转录因子EB与帕金森病

郝新梅，李玉娟

(1.北京中医药大学研究生院，北京 100029；2.中国中医科学院医学实验中心李连达院士研究室，北京 100700)

转录因子EB与帕金森病

郝新梅1,2，李玉娟2

(1.北京中医药大学研究生院，北京 100029；2.中国中医科学院医学实验中心李连达院士研究室，北京 100700)

自噬是真核细胞内消除异常蛋白质、维持自身稳态的主要代谢机制，其功能障碍与帕金森等神经退行性疾病密切相关。最近研究表明，转录因子 EB(transcription factors EB，TFEB)能调控细胞自噬和溶酶体相关的基因表达，在帕金森病的发生过程中起了关键作用。因此，将从TFEB对自噬的调节在帕金森病中作用做一综述。

转录因子EB；帕金森病；自噬；溶酶体；α-突触核蛋白；mTOR

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是一种多发于中老年人的中枢神经系统退行性疾病，随着我国人口老龄化等问题的出现，其患病率呈增加趋势[1]。PD的典型症状为静止性震颤、运动迟缓、肢体僵硬等运动平衡障碍，而疾病后期还会出现精神紧张、睡眠障碍、抑郁、痴呆等情绪、认知障碍等非运动症状。该病的典型病理改变为黑质-纹状体多巴胺能神经元的进行性丢失和残存神经元中发现路易小体(Lewy body, LB)[2]。目前临床上对PD的药物治疗多采用多巴胺受体激动剂、多巴胺替代物以及单胺氧化酶B抑制剂等。而这些药物只能缓解症状，不能阻止或逆转疾病的发展，长期应用还会出现明显不良反应。PD的病因尚不明确，最近的研究表明，自噬功能的异常与PD的发病密切相关。转录因子EB(transcription factor EB，TFEB)是调控溶酶体稳态以及细胞自噬的重要蛋白，在溶酶体生物合成以及神经元存活中发挥重要作用。因此，本文将从TFEB对自噬的调节在帕金森病中作用做一综述。

1 TFEB是溶酶体稳态和自噬的调节因子

1.1 TFEB的活性及存在形式 TFEB是碱性螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链(basic-helix-loophelix leucine zipper)转录因子中MiTF/TFE家族成员之一，由476个氨基酸残基组成[3]。TFEB 能通过识别启动子E-box位点促进溶酶体基因的转录。该溶酶体基因网络命名为CLEAR(coordinated lysosomal expression and regulation)。TFEB能直接绑定CLEAR网络启动子位点，促进该网络基因的表达。所以，TFEB过表达可导致溶酶体数量的增加以及溶酶体酶活性的升高。TFEB还能绑定自噬相关基因的启动子区域，诱导自噬体的形成、自噬体与溶酶体的融合以及溶酶体腔内的自噬成分的降解[4]。

在正常状态下，TFEB存在于细胞质中，并处于失活状态。当细胞受到外界刺激 (如饥饿、溶酶体功能异常等)时，TFEB迅速转位进入到细胞核并激活其下游靶基因的转录[5]。TFEB在细胞中的定位及活性与其特异位点的磷酸化状态密切相关。决定其细胞定位的两个丝氨酸残基位点分别为Ser142和Ser211位点。当两个丝氨酸残基位点处于磷酸化状态时，TFEB失活并存在于细胞质中；当两个丝氨酸位点中的任一突变为丙氨酸时，TFEB转位进入细胞核并呈现活性状态。此外，Ser211位点磷酸化时也能与分子伴侣14-3-3结合，使TFEB滞留于细胞质中，阻止其核转位[6]。

1.2 TFEB的活性调节 在绝大多数细胞中，参与TFEB活性调节的途径有：属于丝裂原蛋白激酶家族(mitogen activated protein kinases，MAPK)成员之一的细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase 2，ERK2)和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白敏感型复合体1(mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1)[7]。而在破骨细胞中，TFEB受核因子κB受体激动子配体(RANKL)刺激，在其C端区域可被蛋白激酶Cβ(PKCβ)磷酸化调节[8]。

Sancak等[9]研究表明Rag GTPases与mTORC1相互作用，并在氨基酸的刺激下，促进mTORC1定位到溶酶体表面，然后被溶酶体上的Rheb激活。氨基酸依赖的mTORC1易位需要Rag GTPase和Ragulator的相互作用。活化状态的Rag GTPase也能绑定TFEB并将其募集到溶酶体膜上，进而促进mTORC1在溶酶体膜上介导TFEB的磷酸化，调控其活性[10]。而当细胞处于饥饿或溶酶体应激时，mTORC1从溶酶体膜上解离，变成失活状态，则不能磷酸化TFEB，此时TFEB转位进入细胞核，调控自噬发生[11]。Medina等[12]发现细胞饥饿状态下能同时诱导溶酶体内钙离子通过钙通道粘脂蛋白1(MCOLN1)释放至胞质；这可使钙调神经磷酸酶激活，诱使TFEB脱磷酸化，使其核转位，调控下游自噬相关基因转录。

Martina等[13]发现内质网应激也能够诱导TFEB核转位。在这种情况下，TFEB的激活是mTOR-非依赖性的，是通过一种蛋白激酶RNA样内质网激酶(PERK，又称为EIF2AK3)依赖机制实现，这种机制能够诱导钙调神经磷酸酶的激活以及TFEB的核转位。然而，PERK在转录因子激活中的确切角色仍不清楚。

2 自噬与PD

自噬是真核细胞中广泛存在的一种利用溶酶体降解细胞内异常蛋白和受损细胞器的代谢过程，对维持细胞稳态起重要作用。而自噬功能缺陷或不足则会引起损伤细胞器以及异常蛋白的累积，如α-突触核蛋白(α-synuclein)、淀粉样β蛋白(amyloid-β protein，Aβ)、Huntingtin蛋白等，这些蛋白在神经元内聚集，对神经元产生毒性作用，导致神经元死亡，最终导致PD、阿尔茨海默等神经退行性疾病的发生[14]。因此，自噬途径的异常与PD等神经退行性疾病的发病密切相关。

PD是一种影响黑质多巴胺能神经元的神经退行性疾病。该病的主要特点为黑质多巴胺能神经元内蛋白质包涵体(路易小体)的累积。路易小体的主要成分为错误折叠以及聚集形式的α-synuclein。α-synuclein是脑内的突触前蛋白，参与维持正常的突触功能。其突变或过度积累可形成毒性的α-synuclein寡聚体和多聚体，引起神经元毒性损伤，增加发生PD的可能性[15]。在生理状态下，α-synuclein可被泛素蛋白酶体系统(UPS)和自噬溶酶体途径(ALP)包括自噬和分子伴侣介导的自噬所降解。一旦α-synuclein的量超载，错误折叠或者突变的α-synuclein将不能被处理，而且α-synuclein通过分子伴侣介导的的自噬通路也受阻。在这种情况下，过多的α-synuclein或具有毒性的α-synuclein的处理途径将依赖于自噬通路功能的完整性[16]。

Winslow等[17]研究发现α-synuclein聚集体具有细胞毒性并阻碍内质网-高尔基体的囊泡运输，进而可能阻碍自噬。Rab1是内质网-高尔基体囊泡运输过程中的一种重要蛋白，与自噬调节相关。Rab1过表达可缓解α-synuclein-诱导的自噬损伤。Bento等[18]发现小鼠某个自噬相关蛋白缺陷可发展成神经退行性疾病，而ATG7或PD-相关蛋白PARK9(ATP13A2，一种溶酶体ATP酶)的不足会引起PD样神经退行性疾病。在人类，PD从遗传学角度与罕见的溶酶体贮存疾病，戈谢病、Sanfilippo症候群有关联，并且溶酶体基因的多态性溶酶体相关膜蛋白2(LAMP2)和腺苷-3-磷酸13A2(ATP13A2)与PD相关。ATP13A2，在早发性帕金森病的某些类型中突变，已被建议作为一种自噬溶酶体途径的调节因子。ATP13A2可在转录和翻译后水平负性调节另一个PD相关基因(SYT11)。SYT11转录水平的降低由一种依赖MYCBP2-诱导的TSC2泛素化调控，该调控机制导致mTORC1激活和TFEB介导的SYT11转录水平的下降，同时SYT11泛素化和降解能增加蛋白质的周转。自噬在清除各种毒性蛋白中的作用已逐渐在具有蛋白错误折叠或者聚集的神经系统疾病中形成一种治疗策略。基于ALP活化剂，Beclin-1，过表达的基因治疗策略被证明在减少蛋白聚集体和体内外模型的病理中是有效的[19]。而且通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR)药理性激活ALP功能可在PD等神经退行性疾病动物模型中产生类似的神经保护作用[20]。

3 TFEB对自噬的调节在PD中的作用

近年来，TFEB通过自噬途径对多巴胺神经元的保护作用的研究主要集中在对聚集的α-synuclein的清除。体内外研究结果表明，α-synuclein的聚集体影响 TFEB的转录活性，损伤自噬的降解功能，进而引起多巴胺神经元的损伤[21]。

而通过药物干预以及转基因技术促进TFEB的过表达或者诱导其核转位可以促进α-synuclein的清除，保护多巴胺神经元[22-23]。海藻糖，由两个葡萄糖分子以 1,1-糖苷键构成的非还原性糖，可以作为生物制品如蛋白质药物、酶、疫苗等良好的活性保护剂，此外它还是一种自噬诱导剂，对PD等多种神经退行性疾病具有治疗作用。研究发现海藻糖能够促进TFEB入核，增加Cathepsins的生成以及溶酶体膜蛋白LAMP2的合成量，促进溶酶体膜合成，恢复溶酶体功能，加速自噬进程，从而减少鱼藤酮诱导的PC12细胞中蓄积的自噬体LC3-Ⅱ以及自噬底物α-synuclein，起到神经保护作用。此外，它还能一定程度上挽救黑质多巴胺神经元，对鱼藤酮体内外模型均具有保护作用[24-25]。此外，2-羟丙基-β-环糊精(HPβCD)是FDA批准的用于提高药物稳定性与生物活性的赋形剂，研究发现[23,26]HPβCD也能激活TFEB，增强细胞的自噬清除能力，如促进α-synuclein在神经母细胞瘤细胞中的降解。Kilpatrick等[23]为了验证HPβCD-诱导的α-synuclein聚集体的减少是否由TFEB介导，他们将TFEB的表达沉默，然后观察自噬荧光染色的变化以及α-synuclein聚集体的累积情况。最后结果表明HPβCD处理后可以减少α-synuclein聚集体的累积，并且该作用由TFEB介导。FDA/欧洲医学机构批准的雷帕霉素衍生物CCI-779(西罗莫司)可以在α-synucleinopthy以及进行性的多巴胺神经元退行性疾病的动物模型中提供神经保护作用。它通过抑制mTOR活性激活自噬，减轻TFEB的细胞质内滞留促进其核转位。其在体内外实验中用于改善α-synuclein的病理[22,27]。研究发现在正常动物中，外周神经区域注射CCI-779可以有效抑制mTOR和S6磷酸化，并能在脑内引起促自噬反应，包括腹侧中脑，可以观察到ALP标记性分子的增加，该作用与细胞核内的TFEB转位相关。在AAV-α-syn动物模型中延迟药物治疗，即注射病毒载体3周后开始治疗，可以阻碍疾病的进一步进展。在第8周，与生理盐水治疗组相比，CCI-779药物治疗组动物并没有自发性或药物诱导的运动损伤症状进展。miR128过表达可以负调节TFEB。Mickael等发现在大鼠PD模型以及PD患者的中脑区域，损伤的溶酶体功能可以被TFEB的过表达改善，过表达的TFEB可以通过清除α-synuclein寡聚体提供强烈的神经保护作用。而在A9和A10多巴胺神经元中用病毒载体AAV过表达miR128基因抑制TFEB的表达，可以使PD症状加重[27]。通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR)可以推迟TFEB的激活进而抑制自噬，使α-synuclein聚集，增加SNCA的毒性。该研究提供了α-synuclein毒性与TFEB功能损伤之间的机制联系，强调了TFEB是α-synuclein诱导的毒性以及PD病理中的一个关键因子，对于PD疾病修饰以及神经保护方面起到潜在治疗作用[22]。

4 结语

转录因子EB是溶酶体稳态和自噬的调节因子，能调控细胞自噬，促进溶酶体基因的转录，诱导降解病理性蛋白如α-synuclein及损伤的细胞器等，对PD等神经退行性疾病起保护作用。因而深入探讨TFEB在自噬的具体作用机制以及对神经元的保护作用，有助于疾病的临床治疗和新药研发。然而，有关TFEB的调控及其相关信号通路的报道还比较少，具体的分子调控机制尚不明确。随着TFEB的分子调控机制的进一步阐释，TFEB激动剂有望成为防治帕金森等神经退行性疾病的新药，为PD治疗提供新的希望。

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Transcription factors EB and Parkinson’s disease

HAO Xin-mei1,2，LI Yu-juan2

(1.GraduateSchool，BeijingUniversityofChineseMedicine，Beijing100029，China；2.LaboratoryofAcademicianLiandaLi,ExperimentalResearchCenter,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100700，China)

Autophagy is a powerful process for removing such proteins and for maintaining homeostasis.However, autophagy dysfunction has also been implicated in the pathogenesis of various neurodegenerative diseases，including Parkinson’s disease (PD). Recent studies have shown that TFEB could regulate autophagy and lysosome function through regulating the expression of the relatedgenes. Thus, TFEB plays a key role in the occurrence of Parkinson's disease. Therefore, this article will make a review of the regulatory mechanism of TFEB and its role in Parkinson's disease.

transcription factors EB；Parkinson’s disease；autophagy；lysosome；α-synuclein；mTOR

时间：2017-3-4 11:49

http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20170304.1149.006.html

2016-10-21，

2016-12-28

中国中医科学院自主课题项目(No zz2015003)

郝新梅(1987-)，女，博士，研究方向: 中药药理学，E-mail：haomengyan2007@163.com; 李玉娟(1974-)，女，博士后，副研究员，研究方向:防治帕金森病的药物发现及机制研究，中药药理学，通讯作者，E-mail：lyjdcl@163.com

10.3969/j.issn.1001-1978.2017.03.003

A

1001-1978(2017)03-0305-04

R-05；R329.24 ；R394.2；R745.7；R977.6