自噬与神经退行性病变的研究进展

吴冬金，莫文斌

（中国医科大学，辽宁 沈阳 110000）

1 自噬

自噬是在43年前由Christian de Duve首次提出的，是一种以大量聚集的自噬泡和没有细胞核固缩为特征的细胞死亡途径［1］。自噬有三种方式：小自噬、分子伴侣介导的自噬和巨噬［2］。自噬包括三个过程：自噬体形成，自噬体的成熟以及与溶酶体的融合，内容物的降解。

1.1 自噬体的形成

在酵母与哺乳动物中，几个高度保守的自噬相关基因参与到这个过程中［3］。自噬由mTOR依赖或mTOR独立的途径诱导。一旦自噬被诱导之后就形成了一层隔离膜，隔离细胞器。隔离膜包含Beclin1、Ambra1和UVRAG［4］。研究表明从内质网到高尔基体的膜转运COPII参与自噬体形成［5］。此外，Trs85参与巨噬和过氧化物酶介导的自噬，并且引导酵母选择性细胞液中液泡的定位［6］。

1.2 自噬体的成熟以及与溶酶体的融合

自噬体形成后，他们经过与内涵体或多泡小体的融合，再与溶酶体融合为成熟的自噬溶酶体。其中SNARE、Rab蛋白、ESCRT复合物、Vps4和Fab1介导自噬体与内涵体，多泡小体，溶酶体的融合［7］。融合取决于 Vps4／SKD1and Rab11［8］。最近的研究表明，HOPS复合物能增强自噬小体与内涵体的融合［9］。Hrs或者ESCRT III复合物的亚基的丢失或者功能丧失，自噬小体的成熟过程就会受损。而SNARE也是酵母自噬小体与液泡融合所必须的［10］。

1.3 内容物的降解

自噬溶酶体通过溶酶体水解酶降解溶酶体内的蛋白与细胞器。自噬的每一个步骤都是严格规范的并且都是自噬的关键，其中任何步骤出现问题都将造成自噬的损伤并导致疾病。

2 神经退行性病变

神经退行性疾病是一类由于神经元进行性变性死亡，导致人体中枢神经系统等受损，影响患者的认知功能和运动功能，包括阿尔茨海默AD、亨廷顿病HD、帕金森病PD等。

2.1 阿尔兹海默病AD

AD是中枢神经系统一种常见的退行性疾病，临床上主要表现为进行性记忆力减退、智力下降，伴有或不伴有轻度神经系统体征。其病理特征为神经细胞内的神经纤维缠结，细胞结构中的神经斑以及皮层动脉和小动脉的血管淀粉样变性。AD患者中tau蛋白发生异常的高度磷酸化，导致患者脑中神经纤维缠结形成［11］。此外，突变的β淀粉样蛋白大量聚集。以上蛋白的聚集最终导致AD的发生。

2.2 亨廷顿病HD

这是一种迟发性神经退行性遗传病，该病主要侵害基底节和大脑皮质，具有高度的区域选择性。亨廷顿舞蹈症的主要临床症状是舞蹈样动作。HD基因编码由3144个氨基酸组成亨廷顿蛋白（huntingtin，Htt）。从Htt氨基末端第17位氨基酸残基开始有一段重复的CAG序列，该序列重复次数大于35时就会产生HD病症。

2.3 帕金森病PD

帕金森病是渐进的黑质多巴胺能神经元的损失以及其他神经细胞功能障碍导致自主认知功能障碍的疾病。α－Synuclein被认为是PD致病的候选基因。当α－Synuclein蛋白A53T和A30p发生点突变后，α－Synuclein的α螺旋被破坏而形成β片层结构，导致蛋白质的自身聚集，聚集后形成的路易小体（Lewy body）是帕金森病患者发生痴呆的主要神经病理学基础。

3 自噬在神经退行性病变中的作用

自噬与神经退行性病变密切相关，自噬的失调对神经退行性病变的发生发展起重要作用。成人发生神经退行性病变的一个共同的特点是神经元细胞中细胞质成分的堆积。在阿尔兹海默中是tau蛋白的堆积，在帕金森中是αsynuclein的堆积，在亨廷顿中是突变蛋白的堆积。这些病变的共同点是自噬在这些疾病当中的降解水平［12］。

自噬清除有聚集倾向的蛋白，这对于神经元这种不可分裂的细胞是必不可少的。神经元的自噬在过去认为是处于非活化的水平。然而，最近的研究提出自噬在不分裂的神经元中的基础水平是十分重要的。具有基础活性的自噬体清除细胞内散在蛋白这一功能对于防止异常蛋白的聚集作用重大［13］。

3.1 自噬相关基因与AD

TOR信号是细胞生长的调控因子，促进细胞死亡；而自噬，是TOR的负调控，保护细胞不死亡。自噬体的形成严格受细胞内和细胞外氨基酸含量和ATP含量的调节，并通过TOR营养感应激酶的信号通路来实现［14］。

Ab1－42被广泛认为在AD的发展过程中起原因性的角色，它引起大量的自噬小泡的聚集，随着年龄的增加，其功能也逐渐减退。Ab1－42功能的减退导致自噬溶酶体的损伤，进而引发 AD［15］。

beclin－1是自噬中的重要角色，在早期AD的进程中，在受影响的脑部区域中是减少的。在表达淀粉样蛋白前提蛋白（APP）的转基因小鼠中，基因性的beclin－1表达的减少增加了神经元内淀粉样蛋白的聚集。在APP转基因小鼠中，质粒表达beclin1，减少细胞内外的淀粉样病变。相反，增加Beclin的表达使得AD转基因小鼠神经元淀粉样蛋白聚集的病理现象减轻，因此增加beclin－1水平可能成为潜在的 AD 的治疗方案［16］。

3.2 自噬相关基因与HD

研究表明，突变亨廷顿（Htt）的转录后修饰，赖氨酸残基444（K444）的乙酰化作用，可以达到清除细胞内聚集蛋白的作用。增加K444的乙酰化促进突变Htt形成自噬体，这大大提高了巨噬清除蛋白突变体的作用。与此相反，突变Htt的抗乙酰化的大幅积累，可导致培养的神经元和小鼠大脑神经元的神经退行性变。

此外，P62／SQSTM1与LC3的相互作用，对聚集蛋白质的清除起重要作用。P62蛋白水平的降低在极大程度上增强了突变Htt介导的细胞死亡。P62在乙酰化突变的Htt中也起作用［17］。

3.3 自噬相关基因与PD

PD病中，黑质纹状体中多巴胺神经元的死亡与内涵体中的α－synuclein相关。自噬通过PINK1与PD相关，在常染色体隐性的PD中，PINK1发生突变。全长的PINK1与Beclin的相互作用是自噬的一个正性介质。PINK1的一个突变（W437X）无法与Beclin正常作用，因而无法增强自噬水平。α－synuclein的过度表达导致溶酶体的聚集和自噬体的改变。Beclin 1在LC3的过度表达和α－synuclein的聚集可部分被3－MA阻断或者完全被bafilomycin A1阻断。Parkin，作为常染色体隐性遗传PD的另一个突变，同时也是自噬体吞噬无功能线粒体的一个信号［18］。

3.4 线粒体中和自噬相关的基因与神经退行性病变的关系

在人类组织研究、细胞培养、体内遗传和毒素模型中发现线粒体稳态变化与帕金森有关。编码PTEN诱导的激酶1基因（PINK1）的突变——Omi／HtrA2和parkin对帕金森病神经退行性变罕见的形式起决定性作用。PINK1，Omi／HtrA2和parkin参加不同层次的线粒体质量的控制，维持正常的线粒体表型。PINK1是典型的（丝氨酸／苏氨酸）蛋白激酶的组分，受一个典型的N－末端线粒体定位序列的调控［19］。然而有趣的是，与 PD 相关的编码 α－synuclein，LRRK2和parkin的基因至少部分定位在线粒体上，虽然这些线粒体蛋白缺乏规范的线粒体定位序列［20］。

4 结语

神经退行性疾病的发病率不断升高，现在的常规治疗方法只能对症状进行缓解，所以建立一种新的从根本上对神经退行性疾病进行治疗的方法极其重要。自噬在神经退行性病变中的作用越来越受重视，越来越多的研究阐明了自噬的机制。现在就细胞自噬能清除长期存在和易形成聚集倾向的突变蛋白，对神经退行性疾病具有治疗的效果已经取得了共识。但是目前关于细胞自噬的研究还停留在细胞水平，进入临床应用还需要时间。虽然现在还有很多未知的问题有待解决，但随着细胞自噬研究的不断深入，我们会找到更好的神经退行性疾病的治疗方法。

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