突触素与慢性脑缺血的研究进展

潘发福（综述），吕 诚 （审校）

（南昌大学a.研究生院医学部2008级；b.基础医学院人解教研室，南昌 330006）

慢性脑缺血（chronic cerebral ischemia，CCI）与临床许多脑血管疾病密切相关，是多种原因引发的长期慢性脑血流灌注不足导致的以持久或进展性认知功能障碍为主要表现的一组疾病［1－3］，还是血管性痴呆、Alzheimer病及Binswanger病等多种疾病的共同病理基础，其主要的病理学改变包括皮质萎缩、皮质和海马神经元变性、白质疏松、神经胶质细胞增生和毛细血管床的改变等。CCI的主要损伤机制有细胞凋亡、免疫炎性损伤、氧化应激损伤、突触结构和功能异常、能量代谢障碍、中枢胆碱能及单胺能系统神经递质功能紊乱等。在CCI发病机制的研究中，突触结构的改变和功能的异常受到越来越多学者的关注［3］，突触作为神经冲动传导的重要结构，突触的损伤对于记忆的影响极大。

突触是神经元及突起之间神经冲动传导的结构基础。突触传递是指突触前神经元的活动经突触引起突触后神经元活动的过程，化学突触传递一般包括电－化学－电的过程。突触前神经元兴奋传到其末端时，突触前膜内的突触囊泡（synaptic vesicles，SV）向突触前膜移动，通过出胞的形式释放神经递质，递质进入突触间隙后迅速与突触后膜上的特异性受体相结合，使突触后膜产生突触后电位［4］。随着突触的研究深入，发现SV上的蛋白有数种之多，其中突触素是SV上最丰富的蛋白质，占所有SV蛋白的8%。突触素是完整的万宝域膜蛋白家族中的一个典型成员，也是最先被识别和克隆的SV蛋白，几乎所有的万宝域通道蛋白都参与囊泡膜的沉积和转运。突触素与SV离子通道、神经递质的释放及突触的形成密切相关，是突触功能的物质基础［5］，其密度和分布可间接反映体内突触的数量及分布情况，与突触的重建及认知过程密切相关［6］，可作为研究神经系统退化、损伤及再生、发育成熟的标记物。

1 突触素的分布

突触素是一种与突触结构和功能密切相关的膜蛋白，几乎在所有中枢和外周神经系统的突触终末内均发现有突触素。用免疫组织化学的方法检测突触，发现在中枢神经系统中，突触素主要分布于皮质内，如海马的神经毡区、大脑皮质内等部位。海马是进行信息贮存的重要部位，也是研究突触可塑性理论的最佳单位，大量实验提示，学习记忆功能与海马有密切的联系［7］。突触素在海马的神经毡区呈现颗粒状或点状免疫标记，而神经元胞体、神经胶质细胞、白质及血管不被标记。海马和齿状回出现明显免疫标记板层分布，海马区多形层和辐射层染色较深，腔隙分子层次之；而齿状回则以分子层染色最深，并分为内、中、外带，内、外带较中带深［8］。 P.Redecker等［9－10］在研究中发现突触素在神经系统轴突末梢强烈表达，呈颗粒状分布，而在细胞质和神经节细胞中没有发现突触素的存在，并且突触素免疫组织化学检测可能有助于检测神经元退化。 有资料研究显示:Schizophrenia患者额叶皮质第9区和第40区突触素与正常人相比明显降低，说明额叶皮质中也有突触素的存在［11］。 潘三强等［12］研究，大鼠下丘脑和背侧丘脑突在空间记忆是突触素的变化时发现触素呈颗粒状，在下丘脑颗粒大小不一，上部和下部分布较少，中部分布较均匀，表达较强；在背侧丘脑颗粒大小一致，分布均匀。

突触素除了存在于神经组织中，还存在于其他非神经组织内分泌细胞中。如甲状腺C细胞、胃肠黏粘膜内分泌细胞、肾上腺髓质细胞中均发现有突触素的存在。突触素存在于圆形或卵圆形表面光滑的小泡膜上，这些小泡主要见于中心体和高尔基复合体周围，粗面内质网上少有分布，而在线粒体上未见分布［13］。突触素的分布受突触素抗体的特异性而不同，表达的多少与实验动物的种类、部位、研究方法等诸多因素影响，其实验结果也有一定的差异。

2 突触素的结构

突触素是一38 kDa的整合膜蛋白，这个膜蛋白是参与囊泡运输及胞膜连接相关蛋白质家族中的一员，包含有307个氨基酸。在哺乳动物其氨基酸序列的二级结构由4个跨膜区、1个螺旋、2个intravesi介子循环以及细胞质N和C末端组成。在C端含有一个Ca2＋结合部位和十五肽重复序列，其中9个包含酪氨酸残基在膜外，可被络氨酸磷酸化［14］。其空间结构是和六聚体一样复杂封闭的构像，由6个辐条形成篮状物从中央向外辐射，在膜和扩展的胞浆膜侧，开放的构象上有面向囊泡腔以及细胞膜内的大孔，结构也显示了明显的通道作用和参与到囊泡循环。当改为一个平面脂质双层膜，突触素形成多聚体，该结构类似于多聚机械敏感性通道和缝隙连接半管，其结构和整体尺寸也十分相似，并符合突触素作为神经递质假设的作用通道，在许多生物结构中都能看到［15－17］。

3 突触素的生理功能

突触素是SV上最丰富的蛋白质，它是如何参与SV循环和在神经递质释放中的发挥作用呢？突触素参与SV内吞作用的证据是突触素与SV胞外分泌后迅速回收的内吞形式有关连［18］。它参与囊泡循环的某个阶段，作为万宝域膜蛋白家族中的一员更加表明它可能在融合和回收中起作用，并且它在神经递质释放中起很重要调节作用，会影响记忆和学习现象。

在突触前膜和回收活动区有2种囊泡融合机制:充分融合和瞬间融合［19］。在充分融合模型中，由于囊泡表面上的Synaptobrevin（Syb）和突触前膜上Syntaxin（Syx）的潜在相互作用使SV停靠在突触前膜，这2种蛋白通过SNAP25和SNARE复合体潜在的结合在一起［20］。 当突触前膜去极化，Ca2＋内流，Synaptotagmin I（Syt I）结合到 SNARE 复合体，它的钙离子结合C2结构域与细胞膜形成一个紧密静电作用。随后是网罗复杂（Syx，Syb和SNAP25）的卷曲，从而SV与细胞膜充分融合［21］。在瞬间融合过程中，SV也是在细胞膜去极化和Ca2＋内流后靠近突触前膜。但是SV从来没有完全与细胞膜融合，而是只形成了一个短暂的融合孔释放神经递质，完整的SV最终从膜再融合中释放出来。目前短暂融合的分子机制还不清楚［22－23］。

Syb绑定到多个SV蛋白是肯定的，包括Syt I和Syt IV，形成特有的 SNARE 复合体［24－25］。 SytI是充分融合中钙离子的主要传感器。在钙离子内流，Syt I结合的SNARE复合体与钙离子结合，Syt I C2结构域与突触前膜形成紧密静电相作用，将囊泡拉入突触前膜，然后形成复杂的突触素与细胞膜的融合孔。Syt I与质膜的强相互作用允许形成完全的SNARE复合体，这种强相互作用将Syb从突触素复合体中解离出来，从而允许突触素六聚体游离和发生充分囊泡融合。Syt IV在瞬间融合中有牵连作用［26］。在瞬间融合通路中，Syt IV是主要的钙离子传感器，Syt IV和Syb的相互作用较弱。钙离子内流，只有Syt IV的C2B钙离子结合域发生结合，Syt IV与突触前膜将导致较弱的电反应。Syb能抑制突触素进入网罗复杂卷曲的SNARE复合体，以及保持突触素与Syb复合体的稳定，与Syx形成融合孔，并已被证明在神经递质释放中有活性［27］。Syt IV的表达增加导致瞬间融合事件增加，Syt IV的减少导致了神经递质释放障碍和 SV 的丢失［28］。

4 突触素与CCI的关系研究

突触素作为SV膜上的蛋白质，它表达的多少可以反映记忆能力的高低。李涛［29］用两血管法制作CCI模型，发现CCI模型大鼠Morris水迷宫逃避潜伏期较正常大鼠明显延长，其海马结构中的突触素表达明显降低，颜色浅，连续性中断，无法衬托出神经元的轮廓。韩肖华等［30］利用大脑中动脉栓塞建造CCI模型，发现梗死后突触素表达与对照组有明显差异，突触素表达在不同时间段有所不同，且变化与大鼠的行为学功能上一致。S.N.Thompson 等［31］研究发现，创伤性脑损伤后突触素的表达发生动态变化，推论突触素不仅是神经损伤的标志，而且在神经元可塑性和修复方面有重要作用。沈瑞乐等［32］研究CCI老龄大鼠海马中突触素的表达特征，发现缺血组海马结构中CA1、CA3和齿状回3处突触素的表达明显减少、稀疏，胶质细胞增多。并推测其可能原因:1）轴突终末的丢失。CCI后，神经元的受损导致轴突终末的蜕变丢失。2）突触素的合成减少。脑缺血后神经元的代谢减弱及蛋白质的合成能力下降，使轴突终末的突触素减少。洪岸等［8］对老年大鼠学习记忆减退与海马结构的突触素改变的研究中发现，记忆损害大鼠较记忆正常大鼠海马结构突触素免疫组织化学染色灰度显著降低，老年大鼠平均逃避潜伏期分别与其海马CA1区多形层、辐射层、腔隙分子层和齿状回分子层外带突触素免疫组织化学灰度值呈负相关。 U.Schmitt等［33］探讨研究突触素表达水平变化与学习记忆之间的关系，结果显示，海马神经细胞变性坏死，随时间延长，坏死逐渐增多，突触素阳性产物表达明显减少，大鼠学习和记忆能力均下降，各种行为学测试均与正常大鼠存在明显差异。 H.Ishimaru 等［34－35］对 CCI突触素进行研究，发现结扎双侧颈动脉的大鼠2 d后海马突触素表达明显减少（约60%），随时间推移其相关蛋白质表达增加，尤其在14 d后表达最多；到了30 d后，突触终端出现病理损害，突触素水平又出现显著降低（约60%）。这些结果表明，缺血后在海马CA1区突触发生变性，而且先于神经元迟发性死亡。以上结论提示，CCI后海马结构和突触素均发生改变，不同的时间段突触素表达不同，病理变化亦不同，突触素的动态改变和组织细胞的增生，提示脑缺血后突触的损伤和重建。

5 结语与展望

目前临床上针对慢性脑缺血的不同病理机制采取了许多不同的治疗方法，但效果不是很理想。随着我国老龄人口的不断增加、人均寿命的增长，CCI的发病率在逐年升高，严重影响了人们的生活质量。与急性脑缺血相比，CCI具有较长的临床前期可供干预，其研究的重点主要是以氧化应激损伤、突触结构及功能障碍等不同病理机制为靶点的动物实验研究。突触素作为一种与突触结构和功能密切相关的膜蛋白，与CCI等多种神经疾病密切相关，也成为近年来的研究热点。相信，随着分子生物学技术的不断发展及应用，突触素在CCI疾病中的应用研究将取得更大的进展。

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