線粒體轉(zhuǎn)錄因子A在帕金森病研究中的新進(jìn)展

滿 竹，田美媛 ，蘇小明，馬艷艷*

（1.青海大學(xué)研究生院，青海 西寧 810000；2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院-中心實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810000）

帕金森氏病是最常見的年齡相關(guān)性進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，隨著世界人口老齡化，PD發(fā)病率有望實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長。研究表明黑質(zhì)中神經(jīng)元丟失會(huì)導(dǎo)致紋狀體多巴胺缺乏，含有α-突觸核蛋白聚集體的細(xì)胞內(nèi)包裹體是帕金森氏病的神經(jīng)病理學(xué)特征。[1]目前普遍認(rèn)為，由于TFAM通過形成核苷來穩(wěn)定并調(diào)節(jié)mtDNA的含量，使TFAM在對(duì)于維持mtDNA，啟動(dòng)mtDNA轉(zhuǎn)錄及保護(hù)線粒體生物發(fā)生免受氧化損傷等方面至關(guān)重要。近年來關(guān)于TFAM在PD中的研究取得了新的進(jìn)展，TFAM可能是PD治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)。本文綜述了TFAM對(duì)mtDNA的調(diào)控，總結(jié)了TFAM作為關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素對(duì)PD發(fā)病的影響。

1 TFAM對(duì)線粒體功能的介導(dǎo)作用

線粒體生物發(fā)生和降解之間的穩(wěn)態(tài)平衡影響ATP的合成,線粒體的生物發(fā)生通過線粒體生長和分裂形成新線粒體。生物發(fā)生過程受過氧化物酶體增殖物激活的受體-γ（PPARγ）共激活因子-1alpha（PGC-1α）調(diào)控。一旦被磷酸化或脫乙酰基激活，PGC-1α就會(huì)激活核呼吸因子1和2（NRF1和NRF2）及TFAM。轉(zhuǎn)錄起始是線粒體基因表達(dá)以及細(xì)胞器生物發(fā)生和維持的關(guān)鍵調(diào)控步驟。起始因子TFAM和TFB2M分別協(xié)助單亞單位線粒體RNA聚合酶（mtRNAP）啟動(dòng)子DNA的結(jié)合和打開，而延伸因子TEFM則使mtRNAP進(jìn)行合成。可見，TFAM通過PGC-1α-NRF-TFAM途徑的激活，促進(jìn)了線粒體DNA和蛋白質(zhì)的合成以及新線粒體的產(chǎn)生。且TFAM協(xié)同mtRNAP為線粒體轉(zhuǎn)錄起始提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，通過對(duì)mtDNA不同方面及水平的影響改變了mtDNA的模式與作用。

2 TFAM與PD發(fā)病的關(guān)聯(lián)性

神經(jīng)炎癥是PD的常見致病機(jī)制，小膠質(zhì)細(xì)胞通過與TFAM等多種分子相互作用而被激活并引發(fā)炎癥反應(yīng)，這些分子包括細(xì)胞損傷后釋放的內(nèi)源性蛋白質(zhì)，稱為損傷相關(guān)分子模式（DAMP），相同的炎性介質(zhì)在體外暴露于細(xì)胞外TFAM后在分離的小膠質(zhì)細(xì)胞中上調(diào)。線粒體DAMP被證實(shí)可引發(fā)非神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的促炎免疫反應(yīng)。通過調(diào)節(jié)線粒體的生物發(fā)生和炎癥途徑來可以促進(jìn)神經(jīng)毒性，從而影響小鼠大腦中的神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)元中的線粒體。由此可見，TFAM可能通過在炎癥免疫反應(yīng)中的軌跡可能促進(jìn)慢性神經(jīng)炎癥，導(dǎo)致神經(jīng)元的加速退化及多巴能系統(tǒng)的破壞。

自噬是真核細(xì)胞特有的細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)成分被溶酶體降解過程的統(tǒng)稱。氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡,導(dǎo)致中性粒細(xì)胞炎性浸潤,蛋白酶分泌增加,產(chǎn)生大量活性氧中介物(ROS),而ROS直接參與細(xì)胞存活和死亡調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)病毒感染單核細(xì)胞通過抑制自噬減少了ROS。另一項(xiàng)報(bào)道顯示，病毒刺激了TFAM表達(dá)，但同時(shí)降低了NRF1和NRF2的水平。[2]黑質(zhì)中的α-突觸核蛋白（SNCA）過表達(dá)會(huì)增加mtROS積累，線粒體功能障礙和mtDNA減少，TFAM被上調(diào)以損害線粒體功能障礙加速PD的發(fā)作。溶酶體自噬速率的降低可能會(huì)影響受損蛋白質(zhì)的積累和PD中蛋白質(zhì)包裹體的形成。氧化應(yīng)激中產(chǎn)生的ROS在多種條件下都能誘導(dǎo)自噬發(fā)生,而自噬能通過不同的信號(hào)通路來緩解氧化應(yīng)激造成的損傷。TFAM的減少可能會(huì)減少細(xì)胞中的自噬反應(yīng)。

尚不清楚衰老過程中如何產(chǎn)生氧化應(yīng)激和慢性神經(jīng)炎癥，但適當(dāng)?shù)木€粒體質(zhì)量控制系統(tǒng)可確保維持健康的線粒體，從而減緩在衰老和疾病期間影響線粒體功能的損害的逐步積累。研究發(fā)現(xiàn)小鼠組織蛋白酶B（CatB）的基因消融可顯著減少ROS的產(chǎn)生和神經(jīng)炎癥。通過消融TFAM來擾動(dòng)線粒體復(fù)合功能，海馬神經(jīng)發(fā)生中再現(xiàn)了多個(gè)衰老的標(biāo)志，線粒體功能的增強(qiáng)改善了與年齡相關(guān)的神經(jīng)發(fā)生缺陷。可見，在腦衰老與能量代謝和線粒體生物發(fā)生之間密切聯(lián)系。衰老影響TFAM損害而加重慢性炎癥。

3 TFAM與拷貝數(shù)

在死后人類中腦中帕金森氏病患者TFAM表達(dá)明顯降低。但在健康的老年神經(jīng)元中檢測(cè)到更高的線粒體DNA拷貝數(shù)。[3]TFAM持續(xù)的過表達(dá)會(huì)導(dǎo)致TFAM與mtDNA的比率增加大于2倍，從而增強(qiáng)鏈偶聯(lián)型復(fù)制中間體（RI）的穩(wěn)態(tài)水平，這伴隨著線粒體轉(zhuǎn)錄的減少，拷貝數(shù)的減少和mtDNA的解鏈。TFAM對(duì)于維持mtDNA的拷貝數(shù)和完整性是必不可少的，TFAM的敲低會(huì)導(dǎo)致mtDNA耗盡和線粒體膜電位（MMP）去極化，導(dǎo)致mtDNA維持功能受損，從而加速神經(jīng)元的丟失，是mtDNA結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和核線粒體調(diào)控崩潰的信號(hào)。TFAM表達(dá)變化可能與線粒體生物發(fā)生參數(shù)呈正相關(guān)。且TFAM過表達(dá)呈現(xiàn)出保護(hù)作用總體有效。

4 TFAM作用價(jià)值可能有限

新的研究正在迅速發(fā)展，TFAM表達(dá)對(duì)線粒體轉(zhuǎn)錄的影響可能是細(xì)胞類型特異性或受其他因素調(diào)節(jié)的程度而嚴(yán)重削弱了TFAM作為線粒體生物發(fā)生標(biāo)志物的效用。幾個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)了TFAM的表達(dá)，并觀察到它未能始終如一地平行mtDNA拷貝數(shù)和mtDNA編碼多肽的表達(dá)。[4]證據(jù)表明，關(guān)于TFAM在線粒體生物作用中預(yù)測(cè)或許價(jià)值有限。

5 討 論

通過回顧過去有關(guān)TFAM及PD的研究，得出以下主要結(jié)論：（1）TFAM對(duì)mtDNA存在確定的表達(dá)調(diào)控；（2）多因素作用可以導(dǎo)致TFAM異常引起PD；（3）過表達(dá)TFAM對(duì)PD有保護(hù)作用；（4）TFAM在PD中的作用存在被夸大可能。研究表明，TFAM異常在PD的病理生理中的作用復(fù)雜多面，目前TFAM激活是治療領(lǐng)域中仍是最有希望的方向。下一個(gè)挑戰(zhàn)將是更好地了解這些分子相互作用，治療以線粒體功能障礙造成的廣泛細(xì)胞死亡為特征的帕金森疾病。