转位蛋白与相关疾病的研究进展

任 鹏，郭文治

1 TSPO的生理功能

TSPO广泛分布于人体各个组织器官中，在与甾体激素合成有关的组织中分布较多，在中枢神经系统中主要分布在胶质细胞线粒体外膜,参与分子或离子进出线粒体的孔道-线粒体通透性转运孔(mitochondrial permeability transition pore，MPTP)的形成，TSPO在线粒体外膜的广泛分布提示了该蛋白在线粒体活动过程中的重要作用。包括细胞增殖和凋亡、甾体生成、钙流动、趋化性、细胞免疫以及线粒体氧化呼吸链[2]。TSPO与胆固醇结合促进胆固醇跨膜进入细胞磷脂膜,其结果是促进孕烯醇酮及其下游一些内源性神经类固醇的合成(四氢孕酮、雌激素、睾酮等)，这些神经类固醇通过不同的途径发挥一系列不同的生理功能。目前认为，神经类固醇可以通过与细胞内受体特异性结合，调节靶基因的转录影响细胞功能。另一种途径是作为一种神经递质直接作用于细胞膜受体，活化细胞内信号转导通路，改变神经元兴奋性，调节神经递质的释放和离子通道的开闭。其中，神经类固醇对γ-氨基丁酸A型(γ-aminobutyric acid A，GABAA)受体的调节作用研究的最多，是其变构调节剂。GABAA受体在脑区的广泛分布，是中枢神经系统中最重要的抑制性神经递质受体，有镇静、催眠、抗焦虑和抗惊厥作用。TSPO作为神经类固醇上游物质对细胞生命活动调节有广泛的作用，在神经精神性疾病中已经成为精准诊断和治疗的靶点蛋白。TSPO通过MPTP所介导的线粒体活动的调节，决定着细胞的生理功能，如细胞增殖和凋亡。越来越多的研究发现许多外周性疾病同样与TSPO密切相关。

2 TSPO：未来疾病治疗的新靶点

2.1 TSPO与脑损伤及脑保护 在中枢神经系统，TSPO主要表达分布在胶质细胞，在静息的小胶质细胞中相对表达较少，一旦小胶质细胞被激活，TSPO表达水平迅速升高。许多研究发现，当神经系统发生病变受到损伤后，TSPO的表达水平显著增加。更有进一步的证据表明，TSPO不仅可以作为大脑进行性损伤疾病的生物标志物，而且TSPO特殊配体对脑损伤的修复有潜在的治疗价值[3]。在动物实验大鼠脑损伤模型上，TSPO的表达随时间的推移而变化。TSPO水平在脑损伤12 h后明显增加，24 h到达峰值，随后TSPO水平逐渐下降，7 d时仍高于正常组,各时间点与正常组相比差异均有统计学意义。在大鼠重型脑损伤模型上，TSPO的峰值到达时间更早，7 d时TSPO仍处在高表达状态[4]，这提示TSPO的表达水平可能反映了脑损伤的严重程度。

近些年来对神经退行性病变的研究发现，TSPO还与阿尔茨海默病、颞叶痴呆症、亨廷顿病、帕金森病相关，其特征均为不同脑区的神经元数量减少，同时在相应脑区伴有TSPO水平表达上调的特征[5]。在腹腔注射脂多糖诱导阿尔兹海默病的小鼠动物模型中，小鼠海马出现炎症细胞因子的升高，并伴有不同程度的认知功能损伤，在给予PK11195能逆转这一现象[6]。在脱髓鞘疾病(如多发性硬化症)的患者及动物模型中均显示TSPO在疾病的修复过程中显著增高，提示TSPO可能在细胞增生过程中发挥着调节作用[7]。在其他的神经退行性疾病模型上，TSPO也表现出对损伤神经元的修复和保护作用，利用不同TSPO配体制作的显影剂，通过PET/CT在诊断神经精神疾病和评估中发挥了重要作用，能够较为精确地评估中枢神经系统病变部位、范围及程度，为相关疾病的治疗提供依据，这为神经系统损伤的治疗提供了一个全新的视角。

2.3 TSPO与疼痛 TSPO在神经性脑损伤方面研究比较多，而在神经病理性疼痛方面的研究相对较少。近年有研究认为TSPO可能是一个新的治疗神经性疼痛的治疗靶标，它可能参与了炎性疼痛的调节。有研究者将大鼠的L5脊神经结扎，直到痛觉完全消失后发现脊髓背角星形胶质细胞和小胶质细胞里TSPO表达明显上调，当神经性疼痛好转，TSPO水平明显下降[12]，这表明TSPO可能参与了痛觉超敏的形成和调节过程，但确切的机制仍不清楚。Aouad等[13]把依替福辛与TSPO结合刺激内源性神经甾体3αNS的生成，能够减轻长春新碱诱导的神经性疼痛大鼠模型的疼痛反应。徐霜霜等[14]通过鞘内单次注射TSPO激动剂Ro5-4864和拮抗剂PK-11195，发现注射TSPO激动剂组能明显缓解大鼠的痛觉超敏，并且能降低脊髓中胶质纤维酸性蛋白和肿瘤坏死因子-α含量，推测胶质细胞生物活化调节以及细胞免疫反应是镇痛机制之一。还有研究表明，TSPO的早期上调可引起对慢性神经性疼痛的有效镇痛作用,可能是CXCL1-CXCR2依赖星形细胞对神经元信号传导的抑制和中枢致敏[15]，TSPO信号通路可能为慢性神经性疼痛的治疗提供一个新的策略。还有人在TSPO背根神经节病理性疼痛大鼠模型上通过鞘内注射TSPO的另一种配体Ro5-4864发现同样可缓解大鼠的痛觉超敏,它在背根神经节的作用机制可能与抑制p-ERK蛋白、脑源性神经营养因子的激活有关。Li等[16]的研究认为TSPO的配体ZBD-2能够抑制胶质细胞激活和恢复突触可塑性相关信号系统来改善慢性脊髓损伤疼痛和疼痛诱发的焦虑抑郁样行为。还有研究者通过建立大鼠坐骨神经分支选择性损伤(spared nerve injury,SNI)的神经病理性疼痛模型，通过外侧丘脑立体定位注射TSPO激动剂AC-5216或神经类固醇，能够缓解SNI术后大鼠的机械痛敏行为，而提前给予GABAA受体拮抗剂荷包牡丹碱，能抵消它们镇痛作用，而注射TSPO拮抗剂PK11195则加剧疼痛。这些结果表明，侧脑丘体中升高的神经类固醇在神经性疼痛的慢性阶段起着保护作用[17]。

2.4 TSPO与肿瘤 TSPO作为肿瘤诊断的生物标志物正在成为研究热点，识别和定位特定于前列腺癌的生物标志物可以提高它的检测能力。考虑到前列腺癌中TSPO的高表达，人们研究了18F VUIIS1008(一种新型的TSPO靶向放射配体)与正电子发射断层扫描的使用，以识别大鼠体内的癌细胞，并描述它们的TSPO吸收。通过对图像的视觉检查，证实了肿瘤的存在，在肿瘤组织分析中观察到阳性的TSPO表达[18]。胶质瘤是发病率较高的一种脑部肿瘤，其全切率低，术后易复发，放疗敏感度低，化疗效果不确定，因此研究者希望能找到精准有效的生物学治疗方法。TSPO在中枢神经系统的胶质细胞表达较高，在胶质母细胞瘤的研究中发现TSPO拮抗剂PK11195可显著地减少由氯化钴诱导的细胞凋亡，这表明了TSPO在细胞凋亡过程起到了关键作用。在U87和U118胶质母细胞瘤研究中，由ErPC3诱导的细胞凋亡也正是因为激活了TSPO而启动线粒体凋亡途径从而抑制了肿瘤细胞的增殖[19]。高浓度的TSPO配体能抑制癌症细胞株的增殖,使大部分细胞积聚在细胞周期的G1/G0期，并最终抑制细胞G2/M期的生长繁殖从而防止癌细胞的扩散，事实上TSPO在人类乳腺癌细胞上能导致细胞周期阻滞,最终减少癌细胞的增殖[20]。然而通过免疫组化的方法分析TSPO在口腔癌患者肿瘤细胞中表达，研究发现在口腔癌患者肿瘤细胞中，TSPO的表达可以显著增强，TSPO低表达肿瘤患者与TSPO高表达肿瘤患者的5年生存率从65%下降到7%，TSPO有类似癌基因的作用[21]。在人类结肠癌和直肠癌肿瘤细胞HT29中，通过人为下调TSPO的表达后发现肿瘤细胞增殖加快，而细胞凋亡明显减少,同时在TSPO配体FGIN-1-27的作用下，HT29在体内的生长明显减慢,此提示TSPO有抑制肿瘤细胞的增殖、促进凋亡,有类似于抑癌基因的作用[22]。这种相矛盾的结果使TSPO与肿瘤相关机制的研究陷入困惑，但这为肿瘤研究提供了新的生物靶点。

2.5 TSPO与心血管疾病 TSPO是线粒体外膜上重要的跨膜蛋白，对维持细胞膜的稳定，细胞内外环境的稳态有极其重要的作用。近些年的研究发现，TSPO与多种心血管疾病相关，如心律失常、心肌缺血再灌注损伤、心肌肥厚、动脉粥样硬化等。TSPO的线粒体调节功能主要包括对呼吸链、活性氧的生成和释放以及线粒体内膜阴离子通道的调控。其中线粒体内膜阴离子通道可以在氧化应激过程中诱导其他内膜通道开放从而引起线粒体膜电位的不稳定并诱发心律失常[23]。有研究发现抑制TSPO的表达能降低房颤的发生率，激活TSPO与对照组相比房颤发生率并无明显变化，但引起心肌细胞中钙离子代谢紊乱，在兔心脏缺血再灌注损伤动物模型中发现抑制TSPO的高表达可以降低活性氧水平，抑制MPTP的开放，起到心脏保护作用，这一作用在大鼠缺血再灌注模型上也有验证[24]。心肌细胞的氧化应激被认为是引起心肌结构损伤和心脏重塑的关键因素，TSPO参与了这一过程[25]，在异丙肾上腺素诱导的大鼠心脏肥厚模型上，TSPO的一种配体4-ClDzp能阻止MPTP的开放，进一步研究发现，4-ClDzp能防止心肌纤维化，并能降低大鼠心脏质量/体质量比，心室壁的厚度，心肌细胞的体积[26]，TSPO还在动脉粥样硬化斑块激活的巨噬细胞里高表达，是正常平滑肌细胞表达水平的20倍[27]。一系列的研究表明，TSPO通过调节线粒体的生理活动而起到心肌保护的作用，虽然还有一些机制尚不明确,但TSPO为心肌保护研究提供了新的切入点。

3 小结及展望

TSPO所表现出来的多重效应吸引了大量学者深入研究，已成为当前的研究热点靶蛋白之一，并且逐渐成为临床疾病诊断的标志物和治疗的新靶点。还有一些最新研究发现，TSPO在糖尿病发生发展中发挥了重要作用，有些机制可能还不够明确，甚至在TSPO与肿瘤相关性研究方面表现出相互矛盾的结果。但是随着研究的进一步深入，TSPO在疾病诊断、治疗方面一定会带来广泛前景，事实上目前已经有针对TSPO配体开发的抗抑郁新药进入Ⅱ期临床试验，这将造福更多临床患者。