14-3-3蛋白在神经系统疾病发病中的作用研究进展

王昕，陈琳，戴建国，赵玉男，黄玉芳

(南京中医药大学病理教研室，南京210023)

14-3-3蛋白在神经系统疾病发病中的作用研究进展

王昕，陈琳，戴建国，赵玉男，黄玉芳

(南京中医药大学病理教研室，南京210023)

14-3-3蛋白是神经细胞中含量最丰富的蛋白之一，参与调节细胞代谢、蛋白转运、信号转导、凋亡以及细胞周期等重要生理过程，在神经系统调控机制中扮演着重要而复杂的角色。14-3-3蛋白作为神经病理过程中的重要指标，可在多种神经系统疾病患者的脑脊液中检测到，如多发性硬化症、克雅氏病、艾滋病毒相关的神经退化、帕金森病、阿尔茨海默病、抑郁症等。14-3-3蛋白在上述疾病的发生、发展中具有重要作用，被认为是最有发展前景和研究价值的蛋白之一。

14-3-3蛋白；神经系统；克雅氏病；帕金森病；阿尔茨海默病；抑郁症

14-3-3蛋白是神经细胞中含量最丰富的蛋白之一，最初在哺乳动物大脑中被发现。14-3-3蛋白早期被认为是促进神经递质合成的一种介质，参与神经细胞的多种正常生理过程，在信号转导、细胞生长、分化、黏附、离子通道调节等方面发挥不可或缺的作用，被认为是最有发展前景和研究价值的蛋白之一[1]。本文对14-3-3蛋白在神经系统疾病发病中的作用作一综述。

1 14-3-3蛋白的化学结构及生理功能

1.1 化学结构 14-3-3蛋白于1967年由Moore和Perez在牛脑中首次发现，曾长期被认为是脑特异性蛋白，之后在植物、哺乳动物、两栖类动物、昆虫以及酵母菌等多种真核生物中陆续被发现。14-3-3蛋白具有高度保守性，在大多数物种中是由许多基因编码的一种蛋白质家族，单体分子量为2 732 kDa，包括多种亚型，如酵母中已发现2种14-3-3蛋白亚型，高等真核生物中已发现15种14-3-3蛋白亚型，哺乳动物中已发现的14-3-3蛋白亚型有7种(β、γ、ε、η、ζ、σ、τ/θ)[2]。l4-3-3蛋白单体形成同源或异源二聚体，可以同时与一个靶蛋白的两个结构域或者两个靶蛋白相互作用[3，4]；通过与靶蛋白上的一小段共有序列磷酸化苏氨酸/丝氨酸残基结合，从而发挥其调控功能[5]。

1.2 生理功能 研究发现，14-3-3蛋白可结合并调控至少200多种分子，这些分子主要涉及信号转导、基因转录、细胞分化、发育、凋亡等生命活动[6]。14-3-3蛋白是一种桥梁，参与蛋白质与蛋白质之间的相互作用，也与神经系统的多种生理反应过程有关。14-3-3蛋白作为细胞周期调控和凋亡信号集成点，通过前馈和反馈循环调控蛋白激酶信号通路，可作为通过不同亚型识别疾病的新药物靶点。因此在网络生物学水平上使用此法获得信号转导信息具有重要意义[7]。14-3-3蛋白参与了海马长时效、联合性学习和记忆功能[8，9]。通过惊恐、避暗、细胞电生理，建立一个14-3-3蛋白在长期突触可塑性和联合性学习与记忆的实验模型，可从行为学和细胞水平验证该蛋白在正向调控联合性学习和记忆中发挥关键作用[10]。在大脑皮层发育过程中，神经祖细胞增殖、分化成神经前体细胞。这些神经前体细胞受放射状胶质细胞指引，迁移并黏附到大脑皮层终端。一项关于14-3-3 ε/ζ基因敲除小鼠的实验发现，14-3-3 ε/ζ 蛋白对大脑皮层中神经前体细胞的增殖、分化至关重要，该蛋白缺失会引起神经元迁移缺陷和癫痫发作；同时该研究证实14-3-3 蛋白在神经元再生及调控不同信号转导通路影响神经细胞迁移中发挥重要作用[11]。

2 14-3-3蛋白与神经系统疾病的关系

正常人群的脑脊液(CSF)中不含有14-3-3蛋白，但在许多神经精神系统疾病患者的CSF中可检测出不同亚型和不同含量的14-3-3蛋白。该蛋白作为神经病理过程中的重要指标[12，13]，可在多种神经精神疾病患者的CSF中检测到，如多发性硬化症(MS)[14]、克雅氏病(CJD)[15]、艾滋病毒相关的神经退化[16]、帕金森病(PD)[17]、阿尔茨海默病(AD)[18]、抑郁症(MDD)。近年来，有研究报道14-3-3蛋白也是急性出血性脑中风和蛛网膜下腔出血的生物学标志物[19]。

2.1 CJD CJD是一种可传播性海绵状脑病，其病理特征以大脑皮层海绵样变性、星形胶质细胞(As)增生、神经元丢失、淀粉样斑块沉积和异常朊病毒(Prion)样蛋白累积为主。CJD的病因是Prion异常蛋白质，Prion是来源正常朊蛋白基因(PRNP)的变异。CJD有一定家族性和传染性，可通过脑垂体提取物注射、器官移植、输血及神经外科手术等途径传播[20]。CJD患者CSF中14-3-3蛋白表达增加，可作为诊断该病的生物学标志物[21]。CJD患者脑细胞急性损伤会释放出大量的14-3-3蛋白，其意义与临床表现密切相关。研究发现，CSF中14-3-3蛋白检测对其诊断的敏感性为90%～97%，特异性为87%～100%；CSF中14-3-3蛋白表达阳性是CJD诊断的重要参考依据，随着14-3-3蛋白表达的增加，患者同时出现视觉或小脑症状、肌阵挛、椎体/椎体外系功能异常和无动性缄默等典型临床表现的概率也随之增加，在一定范围内两者之间呈正相关[22]。14-3-3蛋白表达量越多，说明受损脑区分布越广，患者临床表现越典型，越有助于CJD的诊断。

2.2 PD PD是中老年人常见的神经系统变性疾病，其病理特征是中脑黑质致密部选择性多巴胺(DA)能神经元进行性大量死亡(死亡超过50%以上)、路易小体(LB)丢失、神经胶质细胞增生。PD患者脑组织中14-3-3 γ、ε、ζ 和θ蛋白免疫反应呈强阳性，未见β、η、σ蛋白的免疫反应。PD主要位于中脑黑质-纹状体DA能神经元LB，LB的主要成分是突触核蛋白(α-SYN)，α-SYN与14-3-3 蛋白在一级结构上有40%是同源的，两者能相互作用并共存于LB中。α-SYN通过使酪氨酸羟化酶(TH)去磷酸化，降低TH活性，从而抑制DA合成[23]。而14-3-3蛋白可以与TH连接，抑制其去磷酸化，促进DA产生。但也有研究表明，14-3-3蛋白可以和α-SYN在LB中共存，二者可形成一个可溶性蛋白质复合体，促进DA能神经元的凋亡。14-3-3蛋白也可以和E3连接酶相互作用，对E3连接酶的活性进行调节；14-3-3蛋白减少可能会导致E3连接酶活性下降，使α-synuclein蛋白聚集；说明14-3-3蛋白与α-synuclein蛋白复合物的形成可能是该病的发病机制之一[24]。

另外，14-3-3蛋白还参与细胞凋亡和增殖的调节过程。现已证实，14-3-3蛋白与PD的α-SYN、Parkin蛋白、LRRK2蛋白有关[24]。1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)是选择性损害黑质纹体DA能神经元，是能使DA及其代谢产物降低的一种神经毒性物质，可引起典型的帕金森氏样症状。MPTP药物可以诱导PC12细胞凋亡，可以此建立PD体内细胞模型；而14-3-3 θ蛋白过表达可降低MPTP对神经细胞的毒性作用，从而达到保护神经的目的[25]。因此，14-3-3 θ蛋白磷酸化可能是导致PD患者神经退化进程的机制之一。

2.3 AD AD是老年人常见的神经系统变性疾病，其主要病理特征是大脑皮质层、血管周围发生淀粉样斑块以及神经原纤维结构缠结(NFTs)。AD患者脑组织中Tau蛋白表达高于正常人，且正常Tau蛋白减少而过度磷酸化的异常Tau蛋白大量增加。Tau蛋白的异常磷酸化导致微管网络的中断，脱磷酸化作用使微管网络重构、淀粉样蛋白被激活，增加磷酸化活化蛋白激酶的Tau位点Ser262、Ser356、Ser396发生改变。研究表明，AD患者脑组织14-3-3 β、γ、ζ蛋白均与Tau蛋白位点过度磷酸化密切相关。

AD患者脑组织14-3-3蛋白γ和ε亚型表达均增加，患者NFTs中14-3-3蛋白免疫组化染色呈阳性，约1/3的患者海马组织Tau蛋白也呈阳性。在14-3-3蛋白存在的情况下，Tau蛋白被激酶磷酸化，使Tau蛋白更容易被磷酸化。14-3-3 ζ蛋白介导Tau蛋白被蛋白激酶A和神经元Cdc2样的蛋白激酶磷酸化，阻断了可增加微管稳定性的Tau蛋白和微管之间的相互作用。目前在牛脑中发现了一个“Tau磷酸化复合物”，成分主要包括Tau、糖原合酶激酶3β(GSK3β)和14-3-3 ζ蛋白。14-3-3蛋白正常存在于脑组织中，GSK3β是许多底物(包括Tau蛋白在内)磷酸化的调节酶。14-3-3 ζ蛋白可通过桥梁作用使GSK3β与Tau蛋白的结合能力变强，同时使磷酸化的Tau 蛋白不易去磷酸化。研究表明，14-3-3 β、ε、σ蛋白均参与线粒体功能障碍和细胞凋亡调控等生理功能[26]。

2.4 MDD MDD是以显著而持久的心境低落为主要临床特征的情感性精神障碍综合征，患者常有自杀倾向。MDD的发病机制目前公认的是单胺类神经递质机制，随着对As功能的深入研究，发现其在MDD的发病中具有重要作用，已成为防治MDD的新作用靶点。As是中枢神经系统中最丰富的细胞，对神经元具有保护、支持、营养和修复等作用。啮齿类动物在长期慢性应激时糖皮质激素水平显著升高，海马体积减小，并引起抑郁样行为。研究显示，长期注射皮质酮会导致雄性小鼠海马组织AS数量减少、体积减小、突起长度缩短，并且AS数量、体积、突起长度与海马体积呈正相关[27]。既往研究发现，人参皂苷对应激致小鼠海马可塑性损伤有保护作用，而人参皂苷的主要成分之一人参二醇在脑内与14-3-3蛋白有高亲和力，提示人参皂苷的抗应激作用可能与调节14-3-3蛋白有密切关系[28]。

综上所述，14-3-3蛋白在生命活动中发挥非常重要的调控功能，尤其在神经系统疾病的发生、发展中扮演了重要角色。应用蛋白质组学技术找到更多与14-3-3蛋白相关的靶蛋白，可以加深对14-3-3蛋白功能的认识。相信随着研究方法的不断完善和研究技术的不断优化，14-3-3蛋白在体内尤其是神经系统疾病中的作用将得到更好的阐述。

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国家自然科学基金青年基金资助项目(81303246)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)。

黄玉芳(E-mail: yufanghnj@163.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.32.040

R741.04

A

1002-266X(2016)32-0110-03

2016-04-19)