自噬在帕金森病中作用的研究进展

作者单位 430065 湖北武汉,湖北中医药大学药学院(段 凯);海军医学研究所(唐 瑛)

通讯作者 唐 瑛,E mail:maotou 01@http://www.360docs.net/doc/info-be3c30f8700abb68a982fb46.html ;Tel:152********

自噬在帕金森病中作用的研究进展

段 凯,唐 瑛

关 键 词 自噬 溶酶体途径;

突触核蛋白;帕金森病 中图分类号 R 742.89 文献标识码 A

帕金森病(Parkinson !s disease,PD)或称震颤麻痹(paralysis ag itans)是中老年常见的神经系统变性疾病,以黑质多巴胺(do pamine,DA )能神经元变性缺失和路易小体(Lew y body)形成为主要病理特征。最先由英国医师帕金森(James Par kinson)于1817年描述,1841年H all 称其为震颤麻痹,1892年Chsrcot 称其为帕金森病。临床上主要表现为静止性震颤、运动迟缓、肌强直和姿势步态异常等,是一种严重影响中老年人健康的常见病。在近些年的研究中,热点主要集中在路易小体的主要成分 突触核蛋白( sy nuclein, syn)的作用机理方面。 sy n 已经作为PD 疾病发生的一个中心蛋白而存在,异常聚集的 syn 是Lew y bo dy 的主要成分,是各种类型PD 的一个特征性标志[1]。通过抑制其异常聚集,有望成为一个用于临床的治疗靶点。相关实验研究表明,给予 syn 聚集物的抑制剂后,神经元的退行性变明显降低[2 3]

。作为 突触核蛋白的重要降解途径,泛素 蛋白酶体系统(ubiquitine proteasome system,U PS)和自噬 溶酶体途径(auto phagy losomaso me pathw ay,ALP)都参与其中,与PD 的发病机制密切相关[4 5]。最近几年,更多的研究兴趣集中在ALP 在神经元的退行性变中的作用机理方面[6]

。本文将对ALP 以及它在PD 中的独特作用进行综述。

1 ALP 降解细胞内异常聚集物的机制

ALP 是一种广泛存在于真核细胞内的依赖溶酶体的降解途径。除了泛素 蛋白酶体系统,自噬 溶酶体途径也是同等重要的一种降解途径,在神经元的退化中起相当重要的作用。根据底物进入溶酶体途径的不同,可将A LP 分为三种类型:大分子自发吞噬作用

(macr oautophag y),也就是通常所说的?自噬#,分子伴侣介导的自发吞噬(chaper one mediated auto phagy,CM A)和微自噬(m icroauto phagy )[6 7]。自噬能够在短期的营养缺乏后被诱导,同时CM A 则在延长营养缺乏的时间后被激活,而微自噬则不被营养缺乏而激活。相比U PS 而言,自噬很可能是一些长寿命、稳定的蛋白质的主要降解机制,并且是线粒体这种细胞器的再循环的唯一机制。一些大的膜蛋白质类和蛋白质复合体(包含寡聚体和聚集物),由于不能通过狭窄的蛋白酶体通道上的孔隙,而只能通过自噬途径来降解[8]。

自噬是一个多步反应的过程,包含具有双层膜结构的自噬体的形成。随后自噬体与溶酶体相融合成自噬溶酶体,其中的内容物被水解酶所降解。许多参与大分子自噬的组分已经被实验所证实,其中就包括在自噬体的形成和发展中起各种作用的Atg 家族。在小鼠的PD 模型中,选择性缺失神经元中的Atg 蛋白(Atg 5或Atg 7),可导致神经元变性以及细胞质泛素阳性的聚集物的形成,这一现象暗示基本的ALP 对于神经元功能的重要性[9 10]。自噬体和自噬溶酶体共同参与自噬空泡的组成,它们被视为自噬的特征性组分

[11]

。CMA 是跟随自噬后的一个短暂的第二级反

应,由分子伴侣介导,可特异性降解含有5肽序列?KFERQ 的可溶蛋白。在CMA 途径中,由热休克蛋白H SC 70识别并结合这个5肽序列,所形成的复合物可被溶酶体膜上的溶酶体膜糖蛋白LAM P 2识别、结合,然后被转运到溶酶体内被水解酶所降解[12]。微自噬则通过溶酶体膜内陷直接包裹细胞内物质而进入溶酶体内发生降解,主要是对一些无用细胞器的选择性降解,其分子机制尚不十分明确。

自噬的功能障碍包含自噬体的形成、自噬体和溶酶体的融合障碍,溶酶体中酶的缺乏,分子伴侣或溶酶体膜受体的功能障碍等,以上任何一个方面出现问题都会引起异常蛋白质的聚集而导致细胞的死亡。

2ALP在PD中的自我调节作用

既然自噬途径对于蛋白质的作用已很明确,那么在一些神经元变性疾病中观察到自噬也就很正常。例如在阿尔茨海默病性痴呆(Alzheim er!s disease,AD)病人的大脑中就发现了自噬体的聚集[13]。的确,蛋白质聚集体的出现作为许多神经元变性疾病的共同特征,包括AD中的 淀粉样蛋白,H untington!s dis ease中突变的亨廷丁(hunting tin)细胞质内容物,PD 中特征性路易小体所包含的 syn,但是这些蛋白质聚集体在以上疾病发生过程中的作用仍然备受争议。一些学者认为自噬空泡的增加可能导致细胞的死亡,而另外一种观点则认为通过诱导自噬可以对神经元起保护作用,因为自噬通过降解那些可触发早期阶段细胞死亡的损伤的异常蛋白质从而来保护神经元细胞[14]。许多研究结果显示一旦UPS被抑制,那么ALP就会上调,同时降解那些未被降解的蛋白质。然而,这一现象被看作是当有聚集趋势的底物未能有效地被蛋白酶体清除的时候的一种默认的途径[15]。

自噬调节的机制很复杂,目前对于自噬调控的研究主要是雷帕霉素靶蛋白(m am malian targ et of r apa m ycin,m TOR)信号途径、Class I PI3K/PKB途径等。TOR激酶作为氨基酸、ATP和胰岛素等的感受器,对细胞生长具有重要调节作用,抑制自噬的发生,属于自噬负调控分子,发挥?门卫(gatekeeper)#作用。酵母菌中的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Apg1与其他Apg分子结合共定位于自噬前体膜上,在营养缺乏或饥饿下, Apg13去磷酸化,并与Apg1结合,导致Apg17依赖性自噬的发生[16]。哺乳动物细胞中的核糖体蛋白质S6(p70S6)抑制自噬的发生,它位于TOR信号途径下游,其活性受mT OR调节。雷帕霉素通过抑制mT OR的活性,有助于Apg13去磷酸化和Apg1活化,发挥抑制p70S6活性、诱导自噬发生的作用[17]。

3ALP在防治PD中的作用

一些研究证实ALP在PD中的重要作用是通过大分子自噬和CMA对 sy n的降解[18 19]。既然 syn 是路易小体的主要组成成分,是散发型和家族型PD 的病理学标志,那么对于 sy n是如何降解的研究就很重要。有趣的是,当U PS和大分子自噬都牵涉在 syn的清除中时,CMA对于Wildty pe syn的降解是必需的。而且,通过抑制CM A导致高分子量和不溶解的 syn形成[19],说明在健康的神经元,依赖CM A清除 sy n对于 syn低聚化反应有重要的限制作用。重要的是A53T和A30P突变的 sy n,引起家族型PD,通过产生一种对于LAM P2A的高亲和力来抑制CM A途径[18]。但是,突变型 syn仍旧部分内陷于溶酶体,而被大分子自噬替代CM A而降解。大分子自噬作用是伴随着 syn突变抑制了CM A而产生的一种补偿机制,这种反应的生理学意义还不完全清楚。但是,这一现象暗示A53T和A30P型 syn 的突变可能通过抑制CM A途径而诱导了 sy n的聚集,导致了细胞 sy n清除率的下降。另一方面, UCH L1中193M的错义突变,早先在PD家族性病人中发现,它也参与了CMA途径的调节[20]。他们发现突变的UCH L1产生了一种异常的高亲和力,在CM A途经中起关键作用的物质,如LAM P2A和H SC70。更重要的是,突变型的UCH L1增加了 syn的水平[20],暗示U CH L1的突变可能也通过调节 syn的水平而参与PD的病理发生。这些发现反映通过抑制CM A介导的 syn降解可能是PD发生中的一个重要机制。

最近的研究表明 syn也可能是通过抑制CM A 介导的再生因子MEF2D降解而导致PD的神经元死亡[21]。WT和A53T突变型 sy n都干扰MEF2D与H SC70的结合。与这一观察所得一致的是,M EF2D 的水平在A53T syn转基因小鼠和PD病人中都有所提高。而且WT和A53T突变型 sy n的过度表达抑制了MEF2的活性,导致神经元的死亡[21]。这些现象说明除了 syn,损伤CM A也可能因为对于其他蛋白质的无效降解而触发神经元的死亡。这些研究共同说明通过保护CMA的功能很可能成为对抗PD的一种有效的治疗方法。

近年的研究表明,组蛋白去乙酰化酶6(histone deacety las6,H DAC6)在A LP对异常聚集蛋白的降解中也发挥重要的作用。当细胞内的U PS功能受损时,在异常蛋白聚集体的清除过程中,H DAC6是一个必需蛋白,它依赖ALP途径挽救由于U PS功能失调所致的衰退[22]。有研究表明,在Atg12缺失的果蝇中,H DAC6不能抑制神经元的退化,同时,在H DAC6缺失的果蝇中,雷帕霉素也无法抑制神经元变性,这些都说明自噬的保护作用是H DA C6依赖性的[23]。

H DAC6对于蛋白聚集体的形成是必要的,同时可能提供了一种在泛素化底物和动力蛋白运动之间的联系,允许这种聚集体逆向转运到中性粒旁区(pericent r io lar reg io n),在那里通过自噬而被降解[24]。

自噬还在富亮氨酸重复激酶2(leucime rich repeat kinase2,LRRK2)突变所带来的致病效应中起一定作

用,突变的LRRK2引起神经元变短,分枝稀少[25]。在一个细胞培养体系中,突变的LRRK2也引起自噬时相的增加,用遗传学和药理学的实验方法,作者发现增强的自噬对于轴突的形成很重要[26],目前还不清楚自噬在LRRK2相关的神经死亡中所扮演的角色。

ALP也在PD的毒性模型中发挥作用,在一个PC12细胞模型中,通过RN A干扰自噬基因Beclin 1,减弱了自噬作用,促进了由于给予蛋白酶体抑制剂乳胞素后细胞的死亡[27]。M PP+可以诱导自噬发生在神经元细胞和初级神经元的发育当中[28]。在这种情况下,如果敲掉可以防止MPP+对细胞毒性作用的Atg蛋白,自噬似乎促进了细胞的死亡。另一方面, MPP+诱导的大分子自噬不涉及Beclin 1,而依赖ERK2的激活[29]。ERK2的磷酸化和线粒体定位似乎调节体外实验中线粒体的大分子自噬,这一过程发生在给予6 OH DA或MPP+干预后[30]。以上实验明确了以前对于自噬和细胞死亡的混淆,在某些情况下,自噬是保护性的,然而它是否促进细胞的死亡,还需要研究。应该指出的是,许多研究阐述?自噬细胞死亡#要求很高的人工环境,如阻断细胞凋亡途径。简言之,仅依据自噬囊泡出现在神经元细胞的死亡中,还不足以说明自噬是否促进或抑制细胞的死亡,仍有待于去研究ALP对于PD是保护性的还是破坏性的。

4结语

ALP是广泛存在于真核细胞中的生命现象,贯穿于细胞生长发育和病理生理过程中,对防治如神经退行性病变、肿瘤和病原微生物入侵感染等疾病有重要作用。尽管近些年对ALP作用机制的研究有了很大的进展,但对于ALP的调节,尤其是对细胞的死亡起促进还是抑制作用的了解还不十分全面。一些在ALP机制中起作用的新靶点的发现,例如H DAC6,都将成为日后研究以及治疗PD的新渠道。

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管受压迫[2],迷走、交感神经受刺激[3],神经递质异常有关[4]。有实验研究证明,颈椎失衡及局部炎症可导致颈肌本身发生明显的病理变化,而颈肌的异常又对颈椎静力平衡产生重要影响,这可能是导致心前区症状的发病机理之一[5 6]。正常情况下,心脏自主神经有自动调节功能,白天以交感神经活性为主,夜间以迷走神经活性为主,且迷走神经有昼低夜高的现象[7],因而交感神经和迷走神经活动是相对平衡的。当情绪激动、过度劳累、过强的刺激迷走和交感神经,引起交感神经过度兴奋,可导致心律失常[8 9]。

本病发病的特点是心前区症状与颈椎活动及体位的改变有关,颈椎的影像学检查往往有异常表现,如张口位可表现为环齿间距左右不等宽,及环枢椎两侧关节间距不等;正位片可有颈椎轴线不直,表现为颈椎侧弯及颈椎棘突不在正中线上,钩状突变尖;侧位片示可有椎间隙变窄,椎体骨质增生,双边影、双突征,椎体后缘不连续;双斜位片可有椎间孔变窄。常规心电图检查可正常亦可为心律失常表现,因此需行24h动态心电图检查。本病的病变部位在颈椎,通过放松类手法可解除肌肉的痉挛,提高组织的痛域,加速局部的血液循环,从而使局部的炎性因子和致痛物质代谢加速。小关节错位易导致椎间盘及椎旁组织的变性,往往也是导致椎间孔变小和椎动脉、脊髓、交感神经受压的原因,因此通过手法复位恢复正常的脊柱生理序列,解除对上述部位的压迫,有利于组织水肿消退,静脉回流,神经根周围炎症的减退,从而达到治疗目的。三步定位诊断[10]可精确的病变部位,通过触诊,针对不同的错位类型选用不同的手法,如前后滑脱式错位运用推正法,侧弯侧摆式错位运用搬正法,旋转式错位运用摇正法,混合式错位运用综合手法,往往可以取得良好的效果。颈源性心律失常是内因和外因综合作用的结果。平时应增强自身身体素质,提高对外界的抵抗力,加强颈部功能锻炼、增加颈椎的稳定性,纠正不良姿势,避免长时间保持单一姿势,注意颈部的防寒与保暖,避免过度劳累和外伤,保持心情舒畅,避免过大的情绪波动[11]。

龙氏正骨手法具有准确、轻巧、无痛、安全而有效的特点,在诊断及治疗脊柱病及脊柱相关疾病具有独到的优势,成为脊柱软组织损伤、脊椎关节错位、关节滑膜嵌顿、椎间盘突出及肥大性脊椎炎的主要治疗手法。与传统治疗手法相比具有定位更有准确性、复位更有针对性、操作更有安全性的优势。

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(2010 11 22收稿)

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