前列腺凋亡反應蛋白-4在神經退行性疾病發病機制作用的研究進展

張嫻文 白 潔

(昆明理工大學醫學院，云南 昆明 650500)

·綜 述·

前列腺凋亡反應蛋白-4在神經退行性疾病發病機制作用的研究進展

張嫻文 白 潔

(昆明理工大學醫學院，云南 昆明 650500)

中樞神經退行性疾病；前列腺凋亡反應蛋白4；發病機制

中樞神經退行性疾病主要包括阿爾茨海默病(AD)、帕金森病(PD)、亨廷頓病(HD)及肌萎縮型側索硬化癥(ALS)等。在AD、PD、HD、ALS等神經退行性疾病的動物或患者的尸檢中發現前列腺凋亡反應蛋白(Par)-4升高，阻斷這些疾病中Par-4的表達能抑制神經元的死亡，表明Par-4在神經系統退行性疾病中起關鍵作用〔1〕。Par-4與氧化應激、β淀粉樣肽、神經元突觸功能障礙、星形膠質細胞、多巴胺D2受體(D2DR)等關系密切。因此，探討Par-4在中樞神經退行性疾病中的作用可以為預防和治療該類疾病提供新的思路和方法。

1 Par-4的分子生物學特性

Par-4是Sells等〔2〕于1994年利用差異雜交技術，從凋亡的前列腺腫瘤細胞中分離出來的凋亡反應蛋白。人類Par-4基因位于染色體12q21。它編碼的蛋白相對分子質量約為4×104，含340個氨基酸殘基，是一種具有抑制腫瘤生長及促細胞凋亡的蛋白。該蛋白有3個重要的保守的功能區：羧基末端的亮氨酸拉鏈區(LZ)、核輸出序列(NES)和氨基末端的核定位序列(NLS)1和NLS2。LZ與已知的調節凋亡的蛋白質分子如蛋白激酶(PK)C、核因子(NF)-κB等相互作用，而影響細胞凋亡。核定位序列中，NLS1具體作用尚不明確；NLS2能使Par-4從胞質轉移到胞核，從而誘導癌細胞凋亡，因此，NLS2在Par-4引起的癌細胞凋亡起重要作用〔3〕。Par-4不僅可促使腫瘤細胞凋亡，在許多神經退行性疾病中，也發現Par-4表達升高，實驗證明Par-4參與多種病理因素誘導的神經細胞的凋亡及神經元退行性變過程〔4〕。

2 Par-4與氧化應激

氧化應激是細胞氧化-抗氧化失衡而導致的應激損傷狀態，氧化應激水平的升高，尤其是膜的脂質過氧化增高會擾亂神經元的能量代謝、離子穩態，損傷膜的離子依賴性三磷酸腺苷(ATP)酶及葡萄糖和谷氨酸載體，使神經元對細胞外毒素及凋亡的敏感性增加〔5〕。在AD、PD、ALS和HD中，特定腦區的神經細胞受到氧化應激攻擊，使細胞發生凋亡，進而惡化直至神經元網絡功能紊亂，最終發生神經退行性疾病，氧化應激在神經退行性疾病細胞凋亡的發生發展中起著重要作用〔6〕。

Par-4與氧化應激有著非常密切的關系。過氧化氫可誘導細胞凋亡，并且增加Par-4在近端小管上皮細胞中的表達，而用小干擾RNA技術沉默Par-4基因的表達，可以保護近端小管上皮細胞免于磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)即PI3K/Akt信號通路激活引起的細胞凋亡。這提示氧化應激可通過增加Par-4水平，引起細胞凋亡〔7〕。有研究表明新生兒鐵劑治療可引起成年大鼠氧化應激，使海馬 CA1，CA3，大腦皮質有很高的Par-4和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)-3的表達，但齒狀回只有Par-4的升高。提示氧化應激可能通過Par-4和Caspase-3途徑損傷腦的功能，增加神經退行性疾病的易感性〔8〕。Pedersen等〔9〕用FeSO4和谷氨酸鹽等氧化應激刺激因子作用于原代培養的大鼠脊索運動神經元或成神經細胞瘤脊髓雜交細胞株(NSC)-19運動神經元后，在引起神經元凋亡之前，Par-4水平可迅速而明顯升高。用Par-4的反義寡核苷酸處理多巴胺能神經元后，由Fe2+和魚藤酮引起的線粒體功能紊亂明顯減弱，可逆轉氧化應激引起的線粒體功能紊亂，抑制神經元的凋亡。表明Par-4在氧化應激引起的PD神經元凋亡中起重要作用〔10〕。Feng等〔11〕研究內源性的抗氧化劑和自由基清除劑褪黑素對AD轉基因小鼠的影響，他們給4個月齡轉基因小鼠連續給予4個月的褪黑素10 mg/kg，結果表明褪黑素能恢復谷胱甘肽(GSH)的水平，顯著降低B細胞淋巴瘤/白血病-相關X蛋白(Bax)，Caspase，Par-4上調，抑制氧化應激引起的神經元凋亡。

3 Par-4與β淀粉樣多肽(Aβ)

AD的主要病理學特征則是在腦中形成大量的老年斑(SP)和神經纖維纏結(NFT)及神經元選擇性丟失和突觸丟失。SP的主要成分是Aβ，體內的 Aβ來源于淀粉樣前體蛋白(APP)，APP在β，γ分泌酶的作用下產生了Aβ〔12〕。在AD動物模型中，Par-4引起的神經元的退化和Aβ的異常有關，免疫沉淀分析表明，Par-4的C末端對形成β位點裂解酶(BACE)復合物是必需的，過表達的Par-4能顯著增加β分泌酶裂解APP，這表明Par-4可能直接參與調節位點APP切割酶對APP的切割，BACE1裂解APP的活性，Par-4可作為BACE活性的內源性調節因素〔13〕。在神經元發生凋亡時，過表達的Par-4能誘導人神經母細胞瘤細胞(IMR)-32分泌和產生Aβ，抗凋亡轉錄因子(AATF)可直接或間接調節Par-4的活性，與Par-4形成復合物，抑制淀粉樣蛋白分泌〔14〕。Guo等〔15〕研究了在營養因子撤離2 h后，Par-4基因轉染的IMR-32細胞內，過表達的Par-4可加速Caspase的激活，使Aβ1～42與總Aβ的比值明顯增加，但在正常培養時，Par-4的過度表達并不影響Aβ1～42與總Aβ的比值。而用Caspase抑制劑抑制Caspase活性，可減輕Par-4誘導的Aβ1～42的增加，表明Par-4能通過Caspase途徑增加Aβ1～42的分泌。故探討Par-4對APP加工過程的調節對闡明AD神經元凋亡的機制具有重要意義。

4 Par-4與神經元突觸

突觸部位是AD病人神經元退行性病變開始的部位，突觸功能損傷早于Aβ沉積或淀粉樣斑塊的形成，AD患者認知功能障礙與行為異常與邊緣系統和大腦皮質區突觸的退化密切相關〔4〕。AD患者突觸鈣離子穩態的失衡可促進Par-4表達。Xie等〔16〕發現Par-4集中分布于人類的ALS和Cu/Zn超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)轉基因小鼠的脊髓腹側角的突觸小體和突觸后致密區，在出現肌無力之前，SOD1 G93A 突變小鼠對脊髓腹側角突觸體中Par-4水平顯著增加，而Par-4敲除的小鼠能抑制G93A突變誘導的脊髓腹側角突觸小體線粒體功能紊亂和Caspase的激活，保護脊髓運動神經元。通過RNAi靶向抑制Par-4的表達可抑制ALS小鼠神經突觸的退化。有研究表明Par-4位于突觸后密集區，是一種突觸蛋白，在大腦皮層和海馬突觸中Par-4高表達。在體和離體實驗表明，在神經元的成熟過程中，突觸內Par-4水平升高，過表達Par-4的嗜鉻細胞瘤細胞株PC12可通過升高細胞內鈣水平和抑制轉錄激活蛋白(AP)-1的活性來抑制神經生長因子誘導的細胞分化和神經突觸的生長。這些結果表明Par-4在突觸后信號的傳導，調節與細胞分化和神經突生長的信號通路中起重要〔17〕。此外，Par-4還可與D2DR結合參與突觸傳遞，Par-4功能紊亂的小鼠表現出多巴胺(DA)能神經傳遞的減弱，可引起抑郁癥狀，故Par-4還介導了DA能突觸的可塑性〔18〕。以上研究表明Par-4在突觸中的分子作用機制對了解突觸功能調節具有重要意義。

5 Par-4與星形膠質細胞

圍繞在SP周圍的反應性星形膠質細胞是AD病理改變的標志之一。研究表明，星形膠質細胞分泌的外切體，能增加神經酰胺和Par-4的表達，可激活Caspase-3，誘導星形膠質細胞的凋亡〔19〕。研究顯示，來源于早老素(PS)1小鼠的原代星形膠質細胞與C20神經酰胺培養時，與對照組相比，PS1小鼠的星形膠質細胞Par-4的表達高9.5倍，出現了細胞凋亡，而野生型不受影響，表明Par-4引起的細胞凋亡在AD的發病中起了重要作用〔20〕。

6 Par-4與DA能神經元

PD主要病理基礎是中腦黑質致密部(SNpc)DA能神經元選擇性進行性退變，繼而引起紋狀體DA嚴重缺乏。研究結果表明Par-4在猴子中腦的DA能神經元和暴露于神經毒素1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氫吡啶(MPTP)的小鼠體內的水平顯著增加，當Fe2+和魚藤酮作用于體外培養的DA能神經元時，Par-4水平會增加，引起線粒體功能紊亂，促使DA能神經元凋亡〔10〕。微陣列分析中腦DA能神經元N27細胞株在過氧化氫的作用下，可增加Par-4的表達，故Par-4可能是PD中DA能神經元功能退化的中間環節〔21〕。

7 Par-4與DA受體(R)

DAR可分為D1DR和D2DR，其中D1DR又可分為D1DR和D5DR兩種亞型，D2DR又可分為D2DR、D3DR和D4DR三種亞型。D2DR與D1是兩種最經典的亞型，是構成紋狀體DA能神經直接和間接通路的主要受體。是與PD有關的最重要的DAR亞型之一。Par-4是D2DR的配體，長期的丙戊酸鈉(VPA)治療能促使Par-4啟動子區組蛋白H3和H4的乙酰化，提高成年老鼠神經元中Par-4的表達，這些結果表明VPA可通過加強Par-4 的表達來增加D2DR的活性〔22〕。有學者研究了母愛剝奪和慢性應激在抑郁癥老鼠模型中的作用，通過時間定量PCR檢測了紋狀體中Par-4 mRNA和D2DR的表達，Par-4 mRNA和D2DR在母愛剝奪和慢性應激在抑郁癥老鼠模型中顯著降低〔23〕。

8 展 望

目前，神經退行性疾病發病機制還不清楚，治療效果不佳，進一步明確神經退行疾病發病機制和尋找特異性靶點是神經退行性疾病治療的關鍵。研究Par-4在神經退行性疾病中的作用,將為臨床防治神經退行疾病提供新思路。

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〔2016-01-21修回〕

(編輯 苑云杰/杜 娟)

國家自然科學基金(81160162)；云南省教育廳科學研究基金項目(2015Y060)

白 潔(1966-)，女，博士，教授，博士生導師，主要從事神經系統退行性疾病發病機制研究。

張嫻文 (1979-)，女，博士，講師，主要從事帕金森發病機制研究。

R730.2

A

1005-9202(2017)11-2830-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.11.103