酪胺酸羥化酶和帕金森病相關研究進展

張智敏　白　潔

(昆明理工大學醫學院，云南　昆明　650500)

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酪胺酸羥化酶和帕金森病相關研究進展

張智敏白潔

(昆明理工大學醫學院，云南昆明650500)

〔關鍵詞〕酪氨酸羥化酶;帕金森;氧化應激;線粒體功能障礙

帕金森病(PD)是中老年人常見的運動障礙疾病〔1，2〕。研究表明PD與遺傳、蛋白質聚集、蛋白質降解障礙、黑質紋狀體多巴胺(DA)神經遞質水平低、氧化應激和線粒體功能障礙等有關。 例如，α-核突觸蛋白，同源磷酸酶-張力蛋白基因(PTEN)誘導激酶(PINK)1，E3泛素連接酶(Parkin)，PD和癌癥相關蛋白(DJ-1)蛋白等〔3〕，這些分子的改變與酪氨酸羥化酶(TH)的改變有關。

1TH

TH是交感神經特異性標志物，其廣泛地分布在去甲腎上腺能神經軸突的胞質中，并參與合成兒茶酚胺(CA)的過程。而在人體中，TH是一個含有單核的非血紅素原子，每個酶的亞基的鐵含量為0.4～1原子/蛋白組〔4〕。

TH是一種能夠催化L酪氨酸變成L-3,4-二羥基苯丙氨酸(L-DOPA)的羥基化作用的四氫蝶呤單加氧酶。TH的氨基酸序列在不同物種間具有高度的保守性〔5〕。在結構上，TH包含14個外顯子，具有四種相同的亞型(hTH1～4)，這四種亞基都是mRNA剪切的結果。人TH是一個分子量為240 kDa的四聚體，每個單體是由三部分組成的，分別是105個殘基構成的調節段、280個殘基組成的催化結構域和40個殘基共同組成的四聚體〔6〕。TH活性可通過以下機制，調節包括競爭反饋抑制TH四氫生物蝶呤兒茶酚胺，在 hTH1 上的Ser-19 和Ser-40可逆磷酸化，和第二信使介導的轉錄和翻譯〔5〕。TH催化L-酪氨酸的四氫生物蝶呤分成依賴羥基化作用于L-3,4二羥基苯丙氫酸，這是執行CA,如DA，去甲腎上腺素，腎上腺素合成的限速步驟，CAs通過在2個活性位點上結合從而抑制TH的活性的，這2個位點分別具有高親和力，低親和力〔7〕。

2TH與PD的關系

PD可能與多種因素有關，如：遺傳因素、內源性活性氧類(ROS)、不平衡的抗氧化防御和修復機制、細胞凋亡、炎癥、代謝過程的失調以及外源性毒素的接觸等〔8〕。但目前PD的確切的病理機制還不清楚。

DA是大腦中的一種重要神經遞質，它具有支持運動、認知和視覺等功能，在PD中具有重要的作用〔9〕。而DA的合成限速酶TH在PD中也起著重要的作用。TH與α-核突觸蛋白的變化、ROS產生以及線粒體功能障礙等都有關系。

2.1TH與α-核突觸蛋白α-核突觸蛋白是一個由α-突觸核蛋白(SNCA)基因編碼的具有140個氨基酸的蛋白質，在散發性和家族性的PD中α-核突觸蛋白表達異常,PD的病理學特征主要是因為由錯誤折疊的α-突觸核蛋白組成的異常細胞內含物，這是由α-突觸核蛋白基因點突變(A30P，E46K，h50q，G51D，A53T)所致〔10〕。此外，α-核突觸蛋白還是散發性PD的特征性包涵體-路易小體的主要組成部分，這也說明了α-核突觸蛋白聚集可能還導致了散發性PD的發生。

在DA能MN9DC細胞中，α-核突觸蛋白的過表達能夠顯著地降低TH的活性，也發現沉默的 α-核突觸蛋白增加了TH的活性和多巴胺的合成，并且 α-核突觸蛋白的過表達明顯抑制了TH在Ser40上的磷酸化和DA的合成，而 α-核突觸蛋白S129D突變體增加TH的磷酸化和DA的合成〔11〕。然而，在轉染的α-核突觸蛋白基因DA能細胞中，TH基因表達的抑制的確切的機制是不確定。但在DA能細胞中人類α-核突觸蛋白的過表達可能與TH表達的丟失有關，相似的結果在人類α-核突觸蛋白基因改造的小鼠中，紋狀體中TH的活性和水平都是降低的〔12〕。有趣的是，PD出現前，伴有焦慮和抑郁，而焦慮與TH的活性增強有關。而在PD的模型中發現，可溶性α-核突觸蛋白的聚集或損失，都會導致腦內TH的活性的失調〔13〕。這些發現更加印證了TH與α-核突觸蛋白的關系。

2.2TH與氧化應激(OS)OS是指體內氧化與抗氧化失衡，導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物。

2.2.1TH與DJ-1DJ-1在大腦中非常豐富，主要是在細胞質中，目前發現DJ-1在OS的條件下對細胞有保護作用，DJ-1作為一個RNA結合蛋白可能也有重要的作用〔14〕。研究發現，DJ-1缺陷的小鼠對1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)和OS非常敏感，提示DJ-1的功能突變同PD是相關〔15〕。在MN9D細胞中，對DJ-1或其L166P突變體中的TH mRNA和蛋白水平進行了測定。TH mRNA比對照細胞水平增加約20倍〔16〕。這說明了DJ-1的表達上調了TH基因的表達。

2.2.2TH與ROSROS是指需氧細胞在代謝過程中產生一系列活性氧簇，其包括O2-,H2O2,H2O,和OH等〔17〕。人體產生的ROS是少量的，僅僅用于正常的生理過程，包括在免疫系統中的關鍵作用，以及刺激生長因子和炎癥反應的發展，其次，ROS與細胞凋亡有關〔18〕。證據表明，PD的發病機制中的一個關鍵因素是OS，也就是在PD患者中ROS生理反應的過程中，產生更多的ROS和不平衡的抗氧化防御和修復機制，最終導致黑質DA神經元丟失或凋亡。小膠質細胞激活的脂多糖(LPS)，產生了慢性源的細胞因子和ROS。注射LPS到黑質后，復制了大鼠PD的病理特征，導致了總的ROS的增加，隨后，ROS的增加又導致了與DA損失有關的TH的表達降低，還伴隨著神經遞質DA及其代謝產物的嚴重損失〔19〕。然而，Nakashima等〔20〕在研究PD中，TH可能的病理生理作用時也提出了一個假設，TH的代償活化作用可能有助于進一步減少PD中DA神經元的TH活性、蛋白水平和DA合成。增加的特定人TH的活性也會導致DA神經元中有毒的ROS產生，從而促進PD的發生。總之，TH與ROS之間有密切的關系，與PD的發生發展密切相關。

2.3TH與線粒體功能障礙線粒體功能障礙是PD以及與年齡相關的神經退行性疾病的核心，在PD中，路易小體是含有線粒體起源的折疊蛋白，帶有位于細胞質中或神經突觸上的蛋白質。在PD病人樣本和動物模型中，與線粒體應激信號有關的線粒體折疊蛋白的積累有關〔21〕。假定PINK1是一種激酶，定位于線粒體，受PTEN調節。研究表明PINK1可能在調節線粒體功能發面發揮著重要作用〔22〕。PD細胞模型中，證實了線粒體外的PINK1能調節TH表達和DA的合成。野生型 PINK1的過表達也能下調DA能神經元中TH的表達和DA的合成。相反，與PD相關的G309D，A339T，和E231G PINK1突變體的過表達，下調了DA能神經元中TH和DA水平的，并且增加了OS的易損性〔23〕。

2.4TH在PD中的應用TH的產物是左旋多巴(L-DOPA)。目前臨床上主要采用提高基底神經節DA功能的藥物治療PD L-DOPA可以透過血腦屏障，在存活的DA能神經末梢內轉換成DA〔24〕。口服L-DOPA能有效地改善PD的癥狀。但是L-DOPA治療數年后，療效降低并出現副作用，如運動障礙、睡眠障礙、焦慮等。所以更加深入的研究TH的功能，更有利于解決PD L-DOPA治療的困難。在PD患者中，TH和TH mRNA水平都表現出降低的趨勢，因此，將TH基因導入到紋狀體神經元，提高中腦神經細胞中TH的表達及活性，可以增加合成和釋放DA，這有可能成為治療PD的靶點。

在小鼠紋狀體TH陽性神經元可能參與突觸前神經元的可塑性，因此，紋狀體中TH高表達作為PD的運動障礙的治療策略的新靶點。盡管TH高表達可能會參與L-DOPA引起邊緣系統和大腦皮質的副作用如精神病或癡呆的發展〔25〕。

3總結

PD的發病機制復雜，目前尚不清楚。TH是DA合成的限速酶，能夠有效地預防PD等神經退行性疾病的發生。而另一方面，TH表達的減少導致了DA的損傷，從而導致PD的發生。有關TH與α-核突觸蛋白、ROS、DJ-1、PINK1等的研究，有助于明確PD的分子機制，為PD的治療提供新的理論基礎。

4參考文獻

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〔2015-10-20修回〕

(編輯袁左鳴)

基金項目：國家自然科學基金(No.81160162，U1202227)

通訊作者：白潔(1966-)，女，教授，博士生導師，主要從事神經退行性疾病和毒品成癮分子機制研究。

〔中圖分類號〕R743.9

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)09-2280-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.09.110

第一作者：張智敏(1992-)，女，碩士，主要從事帕金森病方面的研究。