典PD模型中,MPTP等神经毒剂可造成一25l一多巴胺神经元急性损伤缺失,但不能出现路易体等特征性病理变化,所以只部分模拟了PD.随着Otsyn在PD发病中的不断阐明,建立了Otsyn转基因/非转基因PD动物模型-24.野生型和A30P/A53T突变型Otsyn可导致果蝇多巴胺神经元中出现含Otsyn的原纤维包涵体,而Otsyn转基因小鼠PD模型却没有明显的多巴胺神经元功能异常,推测啮齿类动物的多巴胺神经元具

19、有抗Otsyn毒性作用I2.非转基因Otsyn模型可选择性损伤黑质多巴胺神经元,导致显着的运动障碍.Otsyn基因突变可损伤线粒体复合物I,进而引发内质网和UPS系统的氧化/硝化应激反应,导致Otsyn蛋白沉积,显现出散发性PD表型,.删.4.5Otsyn与丝氨酸磷酸化Otsyn的129位丝氨酸(Ser129)磷酸化与PD发病有关,Ser磷酸化可使Otsyn处于寡聚体状态.通过Ser129到丙氨酸的突变来阻止磷酸化,可以完全阻止Otsyn的多巴胺神经元损伤作用;相反,把Ser129改变成天冬氨酸来模拟磷酸化,就会明显地增强Otsyn的毒性.转基因蝇研究证实,随着多乙胺神经元的退化,磷酸化会随年

20、龄的增长而增加.提示磷酸化Otsyn是PD的病理标士【25,2930Jt!O4.6Otsyn与parkinParkin是泛素一蛋白质酶系统的一种E3连接酶,其基因突变与家族型PD有关-32.Parkin能够降解损伤多巴胺能神经元的毒性蛋白以保护神经.aSp22是Otsyn的一种糖基化形式,具有神经毒性,parkin可通过泛素化使asp22降解7弱J.在(=l【一syn和PaelR转基因蝇中,parkin抑制多巴胺神经元的丢失_3-36.Parkin可能阻断由A30P人类一syn触发的细胞死亡途径,从而阻止Otsyn在胞质中集聚以防止包涵物的形成引.综上所述,PD中多巴胺能神经元的死亡是包括Ot

21、syn的聚集,线粒体复合体I以及蛋白酶体机能障碍在内的一系列级联事件的最终结果.复合体I的紊乱导致Otsyn的增加和蓄积,其他形式的氧化应激也参与这一过程.在复杂的PD疾病进程中,Otsyn的意义可能在于它与其他活质分子(例如酶,侣伴蛋白l433和蛋白酶体)的相互作用,在散发型和家族型PD的多巴胺神经元损伤中发挥核心作用J引.-252-5基于一synPD治疗前景多巴胺代替治疗虽然可以改善患者的运动机能障碍,但并不能阻止和逆转PD的进展-】培J.PD是基因和环境因素共同作用的结果.一syn作为联系这两大因素的核心,可能成为未来PD治疗的新靶点.3.抑制一syn寡聚作用可作为PD神经保护治疗学的一

22、种可行性措施.一些肽可能通过与单体和/或二聚物形式的一syn结合来抑制原纤维的形成,进而阻止早期可溶性聚集物的形成J.研究发现热休克蛋白70,Bsyn和rsyn具有对抗一syn神经毒性作用,但具体机制及其可行性还需要进一步明确加I4.NADPH氧化酶在理一syn介导的小胶质细胞的激活和相关的神经毒性中具有重要的作用,可作为药物介入治疗的理想靶位,通过控制一syn的解离和递质释放来影响PD相关变性过程的易感性.研究发现,吸烟对PD的保护作用与尼古丁激活神经末梢的亲离子受体,一syn释放引起的多巴胺能神经递质突触传递增强有关.parkin能够加速磷酸化一syn的聚集而对抗其毒性,发挥神经保护作用,

23、所以parkin基因治疗可能成为一种富有前途的PD治疗措施J.参考文献1NuttJG.WootenGF.Clinicalpractice:diagnosisandini-tialmanagementofParkinsonsdisease.NEnslJMed.2oo5;353(10):102110272HardyJ,CaiH,CooksonMReta1.GeneitcsofParkinsonsdiseaseandparkinsonism.AnnNeurol,2006;60(4):3893983KrugerR.Genesinfamilialparkinsonismandtheirroleinspo

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