自噬在帕金森病中的研究進展

程寶倉 鄭世茹 楊會杰 白宏英

1）鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科研究生 鄭州 450014 2）鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 鄭州 450014

帕金森病（Parkinson＇s disease，PD）是神經(jīng)系統(tǒng)第二大變性病，影響著世界約5千萬人口。Karin Wirdefeldt等［1］在總結(jié)了世界各地流行病學(xué)資料后于2011年發(fā)表了1篇文獻中指出PD的發(fā)病率為（1.5～22）／10萬人年，其患病率約為（167～5 703）／10萬。PD患病率隨著年齡增長而明顯增高，陳生弟［2］通過調(diào)查得出50～59歲PD患病率為25.1／10萬，60～69歲為82.8／10萬，70～79歲為171.8／10萬，80歲以上為145.9／10萬。隨著我國進入老齡化社會，PD的患者數(shù)量逐年上升，不僅影響PD患者的生活質(zhì)量，還給家庭和社會造成沉重的負擔(dān)，一直是醫(yī)學(xué)研究的熱點。

PD以黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元進行性變性死亡和路易小體形成為主要病理特征，到目前為止，PD的發(fā)病機制尚未完全明了，遺傳因素、環(huán)境因素、神經(jīng)系統(tǒng)老化、線粒體功能障礙、a-synuclein沉積及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等多種因素都與其發(fā)病有關(guān)［3］。大量實驗研究表明自噬與PD發(fā)病密切相關(guān)，自噬的失調(diào)在PD的發(fā)病中有著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)綜述如下。

1 自噬

1.1 自噬的概念與分類 自噬是真核生物特有的生命現(xiàn)象，1963年，De Duve對小鼠肝細胞經(jīng)過胰高血糖素誘導(dǎo)后發(fā)現(xiàn)了降解的線粒體及其它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，從而將這種現(xiàn)象命名為自噬。自噬是細胞通過單層或雙側(cè)膜結(jié)構(gòu)吞噬細胞質(zhì)或是細胞器形成自噬小體，然后運輸?shù)饺苊阁w融合形成自噬溶酶體并降解內(nèi)容物的過程。自噬通常在應(yīng)激狀態(tài)下被激活，能清除細胞內(nèi)有缺陷或多余的細胞器并為機體提供必要的大分子物質(zhì)和能量，是諸如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器再循環(huán)的唯一機制，對維持細胞自身的穩(wěn)態(tài)和細胞內(nèi)代謝平衡有重要的意義［4］。

自噬主要有三種形式：大自噬、小自噬以及分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）。大自噬（也叫巨自噬）是自噬最重要的一種形式，其特征標志是自噬小體的形成［5］。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)來源的單層膜結(jié)構(gòu)在降解物附近內(nèi)陷形成一個類新月形的雙層膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的兩個尖端不斷的延伸、融合，形成了一個隔離胞質(zhì)成分的雙層球狀結(jié)構(gòu)，稱為自噬小體，接著與溶酶體融合形成自噬溶酶體（即自噬體），其內(nèi)的各種物質(zhì)被溶酶體內(nèi)的多種水解酶降解后釋放入胞漿，從而參與機體的新陳代謝。大自噬主要對受損細胞器和長壽蛋白進行降解［6］。小自噬沒有自噬小體的形成，而是通過溶酶體膜包裹降解物后內(nèi)陷進入溶酶體內(nèi)，再由溶酶體內(nèi)的多種水解酶對這些被吞噬的物質(zhì)進行降解，主要是對無用細胞器進行選擇性的降解。CMA的典型特征是具有選擇性，熱休克蛋白HSC70作為分子伴侶能特異性的識別并結(jié)合含有5肽序列-KFERQ的可溶性蛋白形成復(fù)合物，該復(fù)合物被溶酶體相關(guān)性膜蛋白LAMP-2a識別、結(jié)合后將其轉(zhuǎn)運到溶酶體進行降解［7］。自噬的三種形式并不是孤立的，三種形式相互協(xié)調(diào)，共同作用，避免機體細胞受到各種病理性損傷。

1.2 自噬的分子機制 自噬的過程主要包括4個階段：（1）起始階段：該階段需要UNC-51-類似激酶（ULK，ATG1的哺乳動物同系物）、Atg13、Vps34等相關(guān)元件的參與［8］。ULK與Atg13和FIP200存在于一個復(fù)合物中，并且受到雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的嚴格調(diào)控。當營養(yǎng)充足時，Ulk1-Atg13-FIP200-Atg-101復(fù)合體與哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1（mTORC1）相互作用，被mTORC1介導(dǎo)的ULK1的磷酸化所失活從而抑制自噬；當營養(yǎng)缺乏時，Ulk1-Atg13-FIP200-Atg101蛋白復(fù)合體與mTORC1分離，導(dǎo)致其去磷酸化，Ulk1被激活，進而導(dǎo)致Atg13、FIP200及Atg101的磷酸化，進而誘導(dǎo)細胞自噬［9］。（2）膜的形成：ClassⅢPI3K復(fù)合物在膜的形成過程中必不可少，其位于膜上，并能促進ATGs的聚集［10］。PI3K復(fù)合物包含PI3K蛋白Vps34、beclin1和p150。Vps34參與細胞內(nèi)各種膜的分類過程，并且能通過調(diào)控三磷酸磷脂酰肌醇（PI3P）的生成，來募集ATGs并促進膜的伸展。（3）自噬小體的形成：Atg5-Atg12系統(tǒng)和LC3系統(tǒng)這兩個泛素樣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)在該階段發(fā)揮著重要的作用［11］。在Atg5-Atg12系統(tǒng)中，被類E1泛素激活酶Atg7激活的Atg12與被類E2泛素激活酶Atg10激活的Atg5結(jié)合為Atg5-Atg12復(fù)合物，該復(fù)合物再與Atg16結(jié)合為一個位于膜外表面與膜伸展有關(guān)的大綜合體。在LC3系統(tǒng)中，LC3（Atg8的哺乳動物同系物）被Atg4激活為可溶性形式LC3-Ⅰ，并暴露出其C端的甘氨酸殘基。LC3-Ⅰ被類E1泛素激活酶Atg7活化后再被轉(zhuǎn)運至第二種被類E2泛素激活酶Atg3，甘氨酸與磷脂酰乙醇胺結(jié)合為膜結(jié)合形式LC3-Ⅱ，定位于自噬小體膜上。LC3-Ⅱ是自噬小體形成的一個標志，當自噬小體與溶酶體結(jié)合后，LC3-Ⅱ被降解［11］。（4）自噬體的形成及內(nèi)容物的降解：自噬小體形成后，在溶酶體蛋白LAMP1、LAMP2及RAB7的作用下與溶酶體融合形成成熟的自噬體，自噬體內(nèi)包裹的核糖體、蛋白質(zhì)、線粒體等成分將被溶酶體內(nèi)的多種水解酶降解，降解后的產(chǎn)物可以重新參與機體的新陳代謝［8］。

自噬的調(diào)節(jié)與mTOR通路、Class I PI3K／Akt通路、腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）通路、p53通路、Bcl-2蛋白家族、Gαi3蛋白和氨基酸等多個調(diào)節(jié)途徑有關(guān)［8，12］，各個通路和因子相互作用相互協(xié)調(diào)，通過上調(diào)下調(diào)自噬，保證自噬的順利進行。

2 自噬在帕金森病中的作用

2.1 α-synuclein與自噬 α-synuclein是由SNCA基因編碼的一種小分子蛋白質(zhì)，其由140個氨基酸組成，起源于前突出神經(jīng)末梢的囊泡并以穩(wěn)定a螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)合在脂質(zhì)雙分子層上。有研究表明α-synuclein在PD中出現(xiàn)折疊錯誤形成路易小體并降低腦源性神經(jīng)生長因子的表達，因此是PD的關(guān)鍵蛋白［13］。α-synuclein在囊泡運輸、神經(jīng)元功能和突觸傳遞中發(fā)揮著重要作用，同時還具有伴侶蛋白的功能，能對細胞中的異常蛋白進行降解。α-synuclein主要依賴于自噬-溶酶體途徑、大自噬和CMA進行降解。野生型α-synuclein可以被HSC70為主的分子伴侶復(fù)合物識別后轉(zhuǎn)移到溶酶體，與溶酶體上的LAMP-2a受體結(jié)合從而通過CMA降解；與家族性PD相關(guān)的突變型α-synuclein（A53T，A30P）雖然也可以與LAMP-2a結(jié)合，但由于它與LAMP-2a的親和力異常增高，不容易被溶酶體的吞噬，從而通過大自噬降解［14］。αsynuclein的過度表達，會在體內(nèi)形成低聚物，不容易被機體通過自噬途徑來清楚，從而造成神經(jīng)毒性，導(dǎo)致PD的發(fā)生。因此，自噬在PD的發(fā)病機制中扮演著重要的角色，如何通過上調(diào)自噬活性降解異常聚集的α-synuclein是未來PD的治療中的一大挑戰(zhàn)。

2.2 線粒體與自噬 線粒體是真核動物中的一種雙層膜封閉式細胞器，是機體進行呼吸功能、電子傳遞、氧化磷酸化并生產(chǎn)ATP的場所，對細胞功能的維持起著重要的作用。研究表明，活性氧的增加、α-synuclein的異常聚集及一些PD相關(guān)基因（PINK1，Parkin）的突變使線粒體發(fā)生了形態(tài)學(xué)和動力學(xué)上的改變，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙［15-16］，最終導(dǎo)致PD的發(fā)生。

線粒體自噬是指機體中線粒體受到損傷或過多時被自噬體選擇性清除，以維持線粒體正常數(shù)量和功能的過程，線粒體膜電位降低是其特征之一。研究資料顯示，PINKI1和Parkin分別被PINKI1基因和Parkin基因編碼生成，是參與線粒體自噬的兩種主要蛋白，能協(xié)同調(diào)節(jié)線粒體分裂、融合的動態(tài)變化，清除受損線粒體，而這兩種基因的突變則能抑制線粒體自噬活性，使機體對受損線粒體的清除機制發(fā)生障礙。PINKI1蛋白是一種與絲／蘇氨酸激酶同源具有激酶活性的蛋白，主要存在于線粒體，其N端定位于線粒體，C端定位于細胞質(zhì)，具有絲／蘇氨酸激酶活性的結(jié)構(gòu)域也位于細胞質(zhì)中，通過減輕應(yīng)激狀態(tài)下的線粒體功能障礙，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。Parkin是一種E3泛素連接酶，包括兩個富含4個半胱氨酸能結(jié)合鋅的RING（really-interesting-new-gene）結(jié)構(gòu)域、兩個RING結(jié)構(gòu)域之間的保守區(qū)域和一個N端泛素樣結(jié)構(gòu)域［17］。正常的線粒體上沒有Parkin的存在，Parkin存在于心臟、肝臟、大腦、骨骼肌等多種組織中，通過選擇性的轉(zhuǎn)位到膜電位下降的線粒體，發(fā)揮其E3泛素連接酶活性，誘發(fā)自噬降解受損的線粒體［18］。在對只敲除PINKI1基因或Parkin基因、同時敲除pink1基因和Parkin基因的果蠅的研究中發(fā)現(xiàn)在PINKI1和Parkin的聯(lián)合調(diào)控下能減少線粒體的分裂增加線粒體的融合［19］。綜上所述，PD的發(fā)生、發(fā)展與線粒體自噬密切相關(guān)，機體對受損或多余的線粒體清除障礙會導(dǎo)致PD的發(fā)生，通過對線粒體自噬活性的調(diào)節(jié)可能會成為以后預(yù)防、治療PD的一種新方法。

2.3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與自噬 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細胞對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、膽固醇進行合成的一種細胞器，細胞內(nèi)信號的調(diào)控和鈣的儲存也在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進行。在折疊酶和分子伴侶的協(xié)助下內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以對蛋白質(zhì)進行折疊，當內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)折疊功能紊亂導(dǎo)致蛋白負荷超過了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的折疊能力而引起的一種應(yīng)激狀態(tài)被稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激［20］。輕度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激時以未折疊蛋白反應(yīng)為主的一系列應(yīng)激反應(yīng)會被激活以清除錯誤折疊的蛋白，維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)；但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激無法逆轉(zhuǎn)時，細胞就有可能會發(fā)生自噬或者凋亡［21］。Hoozemans等［22］于2007年在PD患者中腦黑質(zhì)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了未折疊蛋白反應(yīng)的激活并在α-synuclein沉積的神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)了活化的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶，證實了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與PD密切相關(guān)。李天亮等發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)基因DDIT3能通過上調(diào)Atg5和與Atg5-Atg12復(fù)合物相結(jié)合誘導(dǎo)自噬；吳亮［23］等在α-synuclein突變型（A53T）PD中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白p-eIF2α和GRP78的表達增多，并且內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和α-synuclein聚集存在著相互促進的關(guān)系。綜上所述，細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活多種信號通路和未折疊蛋白反應(yīng)調(diào)節(jié)來維持，因此，對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)細胞自噬機制的深入研究，將會為PD的治療提供很大的借鑒。

3 小結(jié)與展望

本文回顧了自噬的分類、分子機制、信號調(diào)控及與PD的關(guān)系，揭示了自噬和和PD發(fā)病息息相關(guān)，如何有效的維持自噬活性及如何決定自噬的激活時機將會是我們以后研究的重點。然而我們對于PD中自噬復(fù)雜的分子機制的認識還遠遠不夠，還有很多細節(jié)需要進一步研究。只有充分認識自噬的分子機制和其在PD中的作用，才能充分發(fā)揮其有利因素減少有害因素，為PD新的治療方法奠定一個堅實的理論基礎(chǔ)。

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