Cdk5在中樞神經系統作用靶點的最新進展

2015-02-16 01:52:18張洪海

中國現代醫生 2015年24期

張洪海

杭州市第一人民醫院麻醉科，浙江杭州310006

張洪海

杭州市第一人民醫院麻醉科，浙江杭州310006

細胞周期素依賴性蛋白激酶5（cyclin-dependent kinase 5，Cdk5）屬于絲氨酸和蘇氨酸激酶家族。Cdk5主要分布于哺乳動物的全身組織，但只有分布在神經組織的Cdk5才具有活性，因為其激活有賴于其激活子p35，而p35主要分布于神經組織。近期的大量的研究結果表明，Cdk5在中樞神經系統通過作用不同的分子靶點從而調控不同的生理功能。Cdk5在中樞系統通過作用不同的分子蛋白對學習記憶功能進行調控，同時越來越多的研究結果也表明，Cdk5在調控炎性疼痛的過程中也具有重要的作用。本文就Cdk5作用中樞神經系統不同的分子靶點進行總結，對于我們理解Cdk5在中樞神經系統的功能具有重要的意義。

細胞周期素依賴性蛋白激酶5；中樞神經系統；分子靶點

Cdk5在中樞系統通過作用不同的分子蛋白對學習記憶功能進行調控，同時越來越多的研究結果也表明，Cdk5在調控炎性疼痛的過程中也具有重要的作用。本文就Cdk5作用中樞神經系統不同的分子靶點進行總結，對于我們理解Cdk5在中樞神經系統的功能具有重要的意義。

1 Cdk5與辣椒素受體

細胞周期素依賴性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase，Cdk）是一個蛋白激酶家族，這個家族屬于絲氨酸和蘇氨酸激酶[1]。其主要參與調控腫瘤細胞的增殖和死亡以及細胞代謝循環等，Cdks家族包括Cdk1～Cdk9，其激活依賴于細胞周期素[2]，但細胞周期素依賴性蛋白激酶5（cyclin-dependentkinase，Cdk5）主要分布于后有絲分裂神經元，其激活方式不同于其他Cdks。Cdk5的激活依賴于其特異性激活子蛋白p35和p39。p35和p39在鈣蛋白酶的作用下裂解為p25和p29，其激活Cdk5的效力更強，并有更長的半衰期。既往的研究表明Cdk5主要參與細胞神經元生長、遷移和凋亡等[3，4]。近年的研究結果表明其在大鼠和小鼠炎性疼痛模型上參與調控炎性疼痛[5-7]。在足底角叉菜膠致炎的小鼠脊髓背根神經節（dorsal root ganglion，DRG）Cdk5通過磷酸化辣椒素受體（vanilloid receptor-1，VR1）調控外周傷害性信息的傳導，從而調控炎性痛的熱痛閾而對機械痛則沒有顯著影響。完全弗氏佐劑（complete freund's adjuvant，CFA）致炎的大鼠脊髓后角的Cdk5酶的活性明顯增高，其選擇性抑制劑Roscovitine脊髓鞘內注射明顯的抑制由大鼠足底注射CFA導致的熱痛閾。Cdk5是一種蛋白激酶并不直接調控疼痛信息，主要通過底物作用于相應的靶點從而進行傷害神經元細胞內的信號級聯的傳導[8]。盡管一些實驗數據表明Cdk5在不同模型可以磷酸化不同的蛋白底物和作用在不同的分子靶點，但到目前為止在脊髓水平上Cdk5調控炎性疼痛的機制依舊不清楚。

2 Cdk5與神經突觸囊泡蛋白

近期研究結果顯示，存在海馬神經元突觸前的Cdk5通過磷酸化門控電壓鈣通道和作用于突觸前的不同囊泡蛋白調控相關神經遞質的釋放[10-12]。眾所周知，突觸囊泡是調控神經遞質釋放的起始點和關鍵部位。外周刺激信息傳遞到突觸前神經元軸突合成相應的神經遞質。合成后的神經遞質通過軸漿運輸到突觸囊泡，突觸囊泡與突觸前的質膜融合、破裂，在質膜外的鈣離子進入和作用下使神經遞質釋放到突觸間隙，通過突觸間隙的運輸和擴散作用于突觸后的相應的神經元受體[13-17]。神經元受體激活導致相應的離子通道打開，細胞外的信息傳遞到細胞內從而使細胞內信號級聯激活，同時相應的信息傳遞到腦部的高級神經中樞進行信號整合。大量的研究結果證實，突觸囊泡蛋白突觸體素（synaptophysin）通過SNARE（包括突觸囊泡相關蛋白-2（vesicle-associated membrane protein-2，VAMP-2/synaptobrevinⅡ），突觸前質膜相關蛋白-25（synaptosomal-associated protein，SNAP-25）和突觸質膜蛋白（syntaxin 1A）來調控包括興奮性神經遞質谷氨酸的神經遞質的釋放[18]，而谷氨酸能神經元調控學習記憶和炎性疼痛中具有重要的作用[19，20]。

3 Cdk5與NMDA受體

大量的研究結果表明N-甲基-D-天冬氨酸受體（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）在調控學習記憶功能中具有重要的作用。NMDA分為NR1、NR2和NR3三個亞基，NR2又分為A～D四個亞型而NR3亞基分為A和B兩個亞型。動物實驗的結果顯示NR2亞基的NR2A和NR2B兩個亞型在調控動物學習記憶中占有重要的地位。在小鼠的海馬區功能增強的NR2A可以使海馬區的突觸可塑性（synaptic plasticity）加強和長時程增強（long-term potentiation，LTP）形成[21，22]。突觸可塑性和長時程增強受損顯著的減弱小鼠的學習記憶功能。而Cdk5可以通過磷酸化NR2A的1232位點的絲氨酸從而影響小鼠海馬區的LTP形成。而NR2B生物學功能主要取決于其磷酸化水平和細胞的上膜率。動物的實驗結果顯示基因敲除NR2B或者表達率和上膜率下降的小鼠與對照組相比表現顯著學習記憶受損。離體小鼠海馬區的研究結果表明Cdk5的選擇性抑制劑Roscovitine明顯地抑制NR2B酪氨酸的1472位點的磷酸化同時也抑制其上膜率。而NR2B酪氨酸的1472基因敲除小鼠在行為學中表現為與恐懼學習記憶中的學習能力顯著的下降[23]。

4 Cdk5與阿片類受體

眾所周知嗎啡是臨床最常用和最有效的鎮痛藥物之一，但其臨床的成癮性和耐受性限制其臨床的一應用。研究結果證實δ-opioid receptor（DOR）在嗎啡耐受中起到至關重要的作用，但DOR在介導嗎啡耐受中的機制并不清楚[24]。最近研究表明在大鼠腰膨大處的背根神經節（dorsal root ganglion，DRG）Cdk5可以直接磷酸化DOR神經元的蘇氨酸的161A位點（Thr-161）[24]。而DRG神經元上DOR的磷酸化蘇氨酸的T161A位點在介導嗎啡的耐受中扮演了重要的角色，條件性基因敲除DRG神經元上的DOR的蘇氨酸的161位點顯著中斷或者將減輕嗎啡耐受而鞘內注射Thr-161的質粒也可以取得相同效果。而Cdk5酶的活性在大鼠脊髓給與注射嗎啡的活性明顯的增高，抑制增高Cdk5酶的活性則可以逆轉這個過程。同時試驗研究結果也顯示，過渡表達的DOR在缺乏Cdk5酸化蘇氨酸的161A位點后這個過程也可被逆轉。而另一個大鼠嗎啡耐受的實驗模型中鞘內注射Cdk5選擇性抑制劑Roscovitine也阻斷這個過程[25]，以上實驗結果表明Cdk5在嗎啡耐受的產生和維持的機制中起到關鍵性作用，為臨床研究預防嗎啡耐受可能提供了一個新的治療靶點。

5 Cdk5與BDNF/TrKB信號系統

腦源性神經營養性因子（brain-derived neuro factor，BDNF）和其受體絡氨酸受體B（tyrosine kinase receptor B，TrKB）信號系統在調控神經病理性疼痛和炎性疼痛具有重要的作用[26]。最新的研究結果表明BDNF/TrKB信號系統與Cdk5相互作用調控完全弗氏佐劑（complete Freund's adjuvant，CFA）誘導的熱痛覺敏化[24]。Cdk5抑制劑Roscovitine給予大鼠脊髓鞘內注射顯著的延長大鼠由CFA足底注射的熱縮腳潛伏期。同時我們的試驗數據顯示，Roscovitine脊髓鞘內注射后顯著抑制BDNF的過渡表達，我們的試驗結果也顯示，Roscovitine脊髓鞘內注射后可以顯著TrKB蛋白的過渡表達，說明Cdk5直接作用于BDNF/TrKB信號系統而調控CFA誘導的炎性疼痛的熱痛覺敏化。我們采用免疫共沉淀的方法驗證Cdk5與TrKB的相互關系發現二者存在相互作用，而Roscovitine可以顯著阻止二者聯系，表明Cdk5與BDNF/TrKB信號系統調控炎性疼痛的熱痛覺敏化。

6 Cdk5與P38MAPK信號系統

分裂原激活的蛋白激酶（P38 mitogen activated protein kinases，P38MAPK）家族是非常保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是信號轉導過程中一組主要的信號分子，試驗結果表明P38MAPK在調控慢性神經病理性疼痛和炎性疼痛中具有重要的作用[27]。我們最近的研究成果顯示Cdk5與P38MAPK相互作用調控大鼠CFA足底注射的熱痛覺敏化[28]。給予大鼠足底注射CFA 6 h至注射后5 d時間段內大鼠脊髓背角的磷酸化的P38MAPK蛋白表達顯著增加。在給予大鼠脊髓鞘內注射Cdk5抑制劑Roscovitine后顯著抑制P38MAPK蛋白高表達。同時我們的免疫用光雙標的結果顯示在大鼠足底注射CFA 6 h后P38MAPK與Cdk5的激活子p35共表達于脊髓要膨大處的小膠質細胞而與星型膠質細胞則沒有共表達，提示Cdk5與P38MAPK信號系統在脊髓小膠質細胞系統中具有重要的調控炎性疼痛的作用。

Cdk5可以分布全身各處組織但其有活性的Cdk5主要分布在神經系統，近幾年的在中樞神經系統Cdk5實驗數據研究顯示Cdk5在炎性疼痛和學習記憶以及嗎啡耐受中作用的靶點。但Cdk5作用的分子機制是非常復雜的，本文只是簡單綜述了Cdk5作用在中樞的一些靶點，也許為將來研究Cdk5在中樞神經系統的作用可能提供新的思路。

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The latest advancement of Cdk5 acting on targets in the central nervous system

ZHANG Honghai
Department of Anesthesiology，Hangzhou First People's Hospital，Hangzhou310006，China

Cyclin-dependent kinase5，Cdk 5 belongs to the family of serine/threonine kinase.Cdk5 distributes all kinds of tissue of mammal body.However，cdk5 fails to play its role unless in the central nervous system（CNS）because cdk5 is activated by its activator p35 that mainly is distributed in CNS.Recently，considerable results of study demonstrated that Cdk5 mediated the different physiological functions by acting on the different molecular targets in CNS.In CNS，cdk5 play a key role in mediating the function of studying and memory by acting on different molecular proteins.Moreover，increasing evidence showed that cdk5 plays an important in mediating inflammatory pain as well. The molecular targets of central nervous system mediated by Cdk5 will be summarized in this paper，which is of great importance for us to understand the function and role in CNS.

Cyclin-dependent kinase 5;Central nervous system;Molecular targets