前列腺凋亡反应蛋白-4在神经退行性疾病发病机制作用的研究进展

张娴文 白 洁

(昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500)

·综 述·

前列腺凋亡反应蛋白-4在神经退行性疾病发病机制作用的研究进展

张娴文 白 洁

(昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500)

中枢神经退行性疾病；前列腺凋亡反应蛋白4；发病机制

中枢神经退行性疾病主要包括阿尔茨海默病(AD)、帕金森病(PD)、亨廷顿病(HD)及肌萎缩型侧索硬化症(ALS)等。在AD、PD、HD、ALS等神经退行性疾病的动物或患者的尸检中发现前列腺凋亡反应蛋白(Par)-4升高，阻断这些疾病中Par-4的表达能抑制神经元的死亡，表明Par-4在神经系统退行性疾病中起关键作用〔1〕。Par-4与氧化应激、β淀粉样肽、神经元突触功能障碍、星形胶质细胞、多巴胺D2受体(D2DR)等关系密切。因此，探讨Par-4在中枢神经退行性疾病中的作用可以为预防和治疗该类疾病提供新的思路和方法。

1 Par-4的分子生物学特性

Par-4是Sells等〔2〕于1994年利用差异杂交技术，从凋亡的前列腺肿瘤细胞中分离出来的凋亡反应蛋白。人类Par-4基因位于染色体12q21。它编码的蛋白相对分子质量约为4×104，含340个氨基酸残基，是一种具有抑制肿瘤生长及促细胞凋亡的蛋白。该蛋白有3个重要的保守的功能区：羧基末端的亮氨酸拉链区(LZ)、核输出序列(NES)和氨基末端的核定位序列(NLS)1和NLS2。LZ与已知的调节凋亡的蛋白质分子如蛋白激酶(PK)C、核因子(NF)-κB等相互作用，而影响细胞凋亡。核定位序列中，NLS1具体作用尚不明确；NLS2能使Par-4从胞质转移到胞核，从而诱导癌细胞凋亡，因此，NLS2在Par-4引起的癌细胞凋亡起重要作用〔3〕。Par-4不仅可促使肿瘤细胞凋亡，在许多神经退行性疾病中，也发现Par-4表达升高，实验证明Par-4参与多种病理因素诱导的神经细胞的凋亡及神经元退行性变过程〔4〕。

2 Par-4与氧化应激

氧化应激是细胞氧化-抗氧化失衡而导致的应激损伤状态，氧化应激水平的升高，尤其是膜的脂质过氧化增高会扰乱神经元的能量代谢、离子稳态，损伤膜的离子依赖性三磷酸腺苷(ATP)酶及葡萄糖和谷氨酸载体，使神经元对细胞外毒素及凋亡的敏感性增加〔5〕。在AD、PD、ALS和HD中，特定脑区的神经细胞受到氧化应激攻击，使细胞发生凋亡，进而恶化直至神经元网络功能紊乱，最终发生神经退行性疾病，氧化应激在神经退行性疾病细胞凋亡的发生发展中起着重要作用〔6〕。

Par-4与氧化应激有着非常密切的关系。过氧化氢可诱导细胞凋亡，并且增加Par-4在近端小管上皮细胞中的表达，而用小干扰RNA技术沉默Par-4基因的表达，可以保护近端小管上皮细胞免于磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)即PI3K/Akt信号通路激活引起的细胞凋亡。这提示氧化应激可通过增加Par-4水平，引起细胞凋亡〔7〕。有研究表明新生儿铁剂治疗可引起成年大鼠氧化应激，使海马 CA1，CA3，大脑皮质有很高的Par-4和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)-3的表达，但齿状回只有Par-4的升高。提示氧化应激可能通过Par-4和Caspase-3途径损伤脑的功能，增加神经退行性疾病的易感性〔8〕。Pedersen等〔9〕用FeSO4和谷氨酸盐等氧化应激刺激因子作用于原代培养的大鼠脊索运动神经元或成神经细胞瘤脊髓杂交细胞株(NSC)-19运动神经元后，在引起神经元凋亡之前，Par-4水平可迅速而明显升高。用Par-4的反义寡核苷酸处理多巴胺能神经元后，由Fe2+和鱼藤酮引起的线粒体功能紊乱明显减弱，可逆转氧化应激引起的线粒体功能紊乱，抑制神经元的凋亡。表明Par-4在氧化应激引起的PD神经元凋亡中起重要作用〔10〕。Feng等〔11〕研究内源性的抗氧化剂和自由基清除剂褪黑素对AD转基因小鼠的影响，他们给4个月龄转基因小鼠连续给予4个月的褪黑素10 mg/kg，结果表明褪黑素能恢复谷胱甘肽(GSH)的水平，显著降低B细胞淋巴瘤/白血病-相关X蛋白(Bax)，Caspase，Par-4上调，抑制氧化应激引起的神经元凋亡。

3 Par-4与β淀粉样多肽(Aβ)

AD的主要病理学特征则是在脑中形成大量的老年斑(SP)和神经纤维缠结(NFT)及神经元选择性丢失和突触丢失。SP的主要成分是Aβ，体内的 Aβ来源于淀粉样前体蛋白(APP)，APP在β，γ分泌酶的作用下产生了Aβ〔12〕。在AD动物模型中，Par-4引起的神经元的退化和Aβ的异常有关，免疫沉淀分析表明，Par-4的C末端对形成β位点裂解酶(BACE)复合物是必需的，过表达的Par-4能显著增加β分泌酶裂解APP，这表明Par-4可能直接参与调节位点APP切割酶对APP的切割，BACE1裂解APP的活性，Par-4可作为BACE活性的内源性调节因素〔13〕。在神经元发生凋亡时，过表达的Par-4能诱导人神经母细胞瘤细胞(IMR)-32分泌和产生Aβ，抗凋亡转录因子(AATF)可直接或间接调节Par-4的活性，与Par-4形成复合物，抑制淀粉样蛋白分泌〔14〕。Guo等〔15〕研究了在营养因子撤离2 h后，Par-4基因转染的IMR-32细胞内，过表达的Par-4可加速Caspase的激活，使Aβ1～42与总Aβ的比值明显增加，但在正常培养时，Par-4的过度表达并不影响Aβ1～42与总Aβ的比值。而用Caspase抑制剂抑制Caspase活性，可减轻Par-4诱导的Aβ1～42的增加，表明Par-4能通过Caspase途径增加Aβ1～42的分泌。故探讨Par-4对APP加工过程的调节对阐明AD神经元凋亡的机制具有重要意义。

4 Par-4与神经元突触

突触部位是AD病人神经元退行性病变开始的部位，突触功能损伤早于Aβ沉积或淀粉样斑块的形成，AD患者认知功能障碍与行为异常与边缘系统和大脑皮质区突触的退化密切相关〔4〕。AD患者突触钙离子稳态的失衡可促进Par-4表达。Xie等〔16〕发现Par-4集中分布于人类的ALS和Cu/Zn超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)转基因小鼠的脊髓腹侧角的突触小体和突触后致密区，在出现肌无力之前，SOD1 G93A 突变小鼠对脊髓腹侧角突触体中Par-4水平显著增加，而Par-4敲除的小鼠能抑制G93A突变诱导的脊髓腹侧角突触小体线粒体功能紊乱和Caspase的激活，保护脊髓运动神经元。通过RNAi靶向抑制Par-4的表达可抑制ALS小鼠神经突触的退化。有研究表明Par-4位于突触后密集区，是一种突触蛋白，在大脑皮层和海马突触中Par-4高表达。在体和离体实验表明，在神经元的成熟过程中，突触内Par-4水平升高，过表达Par-4的嗜铬细胞瘤细胞株PC12可通过升高细胞内钙水平和抑制转录激活蛋白(AP)-1的活性来抑制神经生长因子诱导的细胞分化和神经突触的生长。这些结果表明Par-4在突触后信号的传导，调节与细胞分化和神经突生长的信号通路中起重要〔17〕。此外，Par-4还可与D2DR结合参与突触传递，Par-4功能紊乱的小鼠表现出多巴胺(DA)能神经传递的减弱，可引起抑郁症状，故Par-4还介导了DA能突触的可塑性〔18〕。以上研究表明Par-4在突触中的分子作用机制对了解突触功能调节具有重要意义。

5 Par-4与星形胶质细胞

围绕在SP周围的反应性星形胶质细胞是AD病理改变的标志之一。研究表明，星形胶质细胞分泌的外切体，能增加神经酰胺和Par-4的表达，可激活Caspase-3，诱导星形胶质细胞的凋亡〔19〕。研究显示，来源于早老素(PS)1小鼠的原代星形胶质细胞与C20神经酰胺培养时，与对照组相比，PS1小鼠的星形胶质细胞Par-4的表达高9.5倍，出现了细胞凋亡，而野生型不受影响，表明Par-4引起的细胞凋亡在AD的发病中起了重要作用〔20〕。

6 Par-4与DA能神经元

PD主要病理基础是中脑黑质致密部(SNpc)DA能神经元选择性进行性退变，继而引起纹状体DA严重缺乏。研究结果表明Par-4在猴子中脑的DA能神经元和暴露于神经毒素1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氢吡啶(MPTP)的小鼠体内的水平显著增加，当Fe2+和鱼藤酮作用于体外培养的DA能神经元时，Par-4水平会增加，引起线粒体功能紊乱，促使DA能神经元凋亡〔10〕。微阵列分析中脑DA能神经元N27细胞株在过氧化氢的作用下，可增加Par-4的表达，故Par-4可能是PD中DA能神经元功能退化的中间环节〔21〕。

7 Par-4与DA受体(R)

DAR可分为D1DR和D2DR，其中D1DR又可分为D1DR和D5DR两种亚型，D2DR又可分为D2DR、D3DR和D4DR三种亚型。D2DR与D1是两种最经典的亚型，是构成纹状体DA能神经直接和间接通路的主要受体。是与PD有关的最重要的DAR亚型之一。Par-4是D2DR的配体，长期的丙戊酸钠(VPA)治疗能促使Par-4启动子区组蛋白H3和H4的乙酰化，提高成年老鼠神经元中Par-4的表达，这些结果表明VPA可通过加强Par-4 的表达来增加D2DR的活性〔22〕。有学者研究了母爱剥夺和慢性应激在抑郁症老鼠模型中的作用，通过时间定量PCR检测了纹状体中Par-4 mRNA和D2DR的表达，Par-4 mRNA和D2DR在母爱剥夺和慢性应激在抑郁症老鼠模型中显著降低〔23〕。

8 展 望

目前，神经退行性疾病发病机制还不清楚，治疗效果不佳，进一步明确神经退行疾病发病机制和寻找特异性靶点是神经退行性疾病治疗的关键。研究Par-4在神经退行性疾病中的作用,将为临床防治神经退行疾病提供新思路。

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〔2016-01-21修回〕

(编辑 苑云杰/杜 娟)

国家自然科学基金(81160162)；云南省教育厅科学研究基金项目(2015Y060)

白 洁(1966-)，女，博士，教授，博士生导师，主要从事神经系统退行性疾病发病机制研究。

张娴文 (1979-)，女，博士，讲师，主要从事帕金森发病机制研究。

R730.2

A

1005-9202(2017)11-2830-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.11.103