DARPP-32磷酸化异常与LID形成机制研究进展

罗瑞静 何建成

随着人口老龄化的日趋明显，帕金森病(Parkinson's disease，PD)发病率日渐攀升［1］。迄今为止，左旋多巴(L-dopa，LD)凭借其起效快、减轻症状明显等优点，仍然是治疗PD的“金标准”药物，是其他治疗方法和药物所不能替代和比拟的［2］。然而长期LD治疗后约80%患者出现严重的运动并发症，异动症(levodopa-induced dyskinesia，LID)是其中较为常见的一种类型，它严重影响PD患者的药物治疗效果和生活质量，但其发生机制尚未完全阐明。近来许多研究发现DARPP-32的异常磷酸化与LID发生有密切关系，本文就DARPP-32与LID发生机制相关内容予以综述［3，4］。

一、DARPP-32的结构及分布

1983年Walaas等［5］发现了一种对多巴胺(dopamine，DA)和环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)非常敏感的磷蛋白，称为DARPP-32蛋白(dopamine and cAMP-regulated phosphoprotein of 32 kDa，DARPP-32)，它是由202个氨基酸残基组成的酸性单肽链，其中含有丰富的亲水性氨基酸，不同种属之间DARPP-32核苷酸序列和氨基酸序列相似性可达80%以上。该蛋白在脑区的分布与DA在轴突末梢分布相平行，主要分布在基底神经节的尾状核、壳核、伏隔核、嗅结节和杏仁体，在苍白球、黑质网状体中也有表达，特别是在纹状体中含有多巴胺D1受体(dopamine D1receptor，D1R)和D2R的中等大小棘状神经元胞质中含量丰富。DARPP-32结构与功能异常，可导致帕金森病异动症、抑郁症、精神分裂症、药物成瘾等疾病的发生。

二、DARPP-32的功能及调控机制

在中枢神经系统，蛋白磷酸化是一种调控细胞生理功能的重要机制，是细胞信号转导的重要环节［6］。DARPP-32在信号转导过程中发挥重要作用，可以接受多种生理活性物质的调控，同时又可以通过自身不同位点的磷酸化与去磷酸化调控多种效应蛋白底物来发挥重要生理功能［7］。

1.DARPP-32的功能:多巴胺(DA)是重要的中枢神经递质，调节着机体运动、识别、情感和神经内分泌等生理功能。DA受体主要有两大类，分别是D1类和D2类受体，二者与DA结合后可以产生不同的效应［8，9］。总的来讲，D1类受体激活后可以增强腺苷酸环化酶(adenylate cyclase，AC)活性，从而增加cAMP的产生;D2类受体可以抑制AC的活性，减少cAMP的产生。DARPP-32是一种胞内蛋白，是DA信号转导通路上的重要信号分子之一，在细胞内信号转导通路上起分析和整合作用，居于信息传递和级联放大效应的中心地位［10］。

2.DARPP-32磷酸化调控机制:通过蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)、蛋白激酶 C(protein kinase C，PKC)等介导的细胞信号转导途径调节专一性蛋白底物的磷酸化，是许多神经递质对特异性靶细胞发挥其生理作用的普遍机制。DARPP-32生物学活性主要受其中4个氨基酸残基位点磷酸化和去磷酸化的调节［11］。这 4个位点分别是 Thr34、Thr75、Ser102和Ser137，其中Thr34位点可被PKA磷酸化，Thr75位点则可被周期素依赖蛋白激酶5(cyclindependent kinase 5，CDK5)磷酸化。在上述的4个位点中，Thr34处于中心位置，Ser102和Ser137的磷酸化对其有正性调节作用，而Thr75磷酸化则对其有负性调节作用。上述4个位点的异常磷酸化成为DARPP-32参与LID形成的重要机制之一，通过自身不同位点的磷酸化及去磷酸化对底物蛋白发挥双向调控的作用，以保证生理功能的正常发挥。多种生理活性物质可以影响DARPP-32的磷酸化和去磷酸化，近期研究［12～15］表明，多巴胺、谷氨酸、可卡因、阿片、5-HT、苯丙胺、(-GABA、NO、腺苷等神经递质及其类似物都可影响DARPP-32的磷酸化，进而通过调控蛋白磷酸酯酶-1(protein phosphatase-1，PP-1)的活性状态，导致同一神经元发出不同的调控信息。迄今为止对其影响机制研究比较透彻的是DA的调控，DA可以与D1、D2受体结合后通过多条途径对DARPP-32的不同位点的磷酸化和去磷酸化进行调控，从而对效应蛋白底物产生激活或抑制效应［16～18］。PKA途径是DA信号转导途径中比较经典的一条［19］。其具体过程是DA作用于D1R，刺激AC使cAMP生成增加，激活PKA，使Thr34-DARPP-32磷酸化成为PP-1的强效抑制剂，进而降低一些效应蛋白的脱磷酸，同时可以通过D1/PKA/蛋白磷酸酯酶-2A(protein phosphatase-2A，PP-2A)促进Thr75位点的去磷酸化，间接加强Thr34位点对PP-1的抑制作用，使效应蛋白底物磷酸化增强，直接通路活性增强［20］。Thr34的去磷酸化是由蛋白磷酸酶-2B(protein phosphatase-2B，PP-2B)完成的。DA与D2R结合后可以通过以下两条途径发挥作用:①阻碍D1类受体活动，减少cAMP的生成，影响PKA途径信号转导;②增加细胞间Ca2+水平，可以引起PP-2B的激活;两条途径都可以导致DARPP-32的Thr34位点去磷酸化，而其去磷酸化后，对PP-1的强效抑制作用即解除。

此外，Thr-75位点可被 CDK5磷酸化，此时DARPP-32成为PKA的抑制剂，可通过抑制PKA使Thr34-DARPP-32磷酸化能力降低;谷氨酸受体NMDA(N-methyl-D-aspar-tate)、AMPA(a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxa-zolep-propionate)可以通过与 D1R、D2R相互作用共同调控DARPP-32的磷酸化状态，影响直接通路的活化程度。总之，DARPP-32磷酸化调控机制非常复杂，上游不同物质可以通过多条途径对其不同位点的磷酸化与去磷酸化进行调控，进而影响其下游效应蛋白底物，通过对直接与间接通路活性状态的调控，保持机体生理功能的正常发挥。

三、DARPP-32功能异常与LID发生机制

目前认为LID的发生与服用半衰期较短的外源性DA引起突触前DA间断性释放波动性刺激纹状体DA受体后引起的下游突触后神经元功能改变所导致的直接通路与间接通路之间的失衡以及清除异常运动信息功能的破坏有关，在此期间，DARPP-32不同位点磷酸化功能异常导致直接通路活动的活性异常增强与LID的形成关系密切，但确切机制尚不清楚。

Picconi、Hakansson、Santini等先后研究发现，DA与D1R结合后使得Thr34-DARPP-32过度激活，直接通路过度活化，最终导致LID的发生。Nishi等研究发现CDK5可使Thr34-DARPP-32过度磷酸化，过度激活直接通路，导致LID发生。Lebel等研究表明纹状体内 DARPP-32通过抑制 PP-1促进ERK1/2的磷酸化，过度激活直接通路，导致LID的发生。

国内学者牛轶瑄、梁直厚等研究发现PD长期反复LD波动性治疗可使D1R下游突触后神经元内DARPP-32的Thr-34位点的磷酸化水平增加，导致直接通路过度活化。牛轶瑄等进一步研究证实D1R下游突触后神经元内PDyn等蛋白表达改变和效应蛋白底物磷酸化修饰增加，选择性异常活化直接通路，使基核环路失衡进而引起LID的形成。陈志斌等研究发现LID大鼠纹状体内DARPP-32的Thr-34位点的磷酸化水平发生了明显变化，可能造成了直接通路过度活化，引起直接、间接通路的平衡失调及清除异常运动信息的功能被破坏，最终导致了LID的发生。宋璐等研究发现，纹状体DARPP-32的Thr-75位点的磷酸化水平减低参与了LID的发生。徐岩等研究表明纹状体内DARPP-32可通过抑制PP-1促进纹状体内直接通路上的重要信号分子ERK1/2的磷酸化，进而促进下游靶基因的表达来影响神经元突触可塑性，参与LID的发生。

四、展 望

综上所述，在神经系统中，DARPP-32的磷酸化和去磷酸化受多种物质的调节，通过对PP-1活性的影响，进而调节神经元的电化功能，参与多种生理功能和病理过程。其磷酸化功能异常特别是Thr-34位点的过度磷酸化导致直接通路活动的异常增强与LID的形成关系密切。但LID形成机制复杂，不同神经递质变化对DARPP-32磷酸化的影响及其相互作用机制、DARPP-32不同位点的磷酸化及其相互作用机制、DARPP-32异常磷酸化后对下游效应蛋白底物的影响及上下游相互作用机制等尚未完全阐明，有待进一步深入研究。

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