α-突觸核蛋白轉運與帕金森病關系的研究進展

莊鎮裕 葉梓良 林楚曼 謝惠芳

南方醫科大學珠江醫院（廣州510282）

帕金森病是一種常見的神經退行性疾病，具有緩慢進行性發展的特點，其發病率僅次于阿爾茨海默病，臨床上表現為行動遲緩、靜止性麻痹、肌強直和姿勢步態異常等運動障礙。不同患者疾病進展速度不同，早期患者通過藥物治療多可控制癥狀，疾病晚期患者對藥物反應差，不能有效控制疾病進展，出現肌強直等運動功能障礙，生活自理受到限制，長期臥床，最終死于肺炎、延髓麻痹、腦血管疾病等。對于帕金森病病因的探究，目前認為是由于中腦黑質多巴胺能神經元缺失及出現路易小體所導致，其中α-突觸核蛋白（α-synclein，α-Syn）異常聚集與路易小體及帕金森病的發生發展密切相關，對于α-Syn在腦組織中的平衡調節轉運機制及導致異常聚集的機制尚未清楚，本文就α-Syn在腦組織中的轉運與α-Syn寡聚體形成在帕金森病發展中所起的作用做一綜述。

1 α-Syn及其與帕金森病關系的概述

α-Syn最先于1997年在帕金森病患者腦組織的路易小體中被SPILLANTINI等［1］觀察到。同年，POLYMEROPOULOS等［2］證實了編碼α-Syn的基因SNCA發生點突變以及基因重復與帕金森病的發展密切相關。α-Syn是一個由140個氨基酸殘基組成的神經元蛋白，可以導致神經元的損傷，而且還參與中樞神經系統神經變性的過程［3］。它可以誘導一系列漸進性、周期性的病理變化，最終導致具有毒性的寡聚體在腦組織中傳播。目前普遍認為，路易小體是帕金森病的重要病理變化及診斷特征，而α-Syn是路易小體形成的重要成分之一，與路易小體形成及帕金森病發生發展密切相關。其中，α-Syn異常聚集是路易小體形成的關鍵環節，但對于α-Syn在腦組織中的異常聚集機制目前尚未明確，如能對α-Syn聚集的病理過程進行干預，帕金森病的治療將會取得突破性進展。

2 α-Syn及寡聚體形成對神經系統的作用

在神經系統中，α-Syn在突觸前末梢大量表達，在突觸傳導中有多方面的作用。JANECZEK等［4］不僅觀察到α-Syn通過多巴胺轉運體負向調節多巴胺的攝取，是負向調節多巴胺能神經傳遞的重要影響因素，而且發現α-Syn表達水平高低在中樞神經系統中有著兩方面的作用，上調α-Syn的水平會表現出神經毒性的作用，相反正常的α-Syn水平卻能保護中樞神經系統避免損傷。正常人神經系統內α-Syn單體表達水平提高，可導致低聚狀態下的α-Syn進一步聚集，發展成不可溶的α-Syn纖維，尤其在編碼α-Syn的基因SCNA發生突變及基因重復的情況下，研究［5-6］發現其形成α-Syn纖維的速度明顯加快，最終形成具有毒性的α-Syn寡聚體，堆積在神經細胞的細胞質中，損害神經系統的正常功能。這也是SCNA基因突變人群帕金森病發生率較高的重要原因。在神經系統中，α-Syn還與細胞分化有一定關系。ZASSO等［7］研究證實在人胚胎神經祖細胞中過度表達α-Syn，會損害神經祖細胞的正常分化，使向神經元分化轉變為向神經膠質細胞分化，導致正常神經元細胞數量減少，影響正常神經生理活動。另外，α-Syn不僅能影響神經系統中突觸傳遞的功能，還能影響神經元線粒體形態學的變化和線粒體能量的產生。SHAMOTO-NAGAI等［8］研究發現 α-突觸核蛋白干擾線粒體和內質網之間鈣離子的交換，破壞細胞內的鈣離子的平衡，同時還抑制受損線粒體的降解。而高歌等［9］和DIAS等［10］則發現α-Syn的堆積會導致線粒體膜電勢的改變，增加細胞內活性氧的產生，損傷帕金森病患者多巴胺能神經元。所以在神經細胞中α-Syn寡聚體的形成，易導致活性氧的大量產生，而活性氧作為線粒體相關細胞凋亡的一個重要信號，其濃度增加易導致大范圍神經細胞的凋亡，損害神經系統的正常功能。

3 α-Syn在神經系統中的轉運

傳統的觀點認為α-Syn是細胞內的蛋白質，不能轉運到細胞外。目前認為，α-Syn在細胞外是存在的，其分泌到細胞外的方式不是通過常規依賴內質網和高爾基體的轉運方式，而是通過胞吐作用釋放到細胞外，首先游離的突觸囊泡通過高爾基體或網格蛋白介導的內吞作用進入早期核內體，緊接著核內體儲存的α-Syn可通過兩條不同的通路分泌到細胞外，一方面可通過VSP4和SUMO蛋白的協助被包含在多泡體內，與細胞膜融合排出細胞外；或者成為再循環內體并通過依賴Rab11a蛋白的分泌顆粒使其排出體外。這兩種胞吐的方式最終都受到細胞內Ca+的影響［11］。并且在蛋白酶體及線粒體功能紊亂的情況下，其轉運速度明顯提高［12］。在α-Syn吸收方面，ANGOT等［13］將AAV2/6-huα-Syn病毒轉導到小鼠的腦黑質中，讓小鼠腦細胞表達α-Syn，再把正常神經元移植到小鼠腦紋狀體內，發現正常神經元內最終也出現α-Syn。體外實驗證明其攝取α-Syn寡聚體可有多種機制，一部分α-Syn可通過細胞膜上的膜孔蛋白或蛋白復合體通道，或通過與細胞膜融合以胞吞作用進入胞內，另一部分則能通過與細胞膜上的受體蛋白結合，誘導內源性α-Syn的產生及聚集，導致內源性α-Syn 寡聚體的形成［11，14］。在細胞攝取α-Syn過程中，細胞外的α-Syn寡聚體可誘導溶酶體破裂，并誘導靶細胞中組織蛋白酶B依賴活性氧增加，導致炎癥小體活化［15］，因此，α-Syn寡聚體的產生不僅具有自身神經細胞毒性及影響線粒體及蛋白酶體功能，而且能在神經元細胞間通過胞吞胞吐等轉運機制進行轉移，損害周圍神經細胞［8，15］。同時，在神經細胞蛋白酶體及線粒體功能紊亂的情況下，α-Syn的轉運速度明顯提高，這也在一定程度上形成一個惡性循環的病理過程，加快帕金森病的進展。

另一方面，血腦屏障作為人體中調節物質進出大腦的重要介質，星形膠質細胞是其主要組成成分。研究表明，α-Syn可通過血腦屏障進行雙向運輸［16］。由于血腦屏障通過星形膠質細胞直接接觸大腦血管邊緣的神經元［17］，所以α-Syn在血腦屏障的運輸極可能是從星形膠質細胞開始，因此星形膠質細胞把α-Syn轉運至血管內皮細胞的能力對其釋放到血液中并清除具有極其重要的作用。然而，早前LEE等［18］已發現血腦屏障并不利于α-Syn寡聚體的清除，反而會加快帕金森病的發作時間，這些研究并沒有提供任何證據解釋α-Syn在星形膠質細胞聚集形成寡聚體的原因，考慮到星形膠質細胞幾乎不表達α-Syn，他們提出一個假說：α-Syn寡聚體是由其它細胞釋放到間質中，被星形膠質細胞吸收，最終徹底破壞血腦屏障功能，加速帕金森病的進展。這個假說最終在體外實驗中得到證實，將從SHSY5Y細胞分泌的α-Syn添加到星形膠質細胞的培養基中，可從星形膠質細胞中提取到α-Syn，目前研究還發現星形膠質細胞是通過類似神經元的內吞作用攝取α-Syn，并將其運輸至溶酶體進行清除，然而持續接觸攝取α-Syn，其攝取量遠大于其通過溶酶體降解的量，導致α-Syn在星形膠質細胞內形成新的低聚物和纖維，產生細胞毒性加快細胞應激與死亡［19］。星形膠質細胞受到破壞后，血腦屏障失去正常功能，α-Syn的清除能力進一步下降，產生另一個導致帕金森病發展的惡性循環。因此，如果將血腦屏障用在治療清除毒性α-Syn上，那么星形膠質細胞將會成為一個很重要的靶點。此外，α-Syn在血腦屏障對其他細胞的表達與功能尚未清楚，需要進一步探究。

在細胞間轉運方面，隧道納米管（TNT）是轉運α-Syn的另一條通路，在與相鄰細胞接觸和融合時，TNTs作為導管促進細胞間交換和通訊，其連接持續長達幾個小時［20］。在多種CNS細胞如神經元、星形膠質細胞及體外樹突細胞中也已發現TNT的存在，并且能促進不同類型細胞如神經元與星形膠質細胞之間的物質轉運，同時α-Syn會誘導細胞內產生更多活性氧，從而形成更多的TNT［20-21］。因此，TNT會導致帕金森病中α-Syn在多種細胞間轉運，更大范圍得損害神經系統正常功能，加快帕金森病發展。另外，正常條件下，小膠質細胞是中樞神經系統的主要免疫吞噬細胞，當α-syn通過血腦屏障時，可觀察小膠質細胞被激活［22］。然而，研究發現其雖然能通過GM1依賴性脂筏介導的內吞作用吸收外源性α-syn，但缺乏有效降解α-syn的能力［23］。這也與α-syn所導致的蛋白酶系統損害有關。小膠質細胞被激活時有M1和M2兩種表型，根據表型不同可對神經系統產生毒性或保護作用，M1型主要存在于疾病末期的損傷部位，此時M2型的免疫調節及修復功能受到抑制，α-Syn可長期激活M1型小膠質細胞，產生炎癥反應導致不可逆的神經元損傷［24］。α-Syn還作為化學誘導物質，誘導小膠質細胞至受損細胞處［25］。因此，α-Syn可趨化并激活M1型小膠質細胞，由于不能完全清除α-Syn及炎癥反應產生，導致神經系統中多個部位引起損傷。加快帕金森病進展。

4 基于α-Syn轉運的帕金森病治療前景

目前臨床上帕金森病常用多巴胺代替治療，研究發現，多巴胺雖然能改帕金森病患者的運動機能，但是會影響患者的認知功能，出現視覺幻覺，沖動控制障礙，而且不能阻止帕金森病的進展［26-27］。帕金森病是環境和基因共同作用的結果，而α-Syn作為聯系這兩大因素的核心，其轉運機制可以作為帕金森治療的新靶點。因此可以通過逆轉α-Syn的聚集，提高細胞降解α-Syn寡聚物的能力以及清除毒性α-Syn的能力，從而治療帕金森病。在今后的研究中，可以嘗試著重點尋找抑制α-Syn表達和聚集的藥物，并應用蛋白組學與基因檢測的方法檢測細胞內α-Syn分子的變化，從基因與蛋白質的水平探討藥物作用機制及尋找新的藥物靶點。在帕金森病的病理診斷方面，目前已有研究證實了帕金森病患者中α-Syn病變亦存在于周圍神經系統［28-30］，如腸道副交感神經系統，支配唾液腺的自主神經纖維，心肌交感神經纖維等，因此皮膚、腸道、唾液腺等的活檢都能成為帕金森病病理診斷的新思路，其中，皮膚活檢是最安全快捷的診斷方式，但仍需大量的臨床樣本以證實其在帕金森病診斷中的臨床價值。

4 總結與展望

α-Syn可在神經系統突觸前末梢大量表達，在機體存在SCNA基因突變或重復時，形成α-Syn寡聚體的速度加快，堆積在神經細胞中，產生細胞毒性及大量活性氧，損害正常神經遞質傳遞、神經祖細胞分化、線粒體功能及蛋白酶系統等，最終導致神經細胞凋亡。同時，α-Syn能通過多個通路在神經元、星形膠質細胞、小膠質細胞等多種神經細胞間轉運，如依賴Ca+的胞吐作用排出細胞外，再通過膜孔蛋白、胞吞作用或與細胞膜上受體蛋白結合被鄰近細胞攝取，在不同神經細胞間還能利用TNT作為通道進行轉運，從而導致α-Syn在神經系統中大范圍擴散。而在α-Syn的清除上，一方面由于神經細胞本身缺乏有效降解α-Syn的能力，另一方面由于α-Syn寡聚體轉運破壞血腦屏障正常功能，誘導產生M1型小膠質細胞，均不利于α-Syn的有效清除，導致其在神經系統中堆積，加速帕金森病進展。因此充分了解α-Syn在神經細胞間的轉運機制，將多個轉運途徑中的某個蛋白作為靶點，對轉運進行抑制，對治療帕金森病有重大意義。