DJ-1蛋白在帕金森病嗅覺障礙中作用研究進展

張秩荻 張迎宏 馬芙蓉 毛蘭群

(1北京大學第三醫院耳鼻咽喉頭頸外科，北京 100191；2中國科學院化學研究所)

嗅覺障礙已成為一個全球性公共健康問題，發病率占老年人口的13.9%～31.7%，被認為是老年人患有神經退行性疾病的先兆。帕金森病(PD)是目前世界上第二大神經系統變性疾病，好發于中老年人，以震顫、肌強直、運動遲緩和步態異常四大主征為主要臨床表現，但嗅覺減退等非運動障礙癥狀亦是影響其生活質量的重要因素。據流行病學調查顯示〔1〕，多數PD患者患病早期表現有不同程度嗅覺障礙，發生率高達45.0%～96.7%，故嗅覺障礙被認為是PD首發癥狀和早期診斷的臨床指標之一〔2〕。研究發現一種與PD密切相關蛋白名為DJ-1蛋白，又名PD蛋白(PARK)7，主要參與神經元的保護過程〔3〕，該蛋白在PD患者血液及唾液中高度表達〔4〕，而PD患者中DJ-1蛋白表達異常時出現明顯嗅覺障礙〔5〕，但其內在機制仍不清楚。因此，本文就DJ-1蛋白概況及DJ-1蛋白在PD嗅覺障礙中的作用相關研究進行總結，以期為PD嗅覺障礙提供早期診斷標志物和基因治療靶點。

1 DJ-1蛋白概況及其神經保護功能

DJ-1蛋白相對分子質量約為20 kD，包含189個氨基酸殘基，以二聚體的形式存在于細胞質、線粒體和細胞核中〔6〕，在大腦神經元和膠質細胞中表達較多〔7〕，其中在皮層、海馬、黑質、紋狀體等腦區中表達更為廣泛〔8〕。DJ-1可以作為分子伴侶、半胱氨酸蛋白酶及過氧化物酶相關蛋白等，并與細胞轉化、轉錄與翻譯的調節有關〔9〕，主要通過抗氧化、抗蛋白聚集及抗炎功能參與神經細胞的保護。

1.1DJ-1蛋白的抗氧化功能 活性氧(ROS)產生過多或清除減少在組織或細胞內聚積會引起氧化損傷，這一過程稱為氧化應激〔10〕。研究發現DJ-1蛋白以ROS清除劑、線粒體穩定劑、信號通路調節分子等身份發揮抗氧化應激功能，從而保護神經細胞免受氧化應激損傷。

DJ-1蛋白是ROS清除劑，通過自身氧化清除ROS或調節ROS清除系統發揮抗氧化應激的功能。早期學者發現氧化應激時DJ-1蛋白上抗氧化關鍵位點第106位半胱氨酸被氧化為半胱亞磺酸，這種自身氧化特性使DJ-1蛋白能有效滅活ROS〔11〕。進一步研究發現DJ-1蛋白還能夠促進ROS清除劑谷胱甘肽的合成，在mRNA水平上提高合成谷氨酸半胱氨酸連接酶的活性，阻斷谷胱甘肽合成減少從而發揮清除ROS的作用〔12〕。Xu等〔13〕發現DJ-1蛋白增加線粒體解耦聯蛋白(UCP)4的表達，UCP4誘導的輕度解耦可以減少ROS的產生，保護細胞免于氧化應激的損傷。

DJ-1蛋白是線粒體穩定劑，線粒體是氧化應激的重要結構〔14〕，國外研究者利用電子顯微鏡在線粒體基質和膜間隙中發現DJ-1蛋白，推測線粒體可能是DJ-1蛋白發揮神經保護功能的重要場所〔15〕。研究證實DJ-1蛋白通過與線粒體跨膜蛋白B細胞淋巴瘤因子(Bcl)2-XL相互作用來維持線粒體膜的完整，避免線粒體膜通透性改變使細胞色素釋放導致細胞凋亡〔16〕，后期Ozawa等〔17〕發現DJ-1缺失會使線粒體膜電位發生去極化，導致線粒體功能異常。此外，過表達DJ-1蛋白使線粒體復合物Ⅰ組裝增強〔18〕，而DJ-1的缺失會使復合物Ⅰ抑制劑的敏感性增加〔19〕，這提示DJ-1蛋白在線粒體復合物Ⅰ結構和功能的維持中起重要作用。線粒體外膜蛋白VDAC通過伴侶Grp75與內質網蛋白IP3R相互作用，形成IP3R3-Grp75-VDAC1復合物將線粒體與內質網連接保證正常鈣流動〔20〕，DJ-1通過與該復合物直接相互作用以維持正常的線粒體內鈣穩態〔21〕，Strobbe等〔22〕也發現通過阻斷DJ-1蛋白與一種線粒體輔助蛋白即DJ-1結合蛋白(DJBP/EFCAB6)的相互作用，會破壞線粒體內鈣穩態。故這些研究證實DJ-1蛋白在維持線粒體膜完整、線粒體復合物Ⅰ完整和線粒體正常內鈣穩態中起重要作用。

DJ-1蛋白是信號通路調節分子，其抗氧化作用與多種細胞保護性信號通路傳導途徑相關。研究表明，抗氧化轉錄調控因子核因子E2相關因子(Nrf)2具有促使下游抗氧化蛋白基因轉錄的功能，DJ-1蛋白能抑制Nrf2的泛素化和降解從而起到抗氧化作用〔23〕。有學者發現DJ-1蛋白將死亡結構域相關蛋白(Daxx)隔離在細胞核內，阻止Daxx進入細胞質，進而阻止其效應激酶凋亡信號調節激酶(ASK)1的激活，而不會觸發隨后的細胞凋亡信號通路〔24〕。此外，DJ-1蛋白通過抑制第10號染色體缺失的磷酸酶張力蛋白同源物基因(PTEN)磷酸酯酶活性，負性調節磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號通路〔9，25〕，還會通過增強Akt的磷酸化，抑制Akt下游效應蛋白的表達來發揮細胞保護作用〔26〕。

1.2DJ-1蛋白的抗蛋白聚集功能 DJ-1蛋白抗蛋白聚集功能體現在抑制α-突觸核蛋白(syn)的異常沉積〔27〕。研究發現DJ-1缺陷會抑制分子伴侶介導自噬(CMA)途徑的激活而加重α-syn聚集〔28〕，而熱休克同源蛋白(Hsc)70是CMA的關鍵分子，DJ-1蛋白可與分子伴侶Hsc70特異性結合影響CMA對α-syn聚集抑制的能力〔29〕。此外，有學者發現，DJ-1敲除后降低了小膠質細胞表面脂筏的表達，削弱了小膠質細胞對可溶性α-syn的攝取能力而使α-syn異常堆積〔30〕。最近有學者首次提出星形膠質細胞能減少α-syn沉積，研究者對成年小鼠輸注一種可以在星形膠質細胞中過表達DJ-1的載體，結果發現DJ-1基因轉導動物的黑質多巴胺(DA)能神經元內α-syn積累減少，這表明星形膠質細胞特異性過表達DJ-1蛋白可保護鄰近神經元免受α-syn沉積病理特征的損傷〔31〕。

1.3DJ-1蛋白的抗炎功能 小膠質細胞是一種神經免疫細胞，激活后會釋放大量的神經免疫炎性因子產生炎癥反應，促進神經元發生變性和死亡。DJ-1蛋白在膠質細胞中高表達，尤其是小膠質細胞〔32〕。Kim等〔33〕研究發現DJ-1蛋白通過抑制轉錄激活蛋白(STAT1)激活，從而抑制星形膠質細胞和小膠質細胞中促炎介質的表達。Chien等〔34〕在DJ-1蛋白缺乏的小膠質細胞中發現干擾素(IFN)-γ誘導的T細胞α趨化因子(I-TAC)的基礎水平升高，這表明DJ-1蛋白缺乏致小膠質細胞釋放IFN-γ和I-TAC，引起神經元的炎癥損傷。此外，有學者發現DJ-1蛋白過表達可減少促炎調節分子谷氧還蛋白(Grx)1從而負性調節小膠質細胞的激活〔35〕。這些研究證據表明DJ-1蛋白通過調節小膠質細胞炎癥介質釋放發揮抗炎作用。

2 DJ-1蛋白異常在嗅覺障礙發生的作用機制

早期Verbaan等〔5〕為了探討PD患者的基因型特征與嗅覺障礙的關系，對PD患者進行氣味識別測試和氣味辨別測試，發現DJ-1基因突變患者氣味識別測試結果正常，但氣味辨別測試異常，這提示DJ-1基因突變與嗅覺功能紊亂有關。Narendra等〔36〕報道對DJ-1基因突變患者采用賓夕法尼大學嗅覺識別試驗(UPSIT)法進行檢測，UPSIT得分為16分(總分40分)，診斷為嗅覺異常。因此，DJ-1蛋白異常與嗅覺障礙密切相關，故探討其在嗅覺障礙中的作用機制。

2.1DJ-1蛋白異常與DA神經遞質代謝紊亂 眾所周知，嗅覺障礙與分布于嗅球和嗅覺中樞等結構的DA神經遞質代謝紊亂密切相關〔37〕，DJ-1蛋白在保護DA神經元免受氧化應激損傷及調節DA合成的過程中發揮重要作用〔38〕。早期有學者發現DJ-1蛋白能夠選擇性地被DA細胞攝入〔39〕，隨后孫雙勇等〔40〕將DJ-1蛋白注射進入 PD 小鼠側腦室后發現，紋狀體內DA含量升高，黑質DA能神經元死亡顯著減少，證實了DJ-1蛋白可減少DA能神經元死亡。最近研究也發現紅景天苷能夠通過上調DJ-1蛋白的Nrf2抗氧化途徑保護DA能神經元〔41〕。此外，DJ-1蛋白也參與DA的合成過程，已有文獻證明DJ-1可以通過不同途徑調節作為DA合成限速酶的酪氨酸羥化酶(TH)的表達，DJ-1蛋白可通過抑制嘧啶束結合蛋白相關剪接因子(PSF)從而激活TH轉錄〔42〕，還有學者在DJ-1基因敲除小鼠模型中發現DJ-1蛋白缺失導致Raf/Mek/Erk途徑抑制TH的表達〔43〕。但也有研究認為DJ-1蛋白表達異常并不能引起嗅覺障礙，Kyser等〔44〕對DJ-1基因敲除鼠進行埋球試驗來測量嗅覺功能，16月齡DJ-1基因敲除鼠尋找顆粒物的速度比野生型對照組快，證明16月齡DJ-1基因敲除鼠可能比野生型對照組嗅覺功能增強，DA和去甲腎上腺素等神經遞質對嗅覺有重要作用，但其具體作用尚不明確，仍需進一步探究。因此，推斷DJ-1蛋白異常可能通過消除其DA神經元保護功能和影響DA合成過程，從而使DA神經遞質代謝紊亂參與嗅覺障礙的發生。

2.2DJ-1蛋白異常與α-syn異常沉積增加神經毒性 有研究〔45〕表明PD患者早期α-syn沉積于嗅球、前嗅核等，其臨床表現為嗅覺障礙，Rey等〔46〕將人源性α-syn注射到野生型小鼠嗅球，而后數小時內很快移行到與嗅球相連接的神經結構，使其產生缺陷及對氧化應激敏感〔32〕。研究發現PD伴嗅覺障礙患者腦內小膠質細胞異常激活時，會釋放大量神經免疫炎性因子，從而誘發神經免疫炎性反應造成神經元變性死亡〔47〕，這提示小膠質細胞激活產生的神經炎性反應損害嗅覺通路，使患者出現嗅覺障礙。Trudler等〔48〕研究發現小膠質細胞中的DJ-1蛋白下調時，IL-1β和IL-6等促炎因子分泌增加，單胺氧化酶活性增加，導致細胞內ROS和一氧化氮的增加，這些都增加了神經毒性。因此，DJ-1蛋白異常可能通過小膠質細胞激活神經炎癥反應，損傷嗅覺通路的神經細胞，參與嗅覺障礙發生。

2.3DJ-1蛋白異常與嗅覺神經干細胞(NSC)變性 嗅覺系統是腦內NSC發生、更新及遷移最集中的部位，NSC可在成年哺乳類動物腦內增殖活躍、可定向遷移和分化，主要存在于腦室下區和海馬，其中腦室下區產生的 NSC沿喙側遷移流不斷向嗅球遷移〔49〕，分化為多種細胞類型，包括顆粒細胞和短軸突細胞等〔50，51〕，因此，嗅覺NSC在對不同氣味的辨別和更新記憶方面十分重要。Sun等〔52〕用5-溴脫氧尿苷陽性(BrdU+)注射入6-四氫吡啶(MPTP)誘導的PD小鼠腹腔中來標記增殖細胞，結果表明，MPTP組小鼠海馬齒狀回區和側腦室區中BrdU+細胞數與生理鹽水對照組無顯著差異，而MPTP組小鼠嗅球顆粒細胞層則有顯著變化；同時還發現DJ-1蛋白在海馬齒狀回區和側腦室區中被轉移到BrdU+細胞的細胞核中，而在嗅球中沒有，這表明DJ-1在海馬齒狀回區和側腦室區中的核移位保護NSC免受MPTP的損傷，從而維持遷徙入嗅球的神經前體細胞的正常數量，這提示DJ-1蛋白可能通過NSC保護機制參與嗅覺功能正常的維持。因此，推斷當DJ-1蛋白異常，NSC保護功能消失時，可能出現嗅覺NSC變性導致嗅覺障礙發生。

綜上，DJ-1蛋白具有通過抗氧化、抗蛋白聚集和抗炎等途徑的保護神經功能，DJ-1蛋白異常其神經保護功能消失會導致嗅覺障礙中相關神經功能的變化，涉及DA神經遞質代謝紊亂、α-syn異常沉積增加神經毒性、小膠質細胞激活神經炎癥反應及嗅覺NSC變性等過程，故以DJ-1蛋白作為靶點開展治療或可為PD嗅覺障礙患者帶來諸多受益并提供新視角。但目前DJ-1蛋白與PD嗅覺障礙的研究局限于樣本量過少，仍缺乏大量研究對其作用機制進行驗證。因此，深入探討DJ-1在嗅覺障礙發病機制及臨床應用前景是今后的重要研究方向。