DARPP-32磷酸化異常與LID形成機制研究進展

羅瑞靜 何建成

隨著人口老齡化的日趨明顯，帕金森病(Parkinson's disease，PD)發病率日漸攀升［1］。迄今為止，左旋多巴(L-dopa，LD)憑借其起效快、減輕癥狀明顯等優點，仍然是治療PD的“金標準”藥物，是其他治療方法和藥物所不能替代和比擬的［2］。然而長期LD治療后約80%患者出現嚴重的運動并發癥，異動癥(levodopa-induced dyskinesia，LID)是其中較為常見的一種類型，它嚴重影響PD患者的藥物治療效果和生活質量，但其發生機制尚未完全闡明。近來許多研究發現DARPP-32的異常磷酸化與LID發生有密切關系，本文就DARPP-32與LID發生機制相關內容予以綜述［3，4］。

一、DARPP-32的結構及分布

1983年Walaas等［5］發現了一種對多巴胺(dopamine，DA)和環磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)非常敏感的磷蛋白，稱為DARPP-32蛋白(dopamine and cAMP-regulated phosphoprotein of 32 kDa，DARPP-32)，它是由202個氨基酸殘基組成的酸性單肽鏈，其中含有豐富的親水性氨基酸，不同種屬之間DARPP-32核苷酸序列和氨基酸序列相似性可達80%以上。該蛋白在腦區的分布與DA在軸突末梢分布相平行，主要分布在基底神經節的尾狀核、殼核、伏隔核、嗅結節和杏仁體，在蒼白球、黑質網狀體中也有表達，特別是在紋狀體中含有多巴胺D1受體(dopamine D1receptor，D1R)和D2R的中等大小棘狀神經元胞質中含量豐富。DARPP-32結構與功能異常，可導致帕金森病異動癥、抑郁癥、精神分裂癥、藥物成癮等疾病的發生。

二、DARPP-32的功能及調控機制

在中樞神經系統，蛋白磷酸化是一種調控細胞生理功能的重要機制，是細胞信號轉導的重要環節［6］。DARPP-32在信號轉導過程中發揮重要作用，可以接受多種生理活性物質的調控，同時又可以通過自身不同位點的磷酸化與去磷酸化調控多種效應蛋白底物來發揮重要生理功能［7］。

1.DARPP-32的功能:多巴胺(DA)是重要的中樞神經遞質，調節著機體運動、識別、情感和神經內分泌等生理功能。DA受體主要有兩大類，分別是D1類和D2類受體，二者與DA結合后可以產生不同的效應［8，9］。總的來講，D1類受體激活后可以增強腺苷酸環化酶(adenylate cyclase，AC)活性，從而增加cAMP的產生;D2類受體可以抑制AC的活性，減少cAMP的產生。DARPP-32是一種胞內蛋白，是DA信號轉導通路上的重要信號分子之一，在細胞內信號轉導通路上起分析和整合作用，居于信息傳遞和級聯放大效應的中心地位［10］。

2.DARPP-32磷酸化調控機制:通過蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)、蛋白激酶 C(protein kinase C，PKC)等介導的細胞信號轉導途徑調節專一性蛋白底物的磷酸化，是許多神經遞質對特異性靶細胞發揮其生理作用的普遍機制。DARPP-32生物學活性主要受其中4個氨基酸殘基位點磷酸化和去磷酸化的調節［11］。這 4個位點分別是 Thr34、Thr75、Ser102和Ser137，其中Thr34位點可被PKA磷酸化，Thr75位點則可被周期素依賴蛋白激酶5(cyclindependent kinase 5，CDK5)磷酸化。在上述的4個位點中，Thr34處于中心位置，Ser102和Ser137的磷酸化對其有正性調節作用，而Thr75磷酸化則對其有負性調節作用。上述4個位點的異常磷酸化成為DARPP-32參與LID形成的重要機制之一，通過自身不同位點的磷酸化及去磷酸化對底物蛋白發揮雙向調控的作用，以保證生理功能的正常發揮。多種生理活性物質可以影響DARPP-32的磷酸化和去磷酸化，近期研究［12～15］表明，多巴胺、谷氨酸、可卡因、阿片、5-HT、苯丙胺、(-GABA、NO、腺苷等神經遞質及其類似物都可影響DARPP-32的磷酸化，進而通過調控蛋白磷酸酯酶-1(protein phosphatase-1，PP-1)的活性狀態，導致同一神經元發出不同的調控信息。迄今為止對其影響機制研究比較透徹的是DA的調控，DA可以與D1、D2受體結合后通過多條途徑對DARPP-32的不同位點的磷酸化和去磷酸化進行調控，從而對效應蛋白底物產生激活或抑制效應［16～18］。PKA途徑是DA信號轉導途徑中比較經典的一條［19］。其具體過程是DA作用于D1R，刺激AC使cAMP生成增加，激活PKA，使Thr34-DARPP-32磷酸化成為PP-1的強效抑制劑，進而降低一些效應蛋白的脫磷酸，同時可以通過D1/PKA/蛋白磷酸酯酶-2A(protein phosphatase-2A，PP-2A)促進Thr75位點的去磷酸化，間接加強Thr34位點對PP-1的抑制作用，使效應蛋白底物磷酸化增強，直接通路活性增強［20］。Thr34的去磷酸化是由蛋白磷酸酶-2B(protein phosphatase-2B，PP-2B)完成的。DA與D2R結合后可以通過以下兩條途徑發揮作用:①阻礙D1類受體活動，減少cAMP的生成，影響PKA途徑信號轉導;②增加細胞間Ca2+水平，可以引起PP-2B的激活;兩條途徑都可以導致DARPP-32的Thr34位點去磷酸化，而其去磷酸化后，對PP-1的強效抑制作用即解除。

此外，Thr-75位點可被 CDK5磷酸化，此時DARPP-32成為PKA的抑制劑，可通過抑制PKA使Thr34-DARPP-32磷酸化能力降低;谷氨酸受體NMDA(N-methyl-D-aspar-tate)、AMPA(a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxa-zolep-propionate)可以通過與 D1R、D2R相互作用共同調控DARPP-32的磷酸化狀態，影響直接通路的活化程度。總之，DARPP-32磷酸化調控機制非常復雜，上游不同物質可以通過多條途徑對其不同位點的磷酸化與去磷酸化進行調控，進而影響其下游效應蛋白底物，通過對直接與間接通路活性狀態的調控，保持機體生理功能的正常發揮。

三、DARPP-32功能異常與LID發生機制

目前認為LID的發生與服用半衰期較短的外源性DA引起突觸前DA間斷性釋放波動性刺激紋狀體DA受體后引起的下游突觸后神經元功能改變所導致的直接通路與間接通路之間的失衡以及清除異常運動信息功能的破壞有關，在此期間，DARPP-32不同位點磷酸化功能異常導致直接通路活動的活性異常增強與LID的形成關系密切，但確切機制尚不清楚。

Picconi、Hakansson、Santini等先后研究發現，DA與D1R結合后使得Thr34-DARPP-32過度激活，直接通路過度活化，最終導致LID的發生。Nishi等研究發現CDK5可使Thr34-DARPP-32過度磷酸化，過度激活直接通路，導致LID發生。Lebel等研究表明紋狀體內 DARPP-32通過抑制 PP-1促進ERK1/2的磷酸化，過度激活直接通路，導致LID的發生。

國內學者牛軼瑄、梁直厚等研究發現PD長期反復LD波動性治療可使D1R下游突觸后神經元內DARPP-32的Thr-34位點的磷酸化水平增加，導致直接通路過度活化。牛軼瑄等進一步研究證實D1R下游突觸后神經元內PDyn等蛋白表達改變和效應蛋白底物磷酸化修飾增加，選擇性異常活化直接通路，使基核環路失衡進而引起LID的形成。陳志斌等研究發現LID大鼠紋狀體內DARPP-32的Thr-34位點的磷酸化水平發生了明顯變化，可能造成了直接通路過度活化，引起直接、間接通路的平衡失調及清除異常運動信息的功能被破壞，最終導致了LID的發生。宋璐等研究發現，紋狀體DARPP-32的Thr-75位點的磷酸化水平減低參與了LID的發生。徐巖等研究表明紋狀體內DARPP-32可通過抑制PP-1促進紋狀體內直接通路上的重要信號分子ERK1/2的磷酸化，進而促進下游靶基因的表達來影響神經元突觸可塑性，參與LID的發生。

四、展 望

綜上所述，在神經系統中，DARPP-32的磷酸化和去磷酸化受多種物質的調節，通過對PP-1活性的影響，進而調節神經元的電化功能，參與多種生理功能和病理過程。其磷酸化功能異常特別是Thr-34位點的過度磷酸化導致直接通路活動的異常增強與LID的形成關系密切。但LID形成機制復雜，不同神經遞質變化對DARPP-32磷酸化的影響及其相互作用機制、DARPP-32不同位點的磷酸化及其相互作用機制、DARPP-32異常磷酸化后對下游效應蛋白底物的影響及上下游相互作用機制等尚未完全闡明，有待進一步深入研究。

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