突触后致密物-95研究新进展

何振斌，原鹏程，徐龑飞，张吉强

(1第三军医大学，重庆400038;2第三军医大学基础医学部)

突触后致密物-95(PSD-95)是膜相关的鸟苷酸激酶(MAGUK)家族的一员［1］，是突触的支架蛋白与复杂的蛋白—蛋白作用区。PSD-95的结构中包含了3个PDZ区，一个SH3区或WW 基序(两个保守的色氨酸残基)和一个同源的鸟苷酸(gGK)区，其中PDZ结构域在不同膜蛋白中具有不同结构。PSD-95在突触部位发挥较多功能，其中最重要的功能是与膜蛋白相互作用，调节它们在突触中的定位。本文仅对PSD-95在生理和病理条件下作用的某些新进展综述如下。

1 生理条件下PSD-95的功能

1.1 参与视觉发育敏感期视皮层神经元可塑性的调节 视觉发育研究发现，视皮层在出生后相当一段时间内无论是从形态还是功能方面均处在尚未成熟的发育阶段，因而表现出很大程度的可塑性。在这早期发育的关键期，视觉环境的微小改变均可影响到整个视皮层的发育过程。突触是视神经信息传递的关键部位，是神经元相接触部分的特化区，其变化与神经系统的功能状态关系密切。安喜艳等［2］研究发现，大鼠出生后2～3周内，PSD-95表达迅速升高，以后持续在较高水平;在大鼠视觉发育的关键期早期达高峰，二者之间呈现一定的正相关性，由此推测其可能参与视觉早期的发育。Yoshii等［3］发现，睁眼能够使大鼠视觉神经元的PSD-95含量增加，并且这种增加仅见于大鼠的发育阶段，而不是在发育成熟期;单眼剥夺性大鼠视皮层的PSD-95蛋白的表达较正常值减少。这种减少可能与以下两种机制有关:一是由蛋白的合成减少，二是可突触后PSD-95蛋白的重新分布。这表明PSD-95在长时程增强和经验依赖可塑性中发挥作用

1.2 整合N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)突触信号 PSD-95是在谷氨酸能突触的PSD中的一种特殊蛋白质，通过不同结构域与其他蛋白相互作用，不仅能串集NMDAR及其信号通路中的相关蛋白分子，组成受体—信号分子—调节分子—靶分子复合物;还可通过突触前后黏附分子的相互作用，参与突触连接的形成和维持，在介导和整合NMDAR信号转导中具有关键性作用［4］。研究表明，NMDAR与长时程突触增强、学习记忆、神经系统生长发育的可塑性、缺血缺氧损伤及老年性痴呆等神经退行性疾病有密切关系。PSD-95过度增加后，传递了NMDAR过表达介导的神经信号。在缺血缺氧的情况下，抑制PSD-95的表达或PSD-95与NMDAR的结合则对兴奋性毒性和缺血性脑损伤有保护作用。而在缺血晚期PSD-95减少，NMDAR于学习记忆的传导通路上的功能变弱，从而导致血管性痴呆(VaD)的发生。PSD-95具有簇集相互作用蛋白质、形成异源性信号复合体的功能，是其对NMDA受体信号传递的整合作用的关键所在。影响其机制的因素目前认为有以下几种:①GKAP和SAPAP能够同时与多个PSD-95的鸟苷酸结构域结合，有助于PSD-95的多聚化。②PSD-95的PDZ结构域与NMDAR亚单位的C-末端结合，而NMDAR通道都是以多聚体形式存在。研究证实，PSD-95的N末端2个保守的半胱氨酸残基所形成的二硫键为蛋白多聚化所必需。这些半胱氨酸也是棕榈酸化位点，而棕榈酸化可动态调节蛋白质与脂质双分子层的相互作用。脑内PSD-95是棕榈酸化的，其N末端任一半胱氨酸的突变都可破坏棕榈酸化及其与脂质双层的缔合。所以认为，另外一种机制是PSD-95通过本身的聚合作用把相互作用的蛋白分子簇集在一起，N末端的2个半胱氨酸还具有PSD-95的膜定位作用，也有助其分子簇集。如前所述，CRIPT可与PSD-95的PDZ-3结构域结合，并介导其与微管蛋白骨架的关联。当CRIPT和PSD-95在异源性细胞共表达时，PSD-95从弥散分布状态转变为与CRIPT一起定位于微管细胞骨架。因此，CRIPT也是介导PSD-95整合机制的重要分子。PSD-95/受体复合物的稳定性，可能受细胞骨架决定。PSD-95可与细胞骨架进行直接或间接的联系，而NMDAR也能与细胞骨架结合，它们共同形成一种稳定的脚手架结构，保证了相关蛋白质的簇集和对NMDAR信号转导的整合作用。

1.3 参与认知功能 以β与淀粉样蛋白(Aβ)为核心的老年斑、微管相关蛋白Tau过度磷酸化所致的神经纤维缠结、神经细胞凋亡所致的基底前脑胆碱能神经功能障碍和海马广泛的神经元丢失等是老年痴呆症典型的病理特征。老年痴呆与认知功能降低密切相关的是脑中突触终端的丢失。突触的丢失是早期认知功能降低的核心事件。在患者脑中残存的突触终端，Aβ低聚集的同时伴有PSD-95的减少。当PSD-95含量减少时，会出现依赖海马的学习记忆功能的缺陷。当敲除PSD-95基因时，小鼠学习和记忆功能出现障碍。何雨等［5］研究证实，在小鼠痴呆病例中，小鼠的认知记忆能力下降，同时PSD-95的表达也呈现大幅度下降趋势。王宇等［6］在用假手术组、银杏叶处理的痴呆大鼠干预组、正常组、模型组做实验时，发现干预组和正常组中PSD-95的表达均高于模型组。王曼等［7］研究表明，AD患者脑内神经淀粉样变性的产生必然导致突触后结构的变化，PSD-95的含量减少影响调节和聚合受体对稳定突触连接的作用，转导膜受体信号功能也受到影响，从而AD患者出现记忆和认知功能的障碍。

1.4 参与脊髓发育 沈爱国等［8］研究发现，PSD-95在老鼠脊髓的分布因年龄而异。在新生鼠脊髓中，PSD-95高表达在后角感觉神经元;而在成年后，PSD-95特化为突触结构分布于后角的板层中，而后角浅表板层是处理伤害性刺激的基本中心。这提示PSD-95与外周感觉传入有关。在生后发育早期，PSD-95高表达在脊髓前角NeuN阳性的运动神经元，并被突触蛋白(synapsin)阳性的突触结构所包绕。PSD-95与synapsin于生后1周主要定位于小脑浦肯野细胞胞体和短的树突上，在小脑皮层中存在一致性分布。二者可能共同参与中枢神经系统的发育成熟、突触的形成以及神经可塑性调节过程，即PSD-95在脊髓发育过程中呈现明显的动态变化，并在生后发育的“关键时期”表达上调。

1.5 维持突触可塑性 突触后可塑性结构基础最重要的是PSD这种超微结构，它附于突触后膜胞质侧厚约50 nm处，含有30余种与突触传递紧密相关的蛋白成分。PSD的相关蛋白包括fodrin、微管蛋白、钙调蛋白、shank1和PSD-95等。PSD-95与其他相关蛋白相互作用，不仅能够串集NMDAR及其信号通路中的相关蛋白，组成受体—信号分子—调节分子—靶分子复合物;还可通过PSD多种蛋白的相互作用，参与突触连接的形成和维持，在介导和整合NMDAR信号转导中具有关键作用［8］。其功能主要有调节和聚合受体、稳定突触连接的结构、转导膜受体信号等，也是信息传递和记忆形成的重要场所。其中，维持突触的功能和形态是PSD-95的主要功能体现。目前认为其机制是PDZ-1、PDZ-2与离子型谷氨酸受体的NR2亚单位C末端相结合，从而有利于长时程增强(LTP)的产生;LTP使PSD-95水平的升高，从而募集更多的离子型谷氨酸受体，从而改变突触电流;LTP的形成使突触后细胞释放一些逆向信使分子作用于突触前末梢，诱导新的mRNA的产生，从而使突触结构发生改变。

2 病理条件下PSD-95的作用

2.1 引起人类多种疾病 谷氨酸兴奋性毒性是多种重大脑病中神经元损伤，如缺血性脑病、神经退行性脑病、癫痫等的主要因素。PSD-95对兴奋性信号进行整合，主要是通过N-端PDZ结构域、SH3结构域、SrcPTKs募集谷氨酸受体及其下游多种特异的信号分子，促使特异性信号模块的形成，从而在突触后水平。PSD-95以其N-端PDZ结构域与谷氨酸NMDAR的NR2亚基和KA受体的GluR6亚基相结合。这些相互作用对于NMDAR、KA受体在突触后膜的聚集以及兴奋性信号的传递是非常重要的。PSD-95分别通过PDZ2、SH3结构域与SrcPTKs及其上游激活剂Pyk2相互作用，调节SrcPTKs活性，进而磷酸化 NR2亚基并增强 NMDAR功能［9］。NMDAR激活诱导的钙离子内流通过NR2-PSD-95-nNOS信号模块将钙离子信号快速并特异地传递给神经元型一氧化氮合酶(nNOS)，从而参与兴奋性毒性和缺血性脑损伤，引起缺血性脑中风。大量研究表明，在精神分裂症中谷氨酸功能呈下调的趋势，在精神分裂症患者不同的边缘叶离子型谷氨酸受体的异常表达。这种病的发病机制可能与受体表达的异常及与NMDAR相联系的细胞内信号转导机制有关。有研究表明，精神分裂症患者脑中PSD-95的表达发生了改变。PSD-95通过蛋白质—蛋白质间相互作用，促进NMDA受体在突触后膜的聚集和锚定，调节NMDA受体对谷氨酸盐的敏感性，甚至它还能通过装配组成信号模块，调节NMDAR相关的细胞内过程。neuregu-lin-1基因的表达产物Neuregulin-1(Nrg-1)主要分布于细胞膜上，Nrg-1的胞内结构域部分可以转位至细胞核内，促进PSD-95基因的启动子活性，增强PSD-95的蛋白表达。NMDAR功能下调时，PSD-95与N rg-1受体ErbB4相互作用的增强，二者呈现一定的相关性。PSD-95的异常表达所引起的级联反应以及神经元坏死或凋亡，被视为成为癫痫发生和发展的一个重要原因。

2.2 参与传递损伤信号 梁红霞等［10］研究发现，在大鼠脑损伤后3～6 h，PSD-95蛋白表达升高，12 h出现第1个高峰，随后短暂回落，在5 d又继续升高，达第2个高峰，7 d后开始下降，即呈现升高—回落—升高—回落的趋势。采用自由落体模型造成大鼠脑损伤，发现在伤后30 min～6 h内伤侧大脑皮层NMDAR开始增加的时间与PSD-95蛋白第1个高峰的时间段相近。因此推测，PSD-95具有整合NMDAR突触信号的功能，而其发挥作用的同时需要NMDAR存在。所以，PSD-95蛋白含量变化的第1个高峰参与损伤信号传递的作用。

2.3 参与炎症反应 沈爱国等［11］研究发现，脊髓损伤(SCI)后PSD-95在基因和蛋白水平呈现明显的时相变化，并且损伤后高表达在活化的炎症细胞。这提示PSD-95参与了脊髓继发性损伤过程，兴奋性氨基酸的释放及其相应受体活化是脊髓损伤SCI后继发性损伤重要因素之一。有研究表明，PSD-95 mRNA及其蛋白水平在SCI后呈现逐渐下降的趋势，mRNA在5 d后降到最低水平，蛋白水平在7 d后最低。PSD-95与神经型一氧化氮合酶(nNOS)在SCI后8 h存在着共定位关系，并且还高表达于损伤局部活化中性粒细胞和巨噬细胞。有研究用免疫荧光双标技术观察了SCI 7 d后PSD-95与中性粒细胞标记物MPO和巨噬细胞标记F4/80的共定位情况，结果证实PSD-95与这两种炎症细胞存在着部分共定位，即PSD-95可能参与SCI后的继发性炎症反应。

2.4 参与疼痛调控 李旭等［12］等发现，脊髓腰膨大的特异性PSD-95基因沉默可显著逆转神经病理性疼痛大鼠的机械及热痛觉敏感，进一步证明了PSD-95基因在神经病理性疼痛中的作用。PSD-95作为多种受体的锚定蛋白，对神经细胞的生长活力及信号转导通路都有重要的影响。沉默大鼠脊髓PSD-95可能会通过影响神经元对抗病理性损伤的能力和(或)调节中枢敏化相关的信号转导机制，而起到治疗神经病理性疼痛的效果。此外，PSD-95基因敲除小鼠由AMPAR介导的突触传递受到明显的抑制。Garry等发现，PSD-95在神经病理性敏化中起重要作用，表达突变的PSD-95小鼠其NMDAR依赖的痛觉过敏及异常疼痛有所减轻。Tao等［12］也证明，PSD-95在外周神经损伤引起的神经病理性疼痛中起重要作用。

总之，PSD-95是兴奋性突触的重要组成蛋白之一，对兴奋性突触的发生与功能维持具有极为重要的意义。目前诸多研究报道了PSD-95在生理和病理状态下神经系统某些部位的表达变化，并对其作用的分子机制进行了探讨;基因敲除实验证实了PSD-95在突触传递中不可或缺的作用。如何安全有效地调控特定部位的表达，从而达到消除病痛、治愈患者而不影响此外的别的神经系统结构与功能，将是未来神经生物学研究的核心课题之一，以PSD-95为靶向的预防或治疗某些神经或精神疾病的研究值得深入开展。

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