SorCS3在腦部疾病中的研究進展

李欣，徐海巖，曲彥杰，李東亮，付柯蒙，朱珊

(哈爾濱醫科大學(大慶)醫學檢驗與技術學院，黑龍江 大慶 163319)

VPS10p(vacuolar protein sorting 10 protein)結構域受體對大腦功能的完整性及其病理生理狀態至關重要，大腦中VPS10p結構域受體的表達是高度動態的，在大腦發育過程及神經系統的急慢性損傷中均會發生變化，其功能障礙與精神性疾病和神經退行性疾病有關[1]。SorCS3是VPS10p家族成員之一[2],與多種腦部疾病及病變相關：①阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是老年人常見的一種神經退行性疾病，發病率較高，晚期可導致癡呆和死亡[3-4]。β淀粉樣蛋白斑塊在腦細胞外的沉積是AD的主要病理標志[5]。β淀粉樣蛋白可導致神經元變性和突觸喪失[6-7]。②抑郁癥是一種在社會互動和功能上常見的致殘性疾病[8]，常表現為認知功能損害[9]、情緒抑郁以及注意力障礙[10-11]，并伴有焦慮[12]，嚴重者常有消極自殺的想法或行為[13]，對人體危害性較大。③海馬體是大腦邊緣系統的一部分，主要負責長時記憶的存儲轉換及定位。SorCS3對海馬中CA1區域有顯著影響[14]，海馬區活躍突觸數量減少會引起認知能力中度下降，故海馬體功能發生改變時會導致腦部疾病產生[15-17]。此外，SorCS3對精神分裂癥、雙相情感障礙等精神疾病也有重要影響[18]。現就SorCS3在腦部疾病中的研究進展予以綜述，以為腦部疾病的治療提供參考。

1 SorCS3概述

1.1SorCS3的結構特點 有學者利用人類基因組計劃數據庫描述了人類VPS10p受體基因的外顯子-內含子結構，這些基因包含許多由內含子分隔的短外顯子，其中VPS10p受體基因中的3個SorCS基因(SorCS1、SorCS2、SorCS3)包含500 kb以上的基因組DNA，代表了一些最大的已知人類基因[19]。人類SorCS3完整基因跨越624 kb的區域，但蛋白質編碼序列只占總基因序列的0.5%左右，編碼了一個含1 222個氨基酸的蛋白質[19](圖1)。

SorCS3基因與其他成員的VPS10p結構域幾乎沒有差異(圖2)。且SorCS1、SorCS2、SorCS3、Sortilin、SorLA 5個基因之間最大的相似性在于VPS10p結構域中含有10個半胱氨酸殘基的C端部位，從酵母到人，這些殘基的間隔均非常保守[20](圖3)。將Sortilin和SorLA的10個半胱氨酸殘基的C端部位交換會影響受體結合配體的特異性，提示受體-配體特異性結合與該部分有關[2]。

SorCS3基因富含亮氨酸的結構域及其重復序列[21]，可作為結合結構域與其他蛋白質相互作用，且重復序列的存在會導致更復雜的靶標識別譜[22]。Sortilin和SorLA缺少此結構域，因此與SorCS蛋白相關性較小。VPS10p家族的所有成員在N端附近均包含一個前蛋白裂解序列，其定義為N端前肽(信號肽)，可以以前肽的形式合成該家族成員[23]。成熟受體是弗林蛋白酶將信號肽在N端切斷后形成，沿跨膜區域，每個受體均具有一個由40～80個氨基酸組成的短細胞質結構域，該結構域包含一個與細胞質銜接蛋白相互作用的獨特基序。

DNA序列分析表明，SorCS1與SorCS3基因具有高度同源性[24]。在單個生物中，SorCS1與SorCS3基因具有約88%的相同轉錄活性[24]。在大鼠中，盡管其他VPS10p受體基因分散在整個基因組中，但SorCS1和SorCS3基因在同一條染色體上彼此相鄰而表達方向相反，提示一個基因源自另一個基因的復制[25]。

1.2SorCS3的定位和功能 SorCS3與其他VPS10p結構域受體一樣，在所有哺乳動物的中樞和周圍神經系統的神經元中表達，介導或參與靶蛋白神經元吸收和轉運。在多種類型的細胞中，SorCS3和VPS10p家族的其他成員穿梭于細胞表面和內體之間，直接作用于內吞和分泌過程中的蛋白質。SorCS3基因的神經元配體包括神經生長因子、淀粉樣前體蛋白、顆粒蛋白原等。VPS10p家族成員之間常通過復雜、彼此交互的方式進行協作，且彼此之間具有一些重疊的功能[26-27]。

VPS10p家族成員在不同的發育階段具有不同的表達方式。在胚胎期和出生后的發育過程中，SorCS3與其他4個基因呈動態表達，且有時以瞬時的方式表達[28-32]。在成年人中，所有受體均在神經系統中維持高水平表達，但在其他組織和器官中卻不同，其中Sortilin在骨骼肌、肺、前列腺中表達[33-35]，SorLA在睪丸、視網膜以及脂肪組織中表達[36-38]，SorCS1在腎、結直腸和視網膜中表達[32,39-40]，SorCS2在肺、心臟、乳腺、骨關節以及耳蝸組織中表達[31,41-43]。SorCS3基因的表達在神經發育系統的成年組織中不同于其他受體，僅在腦和脊髓中高表達，在其他組織中呈低水平表達[21,44]。

在大腦中表達的VPS10p結構域受體通常表現出互補模式，提示一個受體可通過結合自身的前肽或其他受體的前肽執行功能。SorCS1不結合自身的前肽，但可以結合Sortilin的前肽；而Sortilin不僅可以結合自身的前肽，還可以結合SorCS1的前肽[45]。SorCS1的前肽區包含兩個獨立的結合位點，但加工后僅保留1個位點，成熟的SorCS1位點與Sortilin的N端結合，在細胞膜上形成復合物[45]。Sortilin和SorLA通過與各自的前肽結合而阻止與其他配體結合，依賴前肽的裂解發揮完整的功能活性[46-47]。SorCS3與其他VPS10p結構域受體在功能上有相似之處，不僅可作為內吞受體結合配體，還可作為共同受體調節其他受體的功能。SorCS3作為內吞性受體主要存在于細胞膜上，能緩慢地將相應的配體內化，且不參與從內體到高爾基體的轉運[48]。SorCS3基因缺少典型的結構位點，提示SorCS3基因僅具有信號轉導功能。研究發現，SorCS3基因可通過前肽進行合成，并通過反式高爾基網絡中的N端肽裂解轉化為成熟形式[48]。但前肽裂解對于正常加工成為成熟受體非必需，因為SorCS3基因在與配體相互作用時既不結合自身前肽也不依賴于前肽裂解。此外，SorCS3基因還可以高親和力結合神經生長因子的前體、神經生長因子、神經生長因子前結構域以及血小板衍生生長因子以轉移或調節形態發生信息，SorCS3基因的分層信號轉導在神經系統中發揮作用，并可為亞細胞群體提供分子識別[48]。故推測SorCS3基因可能會收到多種形態發生信號，并作用于發育中的神經上皮細胞的特定受體，從而調節細胞增殖、分化、神經發育以及其他功能[48-50]。

SorCS1和SorCS3基因在海馬中的表達是由神經元細胞的活性誘導。雖然SorCS1的轉錄誘導需要通過蛋白質進行合成，但與SorCS1不同，SorCS3基因的轉錄誘導不是必須通過蛋白質進行合成[32]。SorCS3在控制神經元的活性和功能中發揮關鍵作用，與其他VPS10p結構域受體一樣，SorCS3位于已知遺傳病的染色體區域，而SorCS3基因的高水平表達與很多腦部神經疾病相關[25]，為疾病的診斷提供了新方向。

2 SorCS3與腦部疾病的關系

2.1SorCS3與抑郁癥 抑郁癥，也被稱為抑郁障礙，患者常表現為情緒失落，意識和思維速度與常人相比稍顯遲緩，嚴重者還會有焦慮、幻覺等癥狀。抑郁癥對患者身心健康影響較大，目前病因尚不明確。

Breiderhoff等[51]使用巴恩斯迷宮測試動物的空間學習和記憶能力發現，SorCS3基因缺陷動物無法通過學習逃離到出口目標洞的位置。這可能因為SorCS3基因缺陷動物的神經元突觸可塑性發生了變化，而突觸可塑性的變化與空間學習和恐懼記憶調節不足相一致[51]。有學者利用蛋白質組學研究發現，SorCS3基因與突觸后蛋白激酶C相互作用蛋白1存在相互作用[51]。蛋白激酶C相互作用蛋白1是一種在突觸后對谷氨酸受體進行分類的銜接子，其在SorCS3基因缺陷神經元中的錯誤結合導致谷氨酸受體運輸發生改變，使SorCS3基因缺陷小鼠表現出空間學習和恐懼記憶的加速消退，恐懼記憶是另一種與海馬體有關的持久記憶，提示SorCS3基因與海馬活動有關。由此可以得出，將小鼠的SorCS3基因敲除后，小鼠會患抑郁癥，表現為空間學習和記憶方面的缺陷，并加速恐懼記憶的消退[51]。

2.2SorCS3與AD AD好發于老年人，是一種進行性損害認知和記憶功能的中樞神經系統疾病，其典型病理表現為β淀粉樣蛋白沉積[52]。Reitz等[53]的全基因組關聯研究表明，SorCS3基因的12個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism，SNP)與AD相關，且部分與疾病相關的SNP靠近外顯子和內含子的剪接位點，而存在相互作用的SNP幾乎完全位于內含子1和2中，與編碼VPS10p結構域的外顯子相鄰；SorCS1和Sortilin中含有的大部分與疾病相關的SNP也位于內含子1和2中，在這些基因的內含子1和2中存在生物學上重要且相互作用的序列，但這些序列的作用機制目前仍不清楚。有研究表明，AD患者腦組織中的SorCS3基因信使RNA表達水平與正常人比較差異有統計學意義，提示SorCS3基因與AD的發生發展相關[54]。

為研究淀粉樣變性是否與SorCS3基因表達的改變有關，Hermey等[55]采用原位雜交和實時熒光定量聚合酶鏈反應，分析AD小鼠模型(APPPPS1)和野生型小鼠以早期淀粉樣斑塊形成為特征的腦部區域在衰老期間和淀粉樣變后的轉錄水平時發現，SorCS3基因的表達水平在衰老過程(1～12個月)中是穩定的，斑塊形成后SorCS3基因的表達水平僅在額葉皮質中降低。由此推測，SorCS3基因的表達可負性調節與β淀粉樣蛋白積累相關的疾病進展，進而導致AD。Wang等[56]研究發現，SorCS3是與AD相關聯的4個差異表達的基因之一，實時熒光定量聚合酶鏈反應證實SorCS3基因可能參與了AD的形成和發展。Blue等[57]的研究表明，SorCS3基因與AD和癡呆相關，尤其與女性癡呆關系更為密切。以上研究證實，SorCS3基因與AD的發生發展具有很強的相關性，其可能作為臨床檢測AD的一個新指標。

2.3SorCS3與其他腦部疾病 SorCS3基因在大腦中存在差異表達，海馬神經元的活動可誘導SorCS3基因表達[32]。在紅藻氨酸誘導的癲癇發作中發現，注射紅藻氨酸后，小鼠海馬CA1和CA3中的SorCS3基因表達明顯上調[58]。除海馬外，SorCS3基因還可在以早期淀粉樣斑塊為特征的成年小鼠的額葉皮質表達[50]。Christiansen等[14]采用電生理分析和免疫組織化學法對SorCS3基因敲除小鼠的幼年和成年階段進行研究發現，SorCS3基因敲除小鼠的神經元傳遞在CA1區中受到嚴重影響，而在齒狀回區域受影響較小。且電生理學記錄了明顯的年齡依賴性損傷和突觸傳遞的增強，與幼年相比，年輕成年動物對受損的突觸傳遞有更明顯的反應，并在刺激訓練中發生了變化[14]。以上研究提示，與齒狀回相比，SorCS3基因在突觸后蛋白網絡，特別是在CA1中起重要作用，SorCS3基因的最突出功能為CA1的激發機制，SorCS3基因功能減弱可導致海馬突觸機制失調，提示SorCS3基因與腦部疾病關系密切。

Subkhangulova等[59]對SorCS1和SorCS3單一受體或雙重受體缺陷小鼠進行研究發現，SorCS1和SorCS3作為細胞內轉運受體，可通過腦源性神經營養因子減弱信號轉導，使SorCS1和SorCS3單一受體或雙重受體缺陷小鼠因失去SorCS1和SorCS3的聯合作用而呈進食增加、運動減少的慢性能量過剩狀態。Alfadhel等[60]利用Northern印跡分析SorCS3胚胎階段發現，SorCS3基因在不同的腦發育階段表達強度不同，呈現動態的表達模式，且與腦發育的成熟程度成反比。有學者采用人Omni Exome芯片對29例多發性硬化癥患者和28例健康對照人員進行基因分型，鑒定了一個跨越63個SNP的片段，而SorCS3基因由63個已鑒定的SNP中的42個組成，故將SorCS3基因鑒定為多發性硬化的風險特異性基因[61]。有研究者通過對褐家鼠和人進行全基因組關聯研究、RNA測序和蛋白質印跡法分析得出，SorCS3基因在亨廷頓病的致病基因HTT區域存在基因變異，故推測SorCS3基因與亨廷頓病相關[62]。另有研究發現，SorCS3基因與精神分裂癥、雙相情感障礙、自閉癥譜系障礙、注意缺陷多動障礙均相關[18]，其中注意缺陷多動障礙和自閉癥譜系障礙可嚴重影響機體發育，主要影響兒童[63-64]，同時幾種精神疾病之間具有遺傳相關性，且存在危險基因重疊[65]。

近年研究已證實，SorCS3基因與智力[66]、認知能力、受教育程度[67]、主觀幸福感、神經質[68]等均相關。目前對SorCS3基因的研究仍處于初級階段，盡管對SorCS3的研究已廣泛涉及與神經相關的腦部疾病，但直接描述SorCS3與疾病有關的研究仍較少，未來需深入探索。

3 結 語

SorCS3基因與抑郁癥、AD以及其他腦部神經性疾病密切相關，在一定程度上可通過觀察SorCS3基因表達的變化預測相關腦部疾病的發生發展，但是SorCS3基因與相關腦部疾病的直接關聯還有待深入研究，SorCS3基因引發相關腦部疾病的具體機制目前尚未明確，還需更進一步、更加細致的研究及探討。目前盡管已有相關文獻對SorCS3基因進行了研究報道，但均只局限于SorCS3基因的某一個方面，并未完全闡明SorCS3基因的完整功能和SorCS3基因引發相關疾病的病因，疾病產生的機制以及后續相關的有效治療手段。所以，未來還需對SorCS3基因進行更多更詳盡的靶向研究，探討如何將SorCS3基因作為生物標志物對疾病進行早期診斷和相關預防，從而為腦部疾病的治療提供新途徑。