探讨NLGN-3蛋白作为针刺治疗脆性X综合征的作用机制靶目标的可行性

张晨骥,张学君,陈兰芳,赖淑贵,吴强(福建中医药大学,福州 350122)

探讨NLGN-3蛋白作为针刺治疗脆性X综合征的作用机制靶目标的可行性

张晨骥,张学君,陈兰芳,赖淑贵,吴强(福建中医药大学,福州 350122)

脆性X综合征(fragile X syndrome, FXS)是导致精神发育迟滞最为常见的原因之一,然而现代医学至今未取得很好的疗效。临床实践及科学研究表明,针刺疗法对精神发育迟滞具有较为明显的治疗效果,但迄今对其治疗作用机制的研究尚不成熟。鉴于此,该文将围绕目前对FXS的研究现状,对NLGN-3蛋白作为针刺治疗FXS作用机制靶目标的可行性进行阐述。

针刺疗法;脆性X综合征;NLGN-3蛋白;综述

脆性X综合征(fragile X syndrome, FXS),又称马丁-贝尔综合征,该病是X染色体伴性遗传疾病,是最常见的遗传性智力低下疾病之一,也是单一基因造成自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)最常见的己知原因[1]。在正常人群中,FXS的男、女童发病率分别约为1/4000和1/6000[2],儿童智力低下(智商常为40～60)和自闭(孤独症)是FXS最为典型的临床表现,此外还包括长脸、大耳轮、高腭弓等特殊面容;常于青春期发生的巨睾症;语言、行为以及常伴有的焦虑、易激惹、自闭等心理障碍[3]。由于FXS具有发病率高,遗传性强,同时罹患该疾病的患者存在智力低下、自理能力差、社会交往障碍等弱势因素,给社会和家庭带来严重的经济和心理负担。经过多年的临床实践,本课题组观察到针刺长强穴对此类精神发育迟滞患儿认知功能具有显著的改善作用,在总体疗效上与常规头针疗法无明显差异,均能有效改善患者的言语商、操作商及总智商[4-6]。在近年来NLGN-3蛋白与ASD相关性的现代研究不断深入的情况下,为明确以上针刺作用的机制,笔者将对NLGN-3蛋白作为针刺治疗FXS作用机制靶目标的可行性进行分析。

1 发病机理研究现状

目前的研究表明,FXS的发病与X染色体上的智力低下基因(fragile X mental retardation-1, FMR-1)异常甲基化和(CGG)重复序列突变有关,即患者的X染色体Xq27.3处的FRM-1基因上的CGG重复序列出现不明原因的扩增,从而抑制了所在或周围基因的正常表达。在正常人群中,X染色体脆性X部位处FRM-1基因上的(CGG)n三核甘酸重复序列约为30 bp,然而在正常男性传递者和女性携带者则扩增至150～500 bp,此时上游250 bp处的CpG岛未被甲基化,这种前突变(premutation, PM)一般无或只有轻微症状。另一种情况,因女性携带者的CGG区在向受累后代传递过程中存在着进一步扩增的趋势,以致(CGG)n三核甘酸重复序列在男性患者和脆性部位高表达的女性则可能达到1000～3000 bp,导致相邻的CpG岛也被甲基化,这种全突变(full mutation, FM)可关闭相邻基因生物活性的表达,从而出现一系列临床症状[7]。据有关报道,约95%以上的FXS患者是由上述全突变基因型造成的[8]。与此同时,在对FXS的进一步研究中,不少学者观察到这些患者还存在组蛋白乙酰化水平降低的现象[9]。甲基化、组蛋白去乙酰化两者均涉及基因的转录与表达,之间相互作用导致FMR-1基因处于转录抑制状态,使FMR1基因生物活性表达失活,从而导致FMR-1的蛋白产物(fragile X mental retardation protein, FMRP)的缺失。FMRP蛋白在全身广泛分布与表达,在脑内神经元的表达尤为突出,许多研究都提示FMRP蛋白通过调节mRNA的翻译和蛋白质的合成,从而影响突触的形成和功能[10-12],即改变了突触可塑性,因后者与学习、记忆能力密切相关,最终造成了FXS患者智力低下等表现[13]。

2 治疗方法研究现状

目前的研究提示现代医学关于FXS的治疗尚无明确、有效的方法。例如针对FXS患者的FMRP蛋白缺失,现代医学采取基因治疗技术,对FMR1基因敲除小鼠(FXS模型小鼠)注射腺病毒,或者直接对其添加FMRP蛋白。但由于基因治疗技术的操作要求高,并且直接添加FMRP蛋白的治疗方式所带来的风险尚未明确,总之两者都还需要较长时间的临床及实验研究[14]。再者,现代医学还使用L型Ca2T通道阻滞剂、亲代谢性谷氨酸盐受体5(metabotrop ic glutamate recep tor 5, raGluR5)拮抗剂、糖原合成酶激酶-3(glycogen synthase kinase-3, GSK3)抑制剂等药物对FXS进行治疗,虽然均能起到一定的神经调节作用,但同样缺乏大样本的临床研究,并且其中部分药物还具有毒副反应,导致无法有效、明确地指导临床。二甲胺四环素有时也可用于临床治疗儿童和成人FXS,但当8岁以下儿童使用时常会造成牙齿变黑、腹泻等影响,并且还可能引起起疹、关节肿胀或剧烈头痛等严重反应[15]。反观针刺疗法在治疗FXS等造成的精神发育迟缓(mental retardation, MR)疾病上,对于改善患者的智力及社会适应能力两方面具有独特而明显的效果,具有简、便、廉、验的独特优势,因此患者及家长都较为容易接受[16]。靳瑞教授是我国较早开展针刺治疗小儿脑病的针灸医家,其“靳三针”己闻名并轰动全世界,其中四神针、智三针、颞三针、脑三针为主穴是靳瑞教授总结几十年临床经验总结出来的一套较为完善和效果独特的治疗儿童MR的“三针”治疗体系[17]。如夏慧芸[18]观察到醒脑益智针刺和靳三针为主针剌两种方法结合现代康复干预均可促进MR患者智力发育水平的提高,并且对于患者的视听觉与大脑血供功能都具有改善作用。田永萍等[19]观察到益智聪慧针刺法对于促进MR患者智商的发育具有较好的改善作用;黄劲柏等[20]观察到针刺可以促进MR患者的智力恢复,提高患者的社会适应能力,具有较好的临床疗效。本课题组经过临床观察与实验研究,并且基于针刺长强穴治疗MR患者57例进行多中心临床报告[6],观察到针刺长强穴对FXS等造成的MR患者在流涎、排便、数字概念及应用、对陌生人反应等方面具有较为显著的改善作用,同时针刺长强穴对FMR1基因敲除小鼠的学习记忆能力同样具有正向作用[21-22]。鉴于针刺疗法可以有效弥补现代医学在此病治疗上的不足,亟需学者找到一个合适的突破口进行相关的作用机制研究,从而为临床实践的进一步开展提供理论依据及有关指导。

3 作用机制研究现状

基于目前的研究现状,由于现代医学对FXS治疗作用的局限性,针刺疗法的治疗作用机制研究显得尤为必要。本课题组在过去十几年从事精神发育迟滞、孤独症伴智力低下的临床实践和实验研究[4-6],观察到针刺长强穴对ASD患者学习记忆能力具有显著的改善作用。同时,有关动物实验结果表明针刺“后海穴”(即人的长强穴)可以改善FMR1基因敲除小鼠学习和记忆能力,其机制可能与提高海马区BDNF与SYN、GABAA受体α1亚基的表达有关[21-22]。儿童智力与学习记忆能力低下是FXS患者普遍的临床表现,笔者通过搜集、整合、分析近年来的相关研究成果,观察到目前对于针刺疗法改善学习记忆能力的研究还未成熟,主要集中在细胞凋亡[23]、细胞粘附机制和其他突触可塑性相关蛋白、神经营养因子表达等方面。其他的实验研究则提示针刺还可能对脑血流量[24]、病理形态学[25]、能量代谢[26]、神经递质的合成与释放产生影响[27]。笔者从近年来的研究成果观察到,突触可塑性相关蛋白与学习记忆能力的改善密切相关,是目前研究针刺治疗此类疾病的焦点,NLGN-3作为突触可塑性的重要参与者[28],存在着潜在的研究价值。

4 可行性分析

FXS是由于FMR1基因的异常甲基化与突变导致FMRP蛋白的合成不足,最终影响了突触的形成和功能而导致的。近年来突触可塑性的相关研究方兴未艾,对于针刺治疗FXS的作用机制需要研究者在突触可塑性的构成成分与通路上开展进一步的探索。突触的可塑性和学习记忆能力密切相关,而学习记忆能力低下是FXS患者普遍的临床表现。大脑通过前后突触间的连接网络来发挥功能,并对各种信息进行处理。兴奋性与抑制性突触之间的平衡是一个受到严格调控的过程,需要细胞粘附分子和支架蛋白的共同参与,从而构建轴突与树突间的联系。在大脑中,兴奋性与抑制性突触之间的传递主要依赖两种神经递质,①谷氨酸(glutamic acid, Glu),发生在谷氨酸能轴突(即兴奋性的前突触)间的传递;②γ-氨基丁酸(aminobutyric acid, GABA),发生在GABA能轴突(即抑制性的前突触)间的传递。研究发现neuroligin蛋白家族,包括Neuroligin-1(NLGN-1)、Neuroligin-2(NLGN-2)、Neuroligin-3(NLGN-3),推动了兴奋性和抑制性突触前联系的形成,在调控抑制性和兴奋性突触的数量方面起到了关键作用[28]。突触后密度蛋白95(postsynaptic density protein 95, PSD-95)作为PSD家族中最重要的蛋白成分,其功能主要包括调节和聚合受体、稳定突触连接的结构、转导膜受体信号等。其中,维持突触的功能和形态是PSD-95的主要功能体现[29-30]。PSD-95还能够在突触水平对N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor, NMDA)信号进行整合[31]。研究发现PSD-95与突触传递的长时程增强(long term potentiation, LTP)的功能相似,能够增加微小兴奋性突触后电流振幅和频率[32]。因此可以推测PSD-95作为突触相关蛋白在学习记忆过程中具有重要作用。NLGN-3作为一种突触后细胞粘附分子,不仅能通过与PSD-95中的第3个PDZ结构域结合,还可以通过与突触前的配体(neurexin, NRXN)结合,定位于突触后膜,引起相关神经环路(NRXN-NLGN-SHANK)神经元的兴奋[33],进而导致BDNF的分泌加强,而由BDNF介导的酪氨酸激酶受体B(tyrosine kinase receptor B, TrkB)随之活化,最后通过PI3K-Akt途径使PSD-95在突触后膜汇集,使兴奋性与抑制性突触之间的突触前分化得到平衡。基于此,NLGN-3通过与PSD-95的结合来调控兴奋性突触和抑制性突触之间的比例,控制兴奋性和抑制性突触的平衡[34-36],从而使得大脑突触可塑性和学习记忆能力得到改善。目前,国际上对于NLGN-3蛋白对于ASD的学习记忆能力的影响己经较为明确,导师所带领的团队在自闭症方面的研究表明,针刺长强穴提高自闭症模型大鼠的学习记忆能力,可能与上调PSD-95和NLGN-3蛋白的表达相关[37-40]。与此同时,有学者观察到FMRP与自闭症的多个基因密切相关,FMRP可以直接控制93个基因[41-44]。此外,最新研究结果也首次说明NRXN-NLGN蛋白质网络参与FXS的核心症状的形成,并且观察到MR可能与NLGN-3基因突变有关[45-48],均提示自闭症与FXS患者在学习记忆能力低下方面有共同的致病因素。

5 讨论

综上所述,对于针刺治疗FXS的作用机制研究还处于初始阶段,迫切需要进一步的深入探索。笔者通过搜集、整合、分析了近年来的相关研究成果,观察到针刺治疗FXS的作用机制与突触可塑性相关蛋白联系密切,是未来研究的热点方向。NLGN-3可能通过与PSD-95等突触可塑性相关蛋白的相互配合,改善了FXS患者的学习记忆能力,从而体现针刺疗法的治疗作用。鉴于此,NLGN-3蛋白在大脑的表达可能对FXS患儿的学习记忆能力具有正向调节作用,NLGN-3蛋白有可能作为针刺治疗脆性X综合征的作用机制的靶目标。

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Exploration of the Feasibility of Neuroligin 3 Protein as a Target for the Mechanism of Action of Acupuncture on Fragile X Syndrome

ZHANG C hen-ji, ZHANG Xu e-jun, CHEN Lan-fang, LAI Shu-gui, WU Q iang.Fujian University of Traditional Chinese Medicine,Fuzhou 350122,China

Fragile X syndrome (FXS) is one of the most common causes of mental retardation, but modern medicine has not yet produced a good therapeutic effect.Clinical practice and scientific studies have showed that acupuncture has a marked therapeutic effect on mental retardation, but researches on the mechanism of its action are still not mature.In view of this, this article will focus on the present situation of FXS study and expound the feasibility of NLGN-3 protein as a target for the mechanism of action of acupuncture on FXS.

Acupuncture therapy; Fragile X syndrome; NLGN-3 protein; Review

R246.6

A

10.13460/j.issn.1005-0957.2017.01.0113

2016-09-02

1005-0957(2017)01-0113-05

国家自然科学基金项目(81373720)

张晨骥(1991—),男,2014级硕士生

吴强(1960—),男,教授,博士生导师