自噬在帕金森病中的研究进展

程宝仓 郑世茹 杨会杰 白宏英

1）郑州大学第二附属医院神经内科研究生 郑州 450014 2）郑州大学第二附属医院神经内科 郑州 450014

帕金森病（Parkinson＇s disease，PD）是神经系统第二大变性病，影响着世界约5千万人口。Karin Wirdefeldt等［1］在总结了世界各地流行病学资料后于2011年发表了1篇文献中指出PD的发病率为（1.5～22）／10万人年，其患病率约为（167～5 703）／10万。PD患病率随着年龄增长而明显增高，陈生弟［2］通过调查得出50～59岁PD患病率为25.1／10万，60～69岁为82.8／10万，70～79岁为171.8／10万，80岁以上为145.9／10万。随着我国进入老龄化社会，PD的患者数量逐年上升，不仅影响PD患者的生活质量，还给家庭和社会造成沉重的负担，一直是医学研究的热点。

PD以黑质多巴胺能神经元进行性变性死亡和路易小体形成为主要病理特征，到目前为止，PD的发病机制尚未完全明了，遗传因素、环境因素、神经系统老化、线粒体功能障碍、a-synuclein沉积及内质网应激等多种因素都与其发病有关［3］。大量实验研究表明自噬与PD发病密切相关，自噬的失调在PD的发病中有着至关重要的作用，现综述如下。

1 自噬

1.1 自噬的概念与分类 自噬是真核生物特有的生命现象，1963年，De Duve对小鼠肝细胞经过胰高血糖素诱导后发现了降解的线粒体及其它的内在结构，从而将这种现象命名为自噬。自噬是细胞通过单层或双侧膜结构吞噬细胞质或是细胞器形成自噬小体，然后运输到溶酶体融合形成自噬溶酶体并降解内容物的过程。自噬通常在应激状态下被激活，能清除细胞内有缺陷或多余的细胞器并为机体提供必要的大分子物质和能量，是诸如线粒体、内质网等细胞器再循环的唯一机制，对维持细胞自身的稳态和细胞内代谢平衡有重要的意义［4］。

自噬主要有三种形式：大自噬、小自噬以及分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）。大自噬（也叫巨自噬）是自噬最重要的一种形式，其特征标志是自噬小体的形成［5］。内质网来源的单层膜结构在降解物附近内陷形成一个类新月形的双层膜结构，该结构的两个尖端不断的延伸、融合，形成了一个隔离胞质成分的双层球状结构，称为自噬小体，接着与溶酶体融合形成自噬溶酶体（即自噬体），其内的各种物质被溶酶体内的多种水解酶降解后释放入胞浆，从而参与机体的新陈代谢。大自噬主要对受损细胞器和长寿蛋白进行降解［6］。小自噬没有自噬小体的形成，而是通过溶酶体膜包裹降解物后内陷进入溶酶体内，再由溶酶体内的多种水解酶对这些被吞噬的物质进行降解，主要是对无用细胞器进行选择性的降解。CMA的典型特征是具有选择性，热休克蛋白HSC70作为分子伴侣能特异性的识别并结合含有5肽序列-KFERQ的可溶性蛋白形成复合物，该复合物被溶酶体相关性膜蛋白LAMP-2a识别、结合后将其转运到溶酶体进行降解［7］。自噬的三种形式并不是孤立的，三种形式相互协调，共同作用，避免机体细胞受到各种病理性损伤。

1.2 自噬的分子机制 自噬的过程主要包括4个阶段：（1）起始阶段：该阶段需要UNC-51-类似激酶（ULK，ATG1的哺乳动物同系物）、Atg13、Vps34等相关元件的参与［8］。ULK与Atg13和FIP200存在于一个复合物中，并且受到雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的严格调控。当营养充足时，Ulk1-Atg13-FIP200-Atg-101复合体与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）相互作用，被mTORC1介导的ULK1的磷酸化所失活从而抑制自噬；当营养缺乏时，Ulk1-Atg13-FIP200-Atg101蛋白复合体与mTORC1分离，导致其去磷酸化，Ulk1被激活，进而导致Atg13、FIP200及Atg101的磷酸化，进而诱导细胞自噬［9］。（2）膜的形成：ClassⅢPI3K复合物在膜的形成过程中必不可少，其位于膜上，并能促进ATGs的聚集［10］。PI3K复合物包含PI3K蛋白Vps34、beclin1和p150。Vps34参与细胞内各种膜的分类过程，并且能通过调控三磷酸磷脂酰肌醇（PI3P）的生成，来募集ATGs并促进膜的伸展。（3）自噬小体的形成：Atg5-Atg12系统和LC3系统这两个泛素样系统的调节在该阶段发挥着重要的作用［11］。在Atg5-Atg12系统中，被类E1泛素激活酶Atg7激活的Atg12与被类E2泛素激活酶Atg10激活的Atg5结合为Atg5-Atg12复合物，该复合物再与Atg16结合为一个位于膜外表面与膜伸展有关的大综合体。在LC3系统中，LC3（Atg8的哺乳动物同系物）被Atg4激活为可溶性形式LC3-Ⅰ，并暴露出其C端的甘氨酸残基。LC3-Ⅰ被类E1泛素激活酶Atg7活化后再被转运至第二种被类E2泛素激活酶Atg3，甘氨酸与磷脂酰乙醇胺结合为膜结合形式LC3-Ⅱ，定位于自噬小体膜上。LC3-Ⅱ是自噬小体形成的一个标志，当自噬小体与溶酶体结合后，LC3-Ⅱ被降解［11］。（4）自噬体的形成及内容物的降解：自噬小体形成后，在溶酶体蛋白LAMP1、LAMP2及RAB7的作用下与溶酶体融合形成成熟的自噬体，自噬体内包裹的核糖体、蛋白质、线粒体等成分将被溶酶体内的多种水解酶降解，降解后的产物可以重新参与机体的新陈代谢［8］。

自噬的调节与mTOR通路、Class I PI3K／Akt通路、腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）通路、p53通路、Bcl-2蛋白家族、Gαi3蛋白和氨基酸等多个调节途径有关［8，12］，各个通路和因子相互作用相互协调，通过上调下调自噬，保证自噬的顺利进行。

2 自噬在帕金森病中的作用

2.1 α-synuclein与自噬 α-synuclein是由SNCA基因编码的一种小分子蛋白质，其由140个氨基酸组成，起源于前突出神经末梢的囊泡并以稳定a螺旋结构结合在脂质双分子层上。有研究表明α-synuclein在PD中出现折叠错误形成路易小体并降低脑源性神经生长因子的表达，因此是PD的关键蛋白［13］。α-synuclein在囊泡运输、神经元功能和突触传递中发挥着重要作用，同时还具有伴侣蛋白的功能，能对细胞中的异常蛋白进行降解。α-synuclein主要依赖于自噬-溶酶体途径、大自噬和CMA进行降解。野生型α-synuclein可以被HSC70为主的分子伴侣复合物识别后转移到溶酶体，与溶酶体上的LAMP-2a受体结合从而通过CMA降解；与家族性PD相关的突变型α-synuclein（A53T，A30P）虽然也可以与LAMP-2a结合，但由于它与LAMP-2a的亲和力异常增高，不容易被溶酶体的吞噬，从而通过大自噬降解［14］。αsynuclein的过度表达，会在体内形成低聚物，不容易被机体通过自噬途径来清楚，从而造成神经毒性，导致PD的发生。因此，自噬在PD的发病机制中扮演着重要的角色，如何通过上调自噬活性降解异常聚集的α-synuclein是未来PD的治疗中的一大挑战。

2.2 线粒体与自噬 线粒体是真核动物中的一种双层膜封闭式细胞器，是机体进行呼吸功能、电子传递、氧化磷酸化并生产ATP的场所，对细胞功能的维持起着重要的作用。研究表明，活性氧的增加、α-synuclein的异常聚集及一些PD相关基因（PINK1，Parkin）的突变使线粒体发生了形态学和动力学上的改变，从而导致线粒体功能障碍［15-16］，最终导致PD的发生。

线粒体自噬是指机体中线粒体受到损伤或过多时被自噬体选择性清除，以维持线粒体正常数量和功能的过程，线粒体膜电位降低是其特征之一。研究资料显示，PINKI1和Parkin分别被PINKI1基因和Parkin基因编码生成，是参与线粒体自噬的两种主要蛋白，能协同调节线粒体分裂、融合的动态变化，清除受损线粒体，而这两种基因的突变则能抑制线粒体自噬活性，使机体对受损线粒体的清除机制发生障碍。PINKI1蛋白是一种与丝／苏氨酸激酶同源具有激酶活性的蛋白，主要存在于线粒体，其N端定位于线粒体，C端定位于细胞质，具有丝／苏氨酸激酶活性的结构域也位于细胞质中，通过减轻应激状态下的线粒体功能障碍，从而发挥神经保护作用。Parkin是一种E3泛素连接酶，包括两个富含4个半胱氨酸能结合锌的RING（really-interesting-new-gene）结构域、两个RING结构域之间的保守区域和一个N端泛素样结构域［17］。正常的线粒体上没有Parkin的存在，Parkin存在于心脏、肝脏、大脑、骨骼肌等多种组织中，通过选择性的转位到膜电位下降的线粒体，发挥其E3泛素连接酶活性，诱发自噬降解受损的线粒体［18］。在对只敲除PINKI1基因或Parkin基因、同时敲除pink1基因和Parkin基因的果蝇的研究中发现在PINKI1和Parkin的联合调控下能减少线粒体的分裂增加线粒体的融合［19］。综上所述，PD的发生、发展与线粒体自噬密切相关，机体对受损或多余的线粒体清除障碍会导致PD的发生，通过对线粒体自噬活性的调节可能会成为以后预防、治疗PD的一种新方法。

2.3 内质网与自噬 内质网是真核细胞对蛋白质、脂质、胆固醇进行合成的一种细胞器，细胞内信号的调控和钙的储存也在内质网中进行。在折叠酶和分子伴侣的协助下内质网可以对蛋白质进行折叠，当内质网蛋白质折叠功能紊乱导致蛋白负荷超过了内质网的折叠能力而引起的一种应激状态被称为内质网应激［20］。轻度的内质网应激时以未折叠蛋白反应为主的一系列应激反应会被激活以清除错误折叠的蛋白，维持内质网稳态；但在内质网应激无法逆转时，细胞就有可能会发生自噬或者凋亡［21］。Hoozemans等［22］于2007年在PD患者中脑黑质内发现了未折叠蛋白反应的激活并在α-synuclein沉积的神经元中发现了活化的内质网激酶，证实了内质网应激与PD密切相关。李天亮等发现内质网应激相关基因DDIT3能通过上调Atg5和与Atg5-Atg12复合物相结合诱导自噬；吴亮［23］等在α-synuclein突变型（A53T）PD中，内质网应激相关蛋白p-eIF2α和GRP78的表达增多，并且内质网应激和α-synuclein聚集存在着相互促进的关系。综上所述，细胞内环境的稳态需要内质网应激激活多种信号通路和未折叠蛋白反应调节来维持，因此，对内质网应激介导细胞自噬机制的深入研究，将会为PD的治疗提供很大的借鉴。

3 小结与展望

本文回顾了自噬的分类、分子机制、信号调控及与PD的关系，揭示了自噬和和PD发病息息相关，如何有效的维持自噬活性及如何决定自噬的激活时机将会是我们以后研究的重点。然而我们对于PD中自噬复杂的分子机制的认识还远远不够，还有很多细节需要进一步研究。只有充分认识自噬的分子机制和其在PD中的作用，才能充分发挥其有利因素减少有害因素，为PD新的治疗方法奠定一个坚实的理论基础。

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