SorCS蛋白在神经退行性疾病中的研究进展

姜雪琦，李志良，张雪丹，刘音杉，付柯蒙，徐海岩

(哈尔滨医科大学(大庆校区)医学检验与技术，黑龙江 大庆 163319)

SorCS受体家族是典型的哺乳动物Ⅰ型跨膜受体家族，家族成员包括SorCS1、SorCS2、SorCS3、Sortilin、SorLA五种受体[1]，与液泡分选蛋白10(vacuolar sorting protein 10，VPS10p)同源的液泡分选蛋白10结构域(vacuolar sorting protein 10-domain，VPS10p-D)是SorCS蛋白家族共有的结构特征，该结构域可与相应配体结合，通过细胞内化将配体转运至溶酶体等细胞器中，在高尔基体、细胞表面和内体之间作为分类受体，完成对配体的吸收转运过程。VPS10p-D构成了SorCS受体家族全部或部分的管腔和胞外部分，其主要功能是将新合成的肽酶从反式高尔基体网络(trans-Golgi network，TGN)引导至溶酶体，继而完成蛋白水解。此外，SorCS受体家族通过胞外域与相应配体结合，参与介导胞吞作用，靶向转运蛋白质货物进出TGN[2]。除N端VPS10P外，在结构上，细胞质结构域中SorCS1、SorCS2、SorCS3携带快速内化和细胞分选的信号，剩余部分结构与SorLA和Sortilin结构域不同。SorCS家族受体蛋白广泛表达于神经系统，并参与多种脑部疾病的发生。早期研究通过对小鼠中枢神经系统原位杂交检测的转录物揭示了其在神经元中表达，随后在心脏、肝脏和肾脏等器官组织中也检测到SorCS蛋白家族成员的部分表达[3]。SorCS家族作为受体蛋白，可以与多种蛋白质发生特异性结合，如淀粉样前体蛋白、脑源神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)等脑部大分子蛋白，从而在神经信号传导、神经发育、神经保护中发挥至关重要的作用。全球脑部神经退行性疾病的发病率较高，病因复杂，病程较长，一直是临床、科研等研究的重点。现对SorCS受体蛋白在神经退行性疾病中的作用予以综述。

1 SorCS受体家族及其家庭成员

SorCS受体家族成员以前体形式被合成，通过弗林蛋白酶在N端切割去除信号肽后成为成熟受体，弗林蛋白酶的两个特定切割位点标志着VPS10p-D结构域的开始，下游是不完全富含亮氨酸的重复序列和跨膜蛋白结构域，细胞内C端包含快速内化的共识信号[4]。对SorCS受体家族SorCS1、SorCS2、SorCS3、Sortilin、SorLA五个成员的一系列研究显示，外显子组成不同，部分成员在不同种属间存在不同的亚型，受体功能也存在差异[5]。

1.1SorCS1 SorCS1是第一个被确定的SorCS受体家族成员。SorCS1、SorCS2、SorCS3三者的结构相似，其中SorCS1与SorCS3具有高度同源性。研究显示，由于SorCS1基因3′端外显子组成不同而形成不同的亚型，其亚型的数量和结构随物种不同而不同，人类SorCS1基因包含a、b、c、e亚型，其中c亚型又分为α、β、δ三种次亚型；小鼠SorCS1基因含有a、b、c、d、e五种亚型，其中c亚型与人体类似，含有3种次亚型。目前，大鼠已知的SorCS1基因包括a、b、c三种亚型，其中SorCS1a 和 SorCS1c具有跨膜域和细胞质域，而SorCS1b则只有跨膜域，不含细胞质域[6]。SorCS1在神经系统高表达，在肾脏和肝脏等器官组织中也有一定的表达，具有细胞内分选和蛋白质运输的功能[7]。

1.2SorCS2 SorCS2作为一种结构灵活的受体，具有实质性的结构可塑性。研究显示，小鼠未配体的SorCS2完整细胞外区段由6个域组成，其中5个域直接有助于形成交叉支撑的二聚体，该受体利用大型β-螺旋桨作为配体结合平台，可与神经生长因子、神经生长因子前体、BDNF前体结合[8]。因此，SorCS2在控制神经元活力和功能方面具有关键作用，SorCS2以单链和双链形式存在于中枢神经系统细胞，与BDNF受体p75神经营养素受体相互作用，分别调节多巴胺能轴突引导周围感觉神经元的凋亡[9]。此外，SorCS2能够作为维持神经元谷氨酸转运蛋白(excitatory amino acid transporter，EAAT)3的细胞表面表达的分选受体，促进半胱氨酸的导入，增加合成活性氧类清除剂谷胱甘肽的产生，保护神经元免受氧化应激作用。由于SorCS2不具有在TGN和溶酶体之间传递转运所需的完整细胞质尾部分的分选基序，细胞内SorCS2的转运与SorCS1无功能相似性，而是在细胞表面与配体结合的功能具有相似性[10]。

1.3SorCS3 目前，对SorCS3受体的研究仍处于初期阶段，且对SorCS3亚型的发现仍然没有进展。通过原位杂交检测发现，SorCS3主要在胚胎和产后早期阶段的前脑结构中表达，在海马和大脑皮质的表达最突出[11]。通过Northern印迹分析胚胎阶段SorCS3的表达发现，脑发育过程中SorCS3的表达呈动态变化，且不同发育阶段的表达强度不同，这种动态变化随脑发育成熟而逐渐减弱[12]。与其他VPS10p-D受体一样，SorCS3既可以作为内吞受体，也可以作为共同受体，调节其他受体的功能。在SorCS1和SorCS3双重缺陷小鼠模型中发现，SORCS1和SORCS3可充当原肌球蛋白相关激酶B运输受体，以减弱BDNF的信号传导，使突变小鼠处于慢性能力过剩状态[13]。

1.4Sortilin Sortilin也是VPS10p-D结构域受体家族的成员之一，Sortilin在发育中的肺、鼻腔、肾脏、胰腺、唾液腺和肝内、胆管的上皮组织中高表达；此外，甲状腺、发育中的软骨和骨化组织以及肝中巨核细胞等细胞中也显示出Sortilin的高表达。Sortilin位于上皮组织的顶端，可能参与器官分支过程中涉及的各种受体或效应分子的调节和运输[14]。Sortilin是一种多配体受体，在多种分子的分选中表现出TGN、质膜和溶酶体的功能，具有神经系统以外的生理功能，并在乳腺癌、神经胶质瘤等癌症中参与葡萄糖转运囊泡的调控[15]。此外，全基因组关联研究发现，增加肝Sortilin表达可对心血管疾病发挥保护作用等[16]。

1.5SorLA SorLA是具有11个低密度脂蛋白A类重复序列簇的分选相关受体，所以SorLA也称为LR11或SORL1。SorLA是VPS10p-D分选受体的模式典范，已作为细胞内运输调节剂被广泛研究[17]。SorLA的VPS10p结构域是由700个氨基酸组成的胞外配体结合域，折叠在一个十叶的β螺旋桨中。除VPS10p-D结构域外，SorLA中的低密度脂蛋白A类重复序列是配体识别的另一个位点，这是SorLA功能障碍可能导致破坏性病理的原因，如神经变性等[18]。在阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)的发展过程中，SorLA具有调节淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)和β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)的分选功能。此外，SorLA还参与心血管和代谢性疾病(如动脉粥样硬化和2型糖尿病)脂蛋白代谢的调节[19]。

2 SorCS受体蛋白与神经退行性疾病

2.1SorCS与AD AD是一种中枢神经渐进性退行性疾病，目前认为AD的病理特征主要包括Aβ的沉积和神经原纤维缠结[20]。AD的发病机制主要包括Aβ过度聚集、tau蛋白磷酸化、神经递质乙酰胆碱的缺失和炎症反应，其中Aβ过度聚集被认为是AD的主要影响机制，Aβ沉积可加速神经细胞凋亡、影响胆碱能神经系统、诱发氧化应激等，从而导致脑细胞损伤。Aβ作为一种跨膜蛋白，由APP水解产生，主要包括α、γ分泌酶水解和β分泌酶水解两种代谢途径。因此，APP的内体分选过程在进一步水解Aβ的过程中起关键作用[21-22]。SorCS蛋白作为分选蛋白参与了内体区室与TGN之间的运输，通过影响APP内化及水解影响AD的发展。

为了探究SorCS家族的遗传变异是否会增加AD患病风险，Reitz等[23]对大量白种人AD病例进行数据分析发现，SorCS蛋白家族5种同源基因组中单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)与AD的风险相关。使用微阵列基因表达分析比较AD和对照组脑中SorCS2、SorCS3和Sortilin的表达水平，并评估这些基因对APP的γ分泌酶加工的影响发现，Sortilin、SorCS1、SORCS2和SORCS3中的几个SNP与AD相关，并且SorCS1、SorCS2和SorCS3中的4个特异性连锁不平衡区块对AD的风险显示出附加的上位性效应。与健康对照组相比，AD样本中SorCS3的表达相对较低，使用短发夹RNA敲除HEK293细胞中SorCS3后，SorCS3的低表达可导致APP的水解速度增加3倍。这些数据表明，除目前广泛研究的SorCS1和Sortilin外，SorCS家族其他成员的遗传变异均与AD的患病风险相关，并会改变APP的正常水解过程，但具体机制有待研究[23]。

临床通过影像学特征区分健康人与AD患者，对部分AD病例进行SNP分析，寻找与AD相关的遗传标志物，结果发现了53个与AD显著相关的基因，其中包括SorCS1[24]。Bai等[25]对AD患者的全血RNA进行全基因组微阵列分析发现了AD组与对照组中293个差异表达的探针，其中288个特异性探针对受试者的灵敏度为87.5%，特异度为90.5%，并在参与调节血液的18个差异基因中发现了SorCS1和Sortilin。这一发现为AD患者的临床初步判断提供了更方便快捷的检测指标，也为后续的科研工作提出了新方向。

为了进一步研究SorCS1参与影响APP的水解过程，Hermey等[26]通过共免疫沉淀和共定位分析了APP与SorCS1两种亚型SorCS1b和SorCS1c的内化结合能力发现，SorCS1c可对APP完成独立的内化过程，而SorCS1b不具备内化APP的能力；为了进一步分析APP与SorCS1c内化的关系，通过免疫金标记的方式将SorCS1基因N端和跨膜结构域进行标记，SorCS1b在细胞水平过表达不会引起APP转运动力学的改变，但SorCS1c过表达会引起APP阳性顺行转运囊泡明显减少，导致固定APP阳性囊泡的增加，降低APP的顺行转运速率，表明SorCS1和APP共享运输途径，并且SorCS1c的表达可抑制APP的顺行转运，直接影响Aβ的产生，从而影响AD的发展进程。

一项全基因组关联研究数据表明，SorCS1与AD的患病率具有相关性，确定了SorCS1为AD的候选致病基因。目前SorCS1与AD相互作用的明确序列尚不确定，但在不同人群中SorCS1基因有各种不同的等位基因变异体，这些变异体可能位于内含子调节序列，通过影响SorCS1 的表达影响AD的发展[27]。Xu等[28]通过对中国汉族人群中236例晚发性AD病例与无AD家族史的健康汉族对照组进行基因分型及单倍型分析发现，SorCS1两个SNP(rs10884402和rs950809)存在差异，表明SorCS1基因变化可能在晚期AD中发挥重要的潜在作用，尤其是内含子rs10884402和rs950809。

有研究对AD小鼠模型和野生型小鼠脑区淀粉样变蛋白斑形成早期、变性期间以及变性后SorCS1、SorCS3及SorLA的表达变化进行比较分析发现，小鼠在衰老早期(1～12个月内)，SorCS1、SorCS3及SorLA的表达稳定，在斑块形成后，额叶大脑皮质、海马中的SorCS1、SorLA表达水平明显下降，而SorCS3只在额叶大脑皮质中表达水平下降,表明与Aβ沉积相关的疾病也会负反馈调节受体的表达[20]。

与SorCS1相比，对SorLA在AD发病机制中的研究更深入。Mehmedba等[29]研究发现，SorLA通过本身的补体型重复簇与APP结合，与APP的腔结构域形成1∶1的化学计量复合物。SorLA作为APP的分选受体，可与APP直接相互作用，影响前体的处理，减少Aβ的生成。因此，细胞中SorLA的过表达可减少Aβ的形成，反之，SorLA表达受到抑制时将加速Aβ的产生以及老年斑的沉积，证实了SorLA表达对AD的发生具有保护功能，并可在某种程度上延缓Aβ的沉积速度，可为延缓AD病程提供新的治疗靶点。除分选APP外，SorLA还可通过将新产生的Aβ分选到溶酶体中进行分解代谢来降低淀粉样蛋白形成的负担[30]。同样，在AD患者脑中检测到Sortilin表达增加，且蛋白免疫共沉淀发现其与APP存在相互作用，Sortilin作为改善淀粉样蛋白病理改变的有益蛋白质，在小鼠中通过促进APP降解减少Aβ的产生。

2.2SorCS与癫痫 癫痫是一种复杂的慢性脑部疾病，其病理特征为脑部神经元反复异常突发性放电、大脑功能短暂障碍，癫痫发作期间患者会出现注意力分散、记忆力减退等症状，严重影响患者的身心健康和生活质量。癫痫发病率较高，病程难以控制，属于难治的神经退行性疾病[31]。

SorCS蛋白与癫痫密切相关，SorCS2可在癫痫发病过程中保护神经元免受损伤，减缓发病对脑组织的伤害。VonDran等[32]利用毛果芸香碱诱发小鼠癫痫状态，癫痫持续3 d后检测海马神经元中SorCS2的表达水平发现，SorCS2的表达水平显著上调，且CA2区域中SorCS2受体的表达尤为明显。在海马硬化癫痫患者海马中发现，除CA2区域外的海马区的神经元细胞丢失严重，CA2区域中SorCS2的表达水平也显著增加，表明SorCS2在癫痫发病过程中对神经元丢失起保护作用[33]。为了研究SorCS2在癫痫病中的功能，有研究使用毛果芸香碱诱导野生型和SorCS2敲除型(SorCS2 knockout，S2KO)小鼠，两组首次诱导癫痫发作无明显差异，但多次诱导后S2KO小鼠的死亡率更高，表明SorCS2缺陷在癫痫诱导过程中易发生不可逆转的病理变化而导致死亡[9,34]。对毛果芸香碱诱导结束后样本进行TdT介导dUTP末端标记染色评估野生型与S2KO组小鼠海马体细胞死亡数的研究发现，与野生型相比，S2KO海马中CA2/3区域TdT介导dUTP末端标记阳性数明显升高。8-羟基-2-脱氧鸟苷是一种氧化应激的生物标志物，能够反映DNA的氧化情况。检测氧化应激标志物8-羟基-2-脱氧鸟苷的水平发现，S2KO海马中8-羟基-2-脱氧鸟苷免疫反应性显著增强，表明毛果芸香碱诱导的S2KO小鼠脑损伤可能与氧化应激增加有关[35]。

为了阐明SorCS2保护神经元免受氧化应激的过程，纯化S2KO神经元细胞表面蛋白，进行蛋白质组学分析，筛选出JWA和代谢型谷氨酸受体两个相关蛋白[13,36]。在JWA和代谢型谷氨酸受体两种蛋白中，JWA调节兴奋性氨基酸转运体3(excitatory amino acid transporter 3,EAAT3)的运输和功能，并且能激活代谢型谷氨酸受体2/3,增加EAAT3的表达水平。通过CoIP实验发现，EAAT3与SorCS2存在直接相互作用；在Western Blot实验中发现，S2KO组EAAT3蛋白表达水平下降[37]。综上所述，SorCS2促进了细胞表面EAAT3的暴露以及半胱氨酸的摄取，半胱氨酸是谷胱甘肽前体，而谷胱甘肽是活性氧类清除剂，可以保护神经元免受癫痫发作引起的氧化应激，因此SorCS2的缺乏会导致质膜中EAAT3的耗竭，EAAT3的缺乏会损害神经元半胱氨酸的摄取，在SorCS2缺陷型小鼠中表现出氧化性脑损伤，神经元细胞死亡增加和癫痫发作，上述发现解释了Sorcs受体家族的定向分选对氧化应激及癫痫病中神经元保护途径的重要性以及氧化性脑损伤在神经退行性疾病中的影响，利用抗氧化剂治疗可减少氧化应激，并提高癫痫患者的生存率[38]。

2.3SorCS与亨廷顿舞蹈病(Huntington′s disease，HD) HD也属于进行性神经退行性疾病，由位于第4号染色体上的亨廷顿舞蹈病家系基因15外显子上CAG 3个核苷酸重复序列(>35个重复序列)的扩增引起，该基因编码亨廷顿蛋白[39]。HD的行为特征为不自主运动、肌肉强直、平衡协调能力受损、运动技能学习障碍，但HD中运动功能障碍的分子机制仍不完全清楚[40]。

SorCS家族可能在成人大脑表面谷氨酸受体转运中起关键作用。纹状体是HD退化最明显的区域，在控制自愿行为和运动技能方面起着重要作用[41]。中棘神经元(middle spinal neuron，MSN)是纹状体内的投射神经元，约占纹状体神经元总数的96%，所有的MSN菌表达N-甲基-D-天冬氨酸谷氨酸受体，N-甲基-D-天冬氨酸谷氨酸受体通常由两个NR1亚基和两个NR2亚基组成[42]。利用免疫荧光染色观察到SorCS2在成年小鼠纹状体中表达，并与NR2A存在相互作用[43]。采用双重标记免疫电磁法对NR2A免疫反应性进行定量分析发现，SorCS2的缺乏可导致转运至MSN树突及突触表面的含有NR2A的N-甲基-D-天冬氨酸谷氨酸受体明显减少，初步认为SorCS2是MSN中NR2A树突转运的关键调节剂[44]。使用ZQ175杂交小鼠纹状体裂解物与SorCS2进行免疫共沉淀发现，裂解物中的突变型亨廷顿蛋白与SorCS2共沉淀，故认为突变型亨廷顿蛋白/SorCS2的相互作用也可能通过干扰SorCS2正常分布和NR2A的正常运输导致HD运动障碍[43-44]，这一发现有助于了解HD的病理生理学特征，并有助于寻找针对这种神经性疾病的新的治疗方法。既往研究认为，Sortilin能够调控HD的胰岛素释放和胰岛素敏感性[45]。受HD影响的家庭成员中，糖尿病的发病率较高，且HD患者中Sortilin受体基因的表达受到影响[46]。

3 小 结

近年来，SorCS受体蛋白与人类脑部疾病的相关性受到越来越多的关注。大脑神经元由胞体、树突和轴突中的不同亚细胞区室组成，神经元内蛋白的异常分选被认为是造成许多毁灭性脑部疾病的根本原因。SorCS受体蛋白在神经元中作为蛋白分选的中央调节剂，将蛋白质分选至正确的靶位上，是维持正常细胞功能的基础。SorCS蛋白家族参与神经系统的分化、发育，同时也参与神经系统损伤等病理过程，其中SorCS家族的每个成员在神经系统调控中具有不同的转运功能，同时又相互协作。目前，SorCS蛋白家族在各种疾病中的作用过程及机制仍不清楚，还需要更多的基因和生物学数据评估基因联系的相关性，对SorCS受体蛋白与疾病的关系还需要更细致、更准确的研究。未来，有效地调控SorCS蛋白的表达可能为临床研究和治疗神经系统疾病提供新的靶点。