突觸囊泡蛋白2A參與神經系統疾病機制的研究進展*

潘璽冬，王麗琨，韓 旭，伍國鋒

（1貴州醫科大學臨床醫學院，2貴州醫科大學附屬醫院急診醫學科，貴州貴陽 550001）

突觸囊泡蛋白2A（synaptic vesicle protein 2A，SV2A）是一種分布于突觸囊泡上的膜蛋白，在突觸囊泡中特異性表達。在突觸小體內，SV2A 在正常的突觸囊泡的釋放和快速回收過程起重要作用。SV2A 參與多種神經退行性疾病的發病過程［1］。SV2A 在突觸結構中異常表達能夠影響突觸囊泡生理功能和引起突觸后膜電位異常。SV2A 下調可通過囊泡胞吐及內吞作用減弱、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）表達量降低及準備釋放池（readi?ly releasable pool，RRP）區域變小等途徑，誘發癲癇、阿爾茨海默病（Alzheimer disease，AD）等相關神經系統疾病癥狀。

1 SV2A下調導致神經系統疾病的發生

人類SV2A基因主要位于1 號染色體的長臂，由14 565 個堿基對組成，負責編碼4 353 個堿基對的mRNA，并且翻譯由742 個氨基酸組成的蛋白質（約83 kD）［2］。微小RNA-485 調控突觸前蛋白SV2A［3］。SV2A 屬于主要協同轉運蛋白超家族的一員，是糖、氨基酸和其他組分的轉運蛋白［4］。SV2A上有N端模序，包含1個具有3個N端糖基化位點的大環和12個疏水區的小環［5］。SV2A通過調節交感神經元突觸前電壓依賴性鈣離子通道的開放，促使鈣離子內流，維持正常的囊泡循環［6］。

在SD 大鼠杏仁核癲癇模型中觀察到SV2A 表達下調會導致耐藥性癲癇［7］。在小鼠癲癇模型中觀察到當SV2A 缺乏時，小鼠的癲癇易感性會增加并且會加速癲癇病程進展［8］。SV2A表達量下降導致突觸結合蛋白1（synaptotagmin-1，Syt-1）活性下降，可能是癲癇發病的關鍵步驟［9］。左乙拉西坦（levetiracetam）是SV2A 的靶向治療藥物，不僅能夠改善精神分裂癥模型的大鼠認知能力［10］，還能治療癲癇的部分性發作、肌陣攣發作和強直性陣攣性發作［11］。已證實AD患者海馬區的SV2A 表達下調［12］。通過對43 名AD患者與認知正常者的大腦進行高分辨率正電子發射計算機斷層顯像掃描，顯示AD 患者的大腦內側、顳葉和新皮層區的SV2A 表達量較認知正常者顯著減少［13］。通過高分辨率正電子發射計算機斷層顯像掃描，顯示12 例帕金森病患者黑質的SV2A 表達量較對照組減少約45%［14］。上述研究提示，SV2A 表達量的下降可能會導致癲癇發作加重，耐藥性癲癇、AD和帕金森病癥狀加重。

2 SV2A 下調可使囊泡胞吐和內吞作用減弱，繼而導致神經系統疾病的發生

突觸小體是一個神經元的軸突末梢經過多次分支，最后每一小支的末端膨大呈杯狀或球狀。突觸小體可以與多個神經元的細胞體或樹突相接觸，形成突觸。突觸由突觸前膜、突觸間隙和突觸后膜三部分構成，其中突觸前膜也稱為突觸小體膜；突觸間隙是突觸前膜與后膜之間無胞漿聯系的均勻一致的裂隙部分；突觸后膜是鄰近間隙的次一級神經元或效應器細胞上的膜。突觸囊泡是突觸前神經末梢的分泌性細胞器，能儲存大量神經遞質并將其釋放到突觸間質，最終與突觸后膜特異性受體結合。當神經沖動傳導到突觸前膜時突觸囊泡與前膜融合，以胞吐的方式將神經遞質釋放到突觸間隙內，遞質與突觸后膜特異性受體結合，改變突觸后膜對離子的通透性，根據神經遞質不同從而突觸后神經元產生興奮或抑制作用。

SV2A 參與神經突觸囊泡的胞吐過程［15］，是控制突觸囊泡胞吐過程的關鍵蛋白［16］。胞吐過程是指含有神經遞質的突觸囊泡移動到突觸前膜，并與突觸前膜融合將神經遞質釋放到突觸間隙的過程。在生理狀態下，突觸囊泡的胞吐維持神經遞質正常釋放，是大腦學習和記憶功能所必需的。胞吐作用異常與AD、精神分裂癥、多動癥、唐氏綜合癥等神經系統疾病有重大關系［17］。總之，SV2A 下調可使突觸囊泡的胞吐作用減弱，繼而導致AD 和精神分裂癥等神經系統疾病的發生。

SV2A 參與囊泡的正常內吞過程，若其第1 個內吞基因突變為SV2A-Y46A，則相應神經元中的神經傳遞或囊泡內吞出現異常［18］。當SV2A 上的氨基酸序列發生突變時，突觸囊泡的內吞作用將無法正常進行［19］。內吞過程是膜從突觸前膜回收到細胞器膜的過程，維持突觸前膜面積的動態平衡。突觸囊泡的內吞作用異常會導致多種神經系統疾病的發生，如癲癇和AD［20］。因此，SV2A 發生突變可能使囊泡的內吞作用無法正常發揮，導致神經系統疾病發生。

3 SV2A 表達異常使突觸前膜發生相應變化，最終導致神經系統疾病的發生

3.1 SV2A 下調可使ATP 水平降低，繼而導致神經系統疾病的發生 SV2A 可調控ATP 的啟動過程，已證實SV2A 有特定的ATP 結合位點［21］。在胃竇黏液細胞中，發現SV2A在維持ATP的啟動過程中發揮了關鍵作用［22］。ATP 與多種神經系統疾病的發病機制有關，包括AD、癲癇和亨廷頓病［23-24］。突觸小體內ATP 的局部合成障礙可能會影響突觸囊泡的啟動釋放過程［25］。當突觸小體內ATP 含量降低時，突觸囊泡的內吞和胞吐作用將被抑制［26］。突觸囊泡的內吞和胞吐作用異常與多種神經系統疾病的發生有關［17，20］。因此，SV2A 下調可能使ATP 無法正常啟動，再通過影響囊泡的釋放、內吞和胞吐作用而導致神經系統疾病的發生。

3.2 SV2A 下調可使RRP 區域變小，影響囊泡的正常釋放，繼而導致癲癇發作 RRP 是突觸囊泡在突觸內聚集準備釋放與突觸前膜融合的區域［27］。囊泡在突觸小體內分別在儲存池、循環池和RRP匯聚，最終在RRP 區域上接收信號刺激后，立即與突觸前膜融合，將囊泡從突觸前膜釋放到突觸間隙［28］。已證實RRP 區域的大小影響著囊泡釋放的比例，是衡量突觸可塑性的重要指標［28］。囊泡的異常釋放可能引起癲癇發作［29］，突觸小體內的SV2A通過維持RRP區域的大小來指導正常的突觸傳遞［6］。在大鼠神經元突觸中注射小干擾RNA 以敲減突觸中的SV2A基因，可導致RRP 區域變小和RRP 恢復減弱［30］。總之，SV2A下調使RRP區域變小及RRP恢復減弱，繼而使突觸囊泡產生異常釋放，從而導致了癲癇發作。

3.3 SV2A 可破壞不同神經遞質間的平衡，導致癲癇發作 神經遞質是指在突觸傳遞中是擔當“信使”的特定化學物質，包括γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）和谷氨酸。當谷氨酸增多，誘發癲癇發作的閾值會降低，易誘發癲癇發作［31-33］。在癲癇患者的神經元中發現其釋放谷氨酸和GABA 數量增多，提示癲癇發作與神經遞質平衡紊亂有密切關系［34］。SV2A 均存在于含有GABA 和谷氨酸神經遞質的囊泡膜［35］，但主要在GABA 能神經末端表達［34，36］。SV2A 表達下降會導致谷氨酸能和GABA 能的神經遞質數量發生異常變化［37］，已證實SV2A缺失會導致GABA 能神經遞質數量減少［2，37-38］。SV2A 對海馬區的GABA 能神經遞質有特異性調控作用［39］。當SV2A 上調時，谷氨酸通過減少抑制作用的神經元間的囊泡循環，而相對增強神經興奮性，導致患者的癲癇持續發作［36］。

3.4 SV2A 下調使突觸小體內Syt-1 表達量下降，繼而導致神經系統疾病 Syt-1是一種囊泡的外側膜蛋白并扮演“Ca2+傳感器”的角色，有C2A 和C2B 區域［40-41］。Syt-1 在神經遞質的正常傳遞過程中扮演著重要角色，其表達異常會導致癲癇發作［42］。Syt-1 可導致癲癇大鼠行為缺陷，包括空間學習和記憶的發展、焦慮和增加運動等表現［43］。已證實Syt-1 與早衰素1 結合，導致淀粉樣蛋白肽的局部積累［44］，而淀粉樣蛋白肽在細胞內積累是AD 發病的主要原因之一［45］。SV2A 的肽鏈上的N 端第57 位氨基酸與Syt-1的C2B 結構域相結合［46］，在生理狀態下，Syt-1 與SNARE（solubleN-ethylmaleimide-sensitive factor at?tachment protein receptor）蛋白結合，啟動突觸囊泡與突觸前膜融合，促使囊泡釋放到突觸間隙［47］。SV2A可調節Syt-1 的活性［37］。當SV2A 上調，突觸小體內的囊泡外側膜上Syt-1 的表達量增加［48］；當SV2A 下調時，由于囊泡內吞功能減弱，從突觸間隙回收到突觸前膜的Syt-1 數量相對減少，導致突觸間隙的Syt-1數量相對增加，并且序列分子量較正常Syt-1 的序列分子量減少［9，49］。SV2A 的氨基酸末端被酪蛋白激酶1 家族的成員高度磷酸化可增加SV2A 對Syt-1 的親和力［50］，且SV2A 的磷酸化作用可以調節Syt-1 表達量［51］。因此，SV2A 的表達量與突觸小體內的Syt-1數量呈正相關，且SV2A 磷酸化會提高其對Syt-1 的親和力。SV2A 下降將使Syt-1 的序列分子量和突觸小體內Syt-1的表達量減少，導致AD或癲癇發作。

4 SV2A 下調使突觸后膜去極化頻率增加，進一步導致癲癇發作

突觸后電位是以神經遞質為介導的化學傳遞作用到突觸后膜上的受體，轉變成膜電位的變化，包括抑制性突觸后電流（inhibitory postsynaptic current，IPSC）和興奮性突觸后電流（excitatory postsynaptic current，EPSC）。在生理條件下，SV2A缺失使IPSC的振幅和頻率均減弱，但是EPSC 僅表現為頻率增加［50］。癲癇發作是神經元反復異常放電引起的［29］，是神經元膜去極化級聯的結果［52］。癲癇動物模型實驗中，當突觸活動達到最大時，EPSC 和IPSC 的振幅均降低［50］。SV2A 參與突觸后膜電位形成過程。SV2A和SV2B的缺失并不會改變突觸的鈣親和力，但是會降低鈣的總釋放量，并且IPSC 不會隨著鈣劑量的增加而發生任何變化［53］。當SV2A 下降時，不僅小鼠CA1 椎體神經元的自發興奮電流頻率明顯增加，自發抑制性電流的頻率和振幅均降低，而且微小興奮性電流和微小抑制性電流并沒有發生任何改變［54］。整合效應是興奮性電位頻率增加［52］。綜上所述，SV2A 下調會導致突觸后電位去極化頻率增加，繼而導致癲癇發作。

5 展望

在神經系統疾病中，SV2A 下調可通過囊泡胞吐和內吞作用減弱、ATP 表達量降低及RRP 區域變小等途徑，導致神經系統疾病的發生或加重。但是目前研究尚未闡明：如果SV2A 下調，不同神經遞質的數量變化之后的整合效應；SV2A 是如何影響突觸囊泡的轉運和分泌的確切作用機制；如果SV2A 下調，半乳糖轉運是否會出現異常，繼而導致神經系統疾病的發生。期待SV2A 在突觸中的作用機制能有進一步實驗數據，明確其與神經系統疾病發病的機制，為治療疾病提供生理病理基礎。只有明確SV2A 在突觸中的作用機制，才可能使其成為未來治療AD 等神經系統疾病的有效潛在靶點。