Dynamin 在突触传递中的作用及其与疾病的关系

付新维综述，肖 争审校

（重庆医科大学附属第一医院神经内科，重庆400016）

Dynamin 在突触传递中的作用及其与疾病的关系

付新维综述，肖 争审校

（重庆医科大学附属第一医院神经内科，重庆400016）

动力蛋白质； 突触传递； 突触囊泡蛋白； 阿尔茨海默病； 肝肿瘤； Sezary综合征； 综述

神经传递依赖于通过局部质膜循环而持续供给突触囊泡循环[1]，突触囊泡在胞吐后进行的内吞对中枢神经元神经传递的维持十分重要[2]。而一个内吞囊泡的形成需要从细胞质中回收各种蛋白质，这些蛋白能调控质膜使其向内弯曲形成一个很深的内陷的芽，随后促进芽与质膜分裂。在整个内吞过程中，囊泡膜要经过剪切才能形成游离囊泡，该过程需要鸟苷三磷酸（GTP）水解提供能量。Dynamin作为一种GTP水解酶能调节质膜内陷，水解GTP供能，促使囊泡从突触前膜分离完成剪切过程，以完成囊泡的内吞[3]。若Dynamin功能发生异常，内吞等其他相关的生理功能也会失衡，最终将导致疾病的发生。本文将对Dynamin的功能及不同Dynamin亚型与疾病的关系作一综述。

1 Dynamin简述

Dynamin最初是作为一种微管相关蛋白从小牛大脑中分离出来的[4]，其在内吞中的作用是在后来的黑腹果蝇shibire基因研究中才被证实。在非许可温度下，shibire果蝇的神经末梢缺乏突触囊泡，并有网格蛋白小窝在突触前膜上积累[3]。这一发现使人推测，Dynamin对网格蛋白包被小泡在质膜上的形成过程至关重要[5]。

目前研究证实，Dynamin存在5个结构域：氨基末端GTP水解域（G域）、中间或“茎”结构域、普列克底物蛋白同源结构域（PH域）、GTP水解酶效应区域（GED域）、羧基末端富含脯氨酸结构域（PRD域）[6]。其中G域是Dynamin家族中高度保守的区域。与小GTP结合蛋白相比，Dynamin具有较低的GTP亲和力（10～100 μM）和高效GTP水解酶活性（1～20 min-1）。一旦Dynamin绑定到相应的作用位点，其他内吞相关因子就会触发该区域强大的GTP水解作用，导致囊泡形成和Dynamin到细胞质的再分配[5]。中间结构域在Dynamin形成二聚体的过程中起连接作用，并且使二聚体中2个GTP水解酶结构域处于交叉相反的状态[7]，这可能是Dynamin参与囊泡剪切过程中发挥作用的特殊构象。PH域来源于普列克底物蛋白，其在质膜上通过其自身的正电荷表面与带负电荷的磷脂、特别是磷脂酰肌醇4，5-二磷酸结合。当PH域发生寡聚体化时，其脂质结合能力显著增强[8]。GED域如同其名字一样，能直接与Dynamin的G域相互作用，对其GTP水解活性起正向调节作用。向未组装的Dynamin中添加独立的GED片段，可刺激其GTP水解酶活性增加50倍[9]；PRD域包含许多SH3结合位点，这些位点均有一段PXXP序列（X可代表任何一种氨基酸）。在内吞过程中，PXXP序列与许多包含SH3结构域的内吞相关蛋白相互作用，并将Dynamin锚定在内吞位点。

哺乳动物的基因组中存在 3种 Dynamin基因[6]。Dynamin 1在脑、神经元突触连接部位及神经内分泌细胞中选择性地高水平表达[1]，其含有8个剪接变体[6]，已被定位在人类染色体的9q34基因上。Dynamin 2在全身广泛表达[1]，含有 4个剪接变体[6]。Dynamin 3主要在睾丸和脑（其表达水平较Dynamin 1低很多）内表达，但在其他组织中也有发现，比如肺脏[10]，Dynamin 3含有13个剪接变体[6]。尽管这3种Dynamin亚型联系紧密，在总体上有80%的同源性，但不同的Dynamin亚型存在着不同的剪接变体，这可能是其表达和功能存在差异性的原因[6]。

2 Dynamin与疾病

鉴于Dynamin在介导突触囊泡内吞过程中的特殊功能，越来越多的学者开始对其与疾病的联系进行研究，并发现Dynamin的异常功能在基因遗传疾病中可能具有重要作用。

2.1 Dynamin 1与癫痫 Dynamin 1基因突变可导致小鼠癫痫发生和听力损伤[11]，这种发生在Dynamin 1中间结构域可变剪接区的错义突变（Ala408Tyr），可能影响了Dynamin 1的寡聚化[3]。用这些有错义突变的老鼠的神经元做电生理记录发现，在持续刺激后γ-氨基丁酸（GABA）能神经传导有一定缺陷[11]，这与Dynamin 1敲除小鼠细胞表现的缺陷相似[1]。在难治性颞叶癫痫大鼠急性期及慢性期的脑组织中，磷酸化Dynamin 1蛋白表达较同时期对照组显著降低[12]。另一个研究也发现，无论病程长短，Dynamin 1均存在于耐药性癫痫患者和癫痫动物模型的颞叶皮质中，与对照组相比，其mRNA、蛋白质的表达显著增高，而Dynamin 1特异性抑制剂dynasore能明显减少模型鼠癫痫发作及癫痫脑片中的痫样放电[13]。综上，不影响生活的Dynamin功能微缺陷可增加癫痫发作易感性，Dynamin应被视为人类癲痫特发病因的候选基因[3]。

2.2 Dynamin 1与阿尔茨海默病（AD） 近年来发现，Dynamin 1在AD患者额上回脑组织中的RNA和蛋白质水平均较健康人降低。细胞外淀粉样蛋白（Aβ）堆积形成的老年斑是AD主要的病理改变，而体外培养的海马神经元在受到Aβ刺激后，会引起Dynamin 1蛋白水平的下降，尤其是受到寡聚体形式的Aβ刺激后，Dynamin 1的下降更为明显。尽管在AD模型鼠中均得到了Dynamin 1在蛋白水平下降的结果[14]，但是在mRNA水平下降程度并未与蛋白水平表现一致，提示可能动物模型与人的AD发病机制并不完全一致。

2.3 Dynamin 2与组织特异疾病 进行性神经性腓骨肌萎缩（CMT）是一种以四肢肌无力和神经轴突传导受损为特征的周围神经病变[15]。中央核性肌病（CNM）是一组以进行性肌萎缩为表现的先天性肌病[16]，分为成年发病的轻微型和新生儿发病的严重型。在这2种常染色体显性遗传疾病患者体内确定了Dynamin 2中间结构域、PH域、茎区存在多个错义突变或删除[15-16]。其中轻微型CNM的发病原因之一就是Dynamin2的突变[17]。Dynamin2的突变增加了基因毒性，进而可能导致疾病的遗传[3]。

Dynamin 2突变是如何导致系统功能紊乱的机制尚不清楚。但有趣的是，CMT患者体内Dynamin 2的PH域上的突变更多地发生在氨基末端，而CNM患者Dynamin 2的PH域上的突变则更多地定位在羧基末端[18]。

2.4 Dynamin 2与AD 有研究发现，Dynamin 2基因内含子1和3非编码区的单核苷酸多态性与迟发型AD显著相关，说明Dynamin 2可能也是引起迟发型AD的因素之一[19]。有研究认为，Dynamin 2的下降引起了淀粉样前体蛋白在细胞膜的聚集，在脂伐（lipid raft）或早老素1的作用下，导致Aβ分泌增加。提示Dynamin 2与Aβ的异常代谢有关。同时，该研究还在82例AD患者外周血白细胞中发现，Dynamin 2的mRNA水平与11例对照患者相比显著下降[20]，这为Dynamin 2作为AD筛查的生物学指标带来可能性。

2.5 Dynamin 3与肝细胞肝癌（HCC） HCC是世界上第六大常见肿瘤和第三大癌症死亡原因[21]。通过对HCC患者组织进行甲基化分析得出，与邻近的正常组织相比，肿瘤组织的Dynamin 3呈现高甲基化状态。而肿瘤组织中的Dynamin 3表达水平有所降低，并且与无Dynamin 3表达下调的患者相比，肿瘤组织中Dynamin 3降低的患者预后较差，疾病特殊存活率降低。这一研究结果提示，Dynamin 3可能是HCC的一种抑癌基因参与HCC的发生发展[22]。

2.6 Dynamin 3与Sezary综合征 皮肤T细胞淋巴瘤中有2个经典分型：蕈样肉芽肿（MF）和Sezary综合征。与MF相比，Sezary综合征具有更强的侵袭性。皮肤T细胞淋巴瘤患者的存活率与疾病累计的血液、皮肤、淋巴结、内脏器官有关[23]。有研究对Sezary综合征患者外周血单个细胞进行了基因芯片差异性分析，发现包括Dynamin 3在内的7种基因具有显著差异，而且Sezary综合征相关的转录因子c-myb可调控Dynamin 3的表达。而对Sezary综合征患者和MF患者的研究中得出，Dynamin 3只在Sezary综合征患者的外周血和皮肤标本中存在上调。提示Dynamin 3与Sezary综合征存在密切关联，其表达情况可能影响Sezary综合征患者的存活率，而Dynamin 3也有望成为Sezary综合征早期诊断的新指标[24]。

3 小结与展望

目前，Dynamin的功能在体内和体外已被广泛研究，为揭示Dynamin在细胞生理事件比如内吞中的作用提供了强有力的见解。首先，Dynamin的5个结构域的基本功能已经大致显露，其寡聚体化后的结构及功能状态也有所阐述。但Dynamin的不同亚型参与囊泡内吞的具体分子机制等仍然是几十年来悬而不决的问题。其次，Dynamin不同亚型与人类各种疾病之间也存在着不可忽视的联系。作者相信，随着认识的深入和科技的发展，Dynamin的5个结构域在突触传递中的相互联系，不同亚型参与囊泡内吞及其在疾病中所扮演的角色将一一得到解析。

[1]Ferguson SM，Brasnjo G，Hayashi M，et al.A selective activity-dependent requirement for dynamin 1 in synaptic vesicle endocytosis[J].Science，2007，316（5824）：570-574.

[2]Clayton EL，Evans GJ，Cousin MA.Bulk Synaptic Vesicle Endocytosis Is Rapidly Triggered during Strong Stimulation[J].J Neurosci，2008，28（26）：6627-6632.

[3]Ferguson SM，De Camilli P.Dynamin，a membrane-remodelling GTPase[J]. Nat Rev Mol Cell Biol，2012，13（2）：75-88.

[4]Shpetner HS，Vallee RB.Identification of dynamin，a novel mechanochemical enzyme that mediates interactions between microtubules[J].Cell，1989，59（3）：421-432.

[5]Hinshaw JE.Dynamin and its role in membrane fission[J].Annu Rev Cell Dev Biol，2000，16：483-519.

[6]Cao H，Garcia F，McNiven MA.Differential distribution of dynamin isoforms in mammalian cells[J].Mol Biol Cell，1998，9（9）：2595-2609.

[7]Faelber K，Posor Y，Gao S，et al.Crystal structure of nucleotide-free dynamin[J].Nature，2011，477（7366）：556-560.

[8]Bethoney KA，King MC，Hinshaw JE，et al.A possible effector role for thepleckstrin homology（PH）domain of dynamin[J].Proc Natl Acad Sci USA，2009，106（32）：13359-13364.

[9]Sever S，Muhlberg AB，Schmid SL.Impairment of dynamin′s GAP domain stimulates receptor-mediated endocytosis[J].Nature，1999，398（6727）：481-486.

[10]Raimondi A，Ferguson SM，Lou X，et al.Overlapping role of dynamin isoforms in synaptic vesicle endocytosis[J].Neuron，2011，70（6）：1100-1114.

[11]Boumil RM，Letts VA，Roberts MC，et al.A missense mutation in a highly conserved alternate exon of dynamin-1 causes epilepsy in fitful mice[J]. PLoS Genet，2010，6（8）：e1001046.

[12]张慈柳，尹飞，杨治权，等.dynamin-1和磷酸化dynamin-1在内侧颞叶癫痫患儿及大鼠海马组织中的表达[J].中国当代儿科杂志，2013，15（2）：133-137.

[13]Li YY，Chen XN，Fan XX，et al.Upregulated dynamin 1 in an acute seizure model and in epileptic patients[J].Synapse，2015，69（2）：67-77.

[14]Kelly BL，Vassar R，Ferreira A.Beta-amyloid-induced dynamin 1 depletion in hippocampal neurons.A potential mechanism for early cognitive decline in Alzheimer disease[J].J Biol Chem，2005，280（36）：31746-31753.

[15]Züchner S，Noureddine M，Kennerson M，et al.Mutations in the pleckstrin homology domain of dynamin 2 cause dominant intermediate Charcot-Marie-Tooth disease[J].Nat Genet，2005，37（3）：289-294.

[16]Bitoun M，Romero NB，Guicheney P.Mutations in dynamin 2 cause dominant centronuclear myopathy[J].Med Sci：Paris，2006，22（2）：101-102.

[17]Cowling BS，Toussaint A，Muller J，et al.Defective membrane remodeling in neuromuscular diseases：insights from animal models[J].PLoS Genet，2012，8（4）：e1002595.

[18]Durieux AC，Prudhon B，Guicheney P，et al.Dynamin 2 and human diseases[J].J Mol Med：Berl，2010，88（4）：339-350.

[19]Aidaralieva NJ，Kamino K，Kimura R，et al.Dynamin 2 gene is a novel susceptibility gene for late-onset Alzheimer disease in non-APOE-epsilon4 carriers[J].J Hum Genet，2008，53（4）：296-302.

[20]Kamagata E，Kudo T，Kimura R，et al.Decrease of dynamin 2 levels in late-onset Alzheimer′s disease alters Abeta metabolism[J].Biochem Biophys Res Commun，2009，379（3）：691-695.

[21]Ferlay J，Shin HR，Bray F，et al.Estimates of worldwide burden of cancer in 2008：GLOBOCAN 2008[J].Int J Cancer，2010，127（12）：2893-2917.

[22]Inokawa Y，Nomoto S，Hishida M，et al.Dynamin 3：a new candidate tumor suppressor gene in hepatocellular carcinoma detected by triple combinationarray analysis[J].Onco Targets Ther，2013，6：1417-1424.

[23]Klemke CD，Mansmann U，Poenitz N，et al.Prognostic factors and prediction of prognosis by the CTCL Severity Index in mycosis fungoides and Sézary syndrome[J].Br J Dermatol，2005，153（1）：118-124.

[24]Booken N，Gratchev A，Utikal J，et al.Sézary syndrome is a unique cutaneous T-cell lymphoma as identified by an expanded gene signature including diagnostic marker molecules CDO1 and DNM3[J].Leukemia，2008，22（2）：393-399.

2015-07-29）

国家自然科学基金资助项目（81471320）。

付新维（1989-），女，四川安岳人，硕士研究生，主要从事癫痫的研究；E-mail：570538321@qq.com。

肖争（E-mail：xiaozhenghf@126.com）。

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.22.014

A

1009-5519（2015）22-3402-03