α-Synuclein 诱发的小胶质细胞激活在帕金森病发生发展中的作用

乔 森，罗建红，金静华 综述

(浙江大学医学院神经生物学系、卫生部医学神经生物学重点实验室、浙江省神经生物学重点实验室，浙江 杭州 310058)

帕金森病是全球第二大神经退行性疾病，同时也是最常见的运动障碍性疾病，目前，65岁以上人群中约有百分之一患帕金森病［1］。帕金森病的主要临床症状是运动迟缓、僵直、震颤、嗅觉功能障碍、自律功能障碍、睡眠紊乱［2］。帕金森病的主要病理特征是黑质致密部多巴胺能神经元进行性死亡，以及出现异常聚集的α-Synuclein 构成的路易氏小体［3-4］。尽管帕金森病的发生发展机制还不清楚，但越来越多的研究表明，免疫炎症反应、线粒体功能障碍和氧化应激参与了帕金森病的发生发展过程［5-6］。

研究表明，免疫炎症反应参与了许多退行性疾病，如多发性硬化症、阿尔茨海默症、帕金森病的发生发展过程［7］。小胶质细胞是中枢神经系统免疫炎症反应的主要参与细胞，激活的小胶质细胞会改变细胞形态、产生氧自由基、抗炎因子(IL-10 等)、炎症因子(TNF-α、IL-1β，IL-6 等)、增加吞噬能力［8］。流行病学资料以及动物模型研究均提示小胶质细胞的激活参与了帕金森病的发生发展过程［9，10］。由于逐渐认识到小胶质细胞的激活和α-Synuclein 在帕金森病的发生发展中的重要作用，很多关于两者以及两者之间关系的研究已经展开。

1 α-Synuclein 结构特点

α-Synuclein 的编码基因位于4 号常染色体，有7个外显子。α-Synuclein 和β-Synuclein，γ-Synuclein 同属于突触核蛋白家族［11］，主要表达于中枢神经系统，高表达于皮层和海马及黑质的神经元突触前末端，在其他细胞如小胶质细胞、星形胶质细胞和少突胶质细胞中也有表达，在正常状态下，α-Synuclein 在神经传递和突触可塑性中发挥作用［12］。α-Synuclein 由140个氨基酸残基构成，最初作为阿尔茨海默症中淀粉样蛋白中非Aβ组分的前体被发现。α-Synuclein 主要包括三个部分:N 末端，NAC(非Aβ组分)结构域，C 末端。N 末端包含4个KTKEGV 重复序列和3个与家族性帕金森病紧密关联的突变位点:E30P、E46K、A53T，N 末端主要参与α-Synuclein 与膜的结合以及α-Synuclein 的运输。NAC 区主要由疏水残基构成，有3个KTKEGV 重复序列和1个磷酸化位点，可以与Aβ 相互作用，促进Aβ 聚集，参与阿尔茨海默症发生发展进程［13］，并且也促进α-Synuclein 的异常聚集［14］。C 末端有1个磷酸化位点和3个硝化位点，主要参与分子伴侣活性和降低α-Synuclein 的聚集［15-16］。

2 α-Synuclein 和炎症的关系

2.1 α-Synuclein 在细胞之间的传递 虽然α-Synuclein 一直被认为是细胞质内蛋白，但是最近的研究发现，在正常个体和帕金森病患者的脑脊液与血液中有单体和寡聚体形式α-Synuclein 出现［17］，与正常人相比帕金森患者脑脊液和血液的寡聚体形式的α-Synuclein 水平显著升高。而且有研究发现，α-Synuclein 单体和聚集化结构可以很迅速地以不依赖内质网/高尔基体的胞吐形式从细胞内分泌出去［18］。Brundin 等研究发现，α-Synuclein 通过内吞作用在相邻细胞之间传递，这些通过内吞进入细胞的α-Synuclein 跟胞质内原有的α-Synuclein 相互作用，进一步加快α-Synuclein 的聚集，形成路易氏样包涵体;这种α-Synuclein 的聚集作用在细胞之间的传递可能在帕金森病的病情发展恶化起到重要做用，这也为帕金森病发病过程中神经元损伤从黑质向其它脑区扩散提供了新的解释［19］。Lee 的研究小组测试了神经元细胞、小胶质细胞、星形胶质细胞对胞外聚集化的α-Synuclein 的内吞能力，以及随后在细胞内对α-Synuclein 的降解能力，发现小胶质细胞对α-Synuclein 的内吞和降解能力都是最强的，但是激活后的小胶质细胞对α-Synuclein 的降解能力降低，导致α-Synuclein 在其胞质中聚集。对于小胶质细胞不同状态对α-Synuclein 的降解能力不同的研究提示，在帕金森病发病过程中小胶质细胞激活后对α-Synuclein 的降解能力降低，可能会造成α-Synuclein 在小胶质细胞中沉积，这会引起小胶质细胞的持续激活，并最终对多巴胺能神经元产生慢性长期损害［20］。这些发现提示，细胞外的α-Synuclein 可能会在帕金森病的发生发展中发挥作用。

2.2 α-Synuclein 对小胶质细胞激活作用细胞水平研究

2.2.1 聚集化α-Synuclein 激活小胶质细胞的研究 α-Synuclein 能激活小胶质细胞的证据最早来源于直接用聚集化的α-Synuclein 处理小胶质细胞的研究。在这个研究中，小胶质细胞对聚集化的α-Synuclein 的吞噬以及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)的氧化，在聚集化的α-Synuclein 激活小胶质细胞以及由此引发的神经元毒性的过程中发挥关键作用，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase，PHOX)敲除的小胶质细胞在聚集化α-Synuclein 刺激下，比正常的小胶质细胞在同样刺激条件下产生的神经毒性少;这提示聚集化的α-Synuclein刺激小胶质细胞产生氧自由基并最终对多巴胺能神经元造成神经毒性，这同时也暗示损伤或死亡的神经元释放的聚集化的α-Synuclein 会进一步对神经元造成长期持续的损害［21］。Zhang 等人关于α-Synuclein 对小胶质细胞激活作用的后续研究提示，Scavenger 受体介导了α-Synuclein 的内吞，但是对α-Synuclein 引起的小胶质细胞释放的超氧化物的产生没有明显影响;MAC1 虽然没有参与α-Synuclein 的内吞，但是调节了超氧化物的产生。此项研究表明，α-Synuclein 可能通过与MAC1 直接结合，随后活化PHOX 产生氧自由基，最终释放到胞外的氧自由基对多巴胺能神经元造成损伤［22］。虽然研究表明，正常状态下出现的单体α-Synuclein 也有激活小胶质细胞的能力，但是，在帕金森病病理状态下出现的聚集化的α-Synuclein 比单体状态下的α-Synuclein 有更强的刺激小胶质细胞的能力，并最终对神经元产生更强的伤害［23］。

Kim 等人研究了基质金属蛋白酶(Matrix Metalloproteinases，MMP)途径在外源性的聚集化的α-Synuclein 引起的小胶质细胞激活中的作用，发现聚集化的α-Synuclein 刺激后，小胶质细胞的MMP-3、MMP-8、MMP-9 表达升高，小胶质细胞会释放MMP，胞外环境中的MMP 可以通过PARs 受体激活小胶质细胞，而在随后的下游通路研究中发现，MMP-3、MMP-9 是通过与炎症反应密切相关的MAPK、NF-kB、和AP-1 通路发挥作用。MMP 可以通过自分泌和旁分泌的形式激活小胶质细胞，这可能引起更大范围的小胶质细胞激活，并对神经元造成更大范围的损伤［24］。

2.2.2 硝化的α-Synuclein 激活小胶质细胞的研究 α-Synuclein 在C 末端有三个硝化位点，在氧化应激和聚集化情况下，α-Synuclein 可以被硝化。在帕金森患者的脑中检测到有硝化的聚集化的α-Synuclein 出现，而且损伤的多巴胺能神经元能够释放硝化的α-Synuclein 聚集体［25］。体外研究发现，重组的硝化的α-Synuclein 聚集体能够刺激小胶质细胞释放炎症因子，改变小胶质细胞的形态，并通过小胶质细胞最终对多巴胺能神经元产生神经毒性［26-27］。

2.2.3 突变的α-Synuclein 激活小胶质细胞的研究 α-Synuclein 有3个与家族性帕金森病紧密联系的错义突变:A53T 和A30P 及E46K。在体外的原代小胶质细胞培养体系中分别用单体形式的α-Synuclein 3 种突变体处理，结果显示，与野生型的单体α-Synuclein 相比A30P 和E46K 引起小胶质细胞释放了更多了促炎因子。随后的机制研究表明，这3 种突变体可能同过NADPH 的氧化以及与Mac-1 的结合发挥作用［22，28］。

2.2.4 α-Synuclein 基因敲除和过表达细胞体系研究 Austin 等人从α-Synuclein 基因敲除的小鼠中获得的小胶质细胞，在形态方面和正常的小胶质细胞相比有很大的不同，被刺激活化后α-Synuclein 基因敲除的小胶质细胞和正常的小胶质细胞相比释放了更多的如TNF-α和IL-6 等促炎症因子，但是与正常的小胶质细胞相比，α-Synuclein 基因敲除的小胶质细胞展示了较弱的吞噬能力［29］。Wood 研究小组构建了过表达野生型和过表达突变体A53T α-Synuclein 的神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y 体系，并且在过表达细胞体系培养液中用蛋白电泳方法检测到了α-Synuclein，接着他们用过表达体系的培养液处理小鼠小胶质细胞瘤细胞BV2，结果BV2 细胞的促炎因子如TNF-alpha 和IL-1alpha 及IL-1beta 的mRNA 水平与释放都有显著升高;而用MPTP 处理过表达体系后获得的培养液刺激BV2 细胞，同样观察到炎症反应发生，但是直接用MPTP 处理BV2 细胞没有观察到炎症反应发生［30］。Combs 小组在BV2 细胞中过表达野生型和突变型的α-Synuclein，并用蛋白电泳、酶联免疫技术观察BV2 细胞的炎症反应，结果发现过表达α-Synuclein 的BV2 细胞TNF-α、IL-6、NO 的释放量显著升高了，但是与正常BV2 细胞相比过表达细胞体系具有较弱的吞噬能力［31］。

2.3 α-Synuclein 对小胶质细胞激活作用动物模型水平研究 Standaert 等人在小鼠黑质中过表达人源α-Synuclein，结果检测到促炎因子和NF-κB 的亚单位p65 表达水平升高，而在FcγR敲除小鼠中这一现象明显减弱。这提示NF-κB和FcγR 参与了由α-Synuclein 引发的炎症反应［32］。Mouradian 等人在转基因小鼠模型中研究了α-Synuclein 的磷酸化对小胶质细胞激活的影响，研究发现磷酸化修饰的α-Synuclein 具有激活小胶质细胞的能力，而用磷蛋白磷酸酶对α-Synuclein 进行去磷酸化作用后，小胶质细胞的激活水平明显降低［33］。

3 结语

小胶质细胞的过度激活以及其引起的多巴胺能神经元的损伤可能在帕金森病的发生发展中发挥了重要作用。在帕金森病的发病过程中，异常聚集α-Synuclein 会在细胞之间扩散，并且会被释放到胞外环境中。这些胞外的α-Synuclein 可能同小胶质细胞上的MAC1 受体结合激活小胶质细胞，产生氧自由基和细胞毒性因子，最终对多巴胺能神经元产生损伤。基于以上研究，干扰α-Synuclein 引起小胶质细胞的激活，将成为治疗帕金森病的策略之一。

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