帕金森病的朊蛋白病样作用机制研究进展

袁晓琴郭晓燕商慧芳

·综 述·

帕金森病的朊蛋白病样作用机制研究进展

袁晓琴*郭晓燕*商慧芳*

帕金森病 α突触核蛋白 朊病毒

帕金森病（Parkinson disease,PD）是第二常见的神经系统变性疾病。PD最主要的病理学特征是黒质多巴胺能神经元内路易小体（其主要成分是错误折叠的α-突触核蛋白）形成[1]。目前，PD确切的病因和发病机制尚未明确，可能与遗传、环境、氧化应激、线粒体功能障碍、免疫炎症等多种因素共同作用有关[2]。最近，有研究表明，作为PD发病机制中的重要环节--异常聚集的α-突触核蛋白[3]，具有与朊蛋白相似的作用方式[4]，即能够在细胞内发生错误折叠并引发异常聚集，以及在细胞间发生转移而在神经系统内播散，因此PD可能具有与朊蛋白病类似的病理过程，也可能是一种朊蛋白病，本文就这方面的研究内容综述如下：

1 朊蛋白和朊蛋白病

人类朊蛋白（prion protein,PrP）由位于20号染色体短臂的朊蛋白基因（PRNQ）编码，有两种异构体，分别是存在于正常细胞的正常朊蛋白（PrPC）和导致朊蛋白病异常羊瘙痒病的病理性朊蛋白（PrPSC）。两种异构体的氨基酸序列无差别，但蛋白质的空间构型不同。正常朊蛋白（PrPC）是α-螺旋结构的水溶性蛋白质，能被蛋白酶水解，其生物学功能目前还不明确。病理性朊蛋白（PrPSC）则是错误折叠的β-片层状结构的蛋白质，不溶于水，亦不能被蛋白酶水解[5]。PrPSC的作用方式包括：①PrPSC在细胞内传染扩增：细胞内错误折叠的PrPSC可以促使PrPC发生构象改变从而转变为PrPSC；②PrPSC在细胞之间转移：PrPSC可以在受累细胞与正常细胞之间进行转移，并引发宿主细胞内PrPC错误折叠导致构象改变从而转化为PrPSC[6]。不断积累增多的PrPSC沉积在脑组织中，可引起神经细胞退行性改变，导致散发性中枢神经系统变性疾病，称为朊蛋白病[7]。

2 α-突触核蛋白与PD

α-突触核蛋白是一个由140个氨基酸组成的蛋白质，主要存在于突触前神经元。其功能可能与神经元的可塑性、细胞分化、囊泡运输和多巴胺摄取的调节有关[8-9]。α-突触核蛋白包括3个结构域：①氨基末端结构域，能够与细胞膜的脂质结合形成α螺旋结构，进而引起α-突触核蛋白错误折叠并引发聚集；②非淀粉样成分结构域（non-am⁃yloid component，NAC），当错误折叠发生，其随机卷曲结构可以形成片层，导致纤维形成；③非结构化形式的羧基末端结构域，能够抑制纤维形成。这3个结构域都与α突触核蛋白聚集的发生密切相关。正常情况下α-突触核蛋白以非折叠的结构形式存在于细胞浆，当其氨基末端结构域结合到细胞膜，就形成了α-螺旋结构[10]，该结构进一步在细胞膜上发生错误折叠和聚集[11]，NAC结构域由无规卷曲结构形成β-片层结构，导致α-突触核蛋白原纤维和纤维形成[12]。

通过比较我们发现，α-突触核蛋白和朊蛋白分别作为PD和朊蛋白病最主要的病理学特征，作用方式存在以下相同之处：①α-突触核蛋白与朊蛋白在生理状态下都主要以无结构或α-螺旋结构的形式存在，但是在表达量较高或发生突变时可以转变为富含β-片层的构象从而发生错误折叠，导致蛋白质的异常聚集，最终导致神经元变性；②错误折叠的蛋白质能够作为模板继续引发更多正常构象的蛋白质发生聚集；③错误折叠的蛋白质均能被神经元摄取并且能够在细胞之间进行转移。以下，文章将从α-突触核蛋白在神经系统内的播散、转移、聚集、分泌及摄取等方面进行介绍。

3 α-突触核蛋白的作用方式

3.1 α-突触核蛋白在神经系统内的播散Braak等对不同病程PD患者的研究发现，在PD的不同病程阶段，α突触核蛋白按照特定的顺序在神经系统内播散。在无症状的临床前期，α-突触核蛋白出现在嗅球和舌咽迷走神经背核；运动症状早期，α-突触核蛋白出现在黒质、中脑、基底节；临床晚期，α-突触核蛋白弥散的分布在整个大脑皮层[13]。虽然每一例患者随疾病进展神经细胞发生变性的顺序与Braak假说提出的顺序不完全相同[14]，但这一假说为α-突触核蛋白通过朊蛋白样作用机制在神经系统内播散，从而导致发病的假说提供了一定的理论依据[15-16]。

3.2 α-突触核蛋白在细胞间的转移2009年Desplats[17]和他

的同事将小鼠的皮层神经元干细胞移植到能够表达人类α-突触核蛋白的转基因小鼠的海马中，4周后发现约15%移植神经元干细胞内的人α-突触核蛋白阳性，表明人α-突触核蛋白纤维从宿主神经元转移入移植神经元；2011年，Hansen等[18]将野生型胚胎鼠的中脑多巴胺能神经元移植到能够稳定表达人类α-突触核蛋白的小鼠纹状体，6个月后，移植的多巴胺能神经元中出现异常聚集的人α-突触核蛋白纤维。

这些研究都表明，错误折叠的α-突触核蛋白纤维能够以类似朊蛋白的作用方式在细胞间转移，，促进受体细胞中的α-突触核蛋白发生聚集。

3.3 α-突触核蛋白的异常聚集Volpicelli-Daley等[19]将纯化的重组人α-突触核蛋白纤维注射入培养的原代海马神经元细胞中，导致内源性的α-突触核蛋白聚集，形成类似路易小体的包涵体，最终导致神经元死亡。随后，研究者将纯化的重组人α-突触核蛋白纤维注射入野生型小鼠背侧纹状体中，结果发现在与小鼠纹状体相邻的多个脑结构中都观察到了类似路易小体的包涵体[20]。

此外，Mougenot等[21]从过度表达人A53T突变α-突触核蛋白的老年发病小鼠（12～18个月）脑组织匀浆中提取不溶的α-突触核蛋白聚集物，将它注射入年青的转基因小鼠（7～9周）脑中，结果发现年青的小鼠脑中出现α-突触核蛋白聚集并出现早期PD症状。而将SNCA基因敲除的小鼠接受注射后，却没有出现α-突触核蛋白的聚集，也没有出现PD症状。在最近的另外一项研究中，Recasens等[22]将来自PD患者黒质神经元内路易小体的提取物注射入野生型小鼠和猴的黒质或纹状体，导致宿主神经元内α-突触核蛋白聚集和多巴胺能神经元发生变性。而在缺乏α-突触核蛋白表达的动物体内，没有出现α-突触核蛋白聚集和神经元变性。以上研究表明，α-突触核蛋白异常聚集的病理过程是外源性的异常的α-突触核蛋白作用于宿主细胞自身表达的正常α-突触核蛋白，进而导致后者发生聚集。

3.4 α-突触核蛋白的分泌α-突触核蛋白可通过细胞外分泌和外泌体两种途径分泌至细胞外。

①细胞外分泌途径：在生理情况下，活细胞能够通过细胞外分泌将少量的α-突触核蛋白分泌到细胞外[23]。例如，在已分化的人类神经元胚胎干细胞和老鼠原代皮质神经元的培养基中[18]，以及人的脑脊液和血浆中都可以检测到α-突触核蛋白[24]。此外，少部分α-突触核蛋白也可以由肠神经元通过神经调节方式释放[25]。

②外泌体途径：外泌体(exosome)是由胞内体产生的直径为30～100 nm的小囊泡，能够介导远距离的蛋白质、mRNA及micRNA的转运。α-突触核蛋白可以通过外泌体循环直接释放到细胞外[26]或者被整合进分泌囊泡，随后由胞外分泌释放[27]。有研究表明，包含α-突触核蛋白的外泌体的分泌依赖于钙离子的刺激[28]。

3.5 α-突触核蛋白的摄取α-突触核蛋白可通过以下三种途径进行细胞内摄取：①典型的细胞内吞作用。研究发现应用细胞内吞抑制剂，受体细胞摄取α-突触核蛋白的过程减弱[18]；②外泌体途径。Alvarez-Erviti等人发现含有α-突触核蛋白的外泌体能够将这种蛋白质转移到新的细胞，在这些细胞中形成包涵体[26]；③隧道纳米管途径。隧道纳米管存在于哺乳动物细胞内，可以介导远距离的物质交换和运输，比如小分子、细胞器和囊泡的交换[29]。最近，有研究表明隧道纳米管中存在α-突触核蛋白，推测α-突触核蛋白可通过此种方式在细胞间进行转移[30]。

此外有研究发现，体外培养细胞摄取α-突触核蛋白的能力与细胞类型和α-突触核蛋白的种类有关[28]，如低聚物形式α-突触核蛋白较单体分子能更快地进入细胞[31]。

4 展望

到目前为止，很多研究致力于揭示α-突触核蛋白具有朊蛋白样的作用机制，但是仍然有很多作用机制尚不明确。如果能明确α-突触核蛋白是朊蛋白样的蛋白质，PD是一种朊蛋白病样的疾病，可以为PD的治疗提供一些新的思路，如：①开发维持α-突触核蛋白正常构象的药物，防止其发生错误折叠和聚集，从而达到预防PD发生和阻止疾病进展的目的；②通过基因敲除编码α-突触核蛋白的SNCA基因，减少体内α-突触核蛋白的表达，从而阻止PD的病理进展；③制备抗α-突触核蛋白的抗体，减少错误折叠的α-突触核蛋白在细胞间转移。

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R743.3(

2014-07-22）

A（责任编辑:李立）

10.3936/j.issn.1002-0152.2015.02.015

☆ 四川省科技厅科技支撑计划（编号：2010SZ0069）；自然科学基金（编号：30973149）

* 四川大学华西医院神经内科（成都 610041）