蛋白激酶C的生理功能及其与神经系统老龄相关疾病研究进展

汪静，朱雨岚

蛋白激酶C的生理功能及其与神经系统老龄相关疾病研究进展

汪静，朱雨岚

蛋白激酶C（PKC）是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，参与大脑多种信号通路的调控，提高长期记忆，诱导神经突触再生，提升神经元的修复能力，调控基因水平的表达与凋亡。在脑卒中、阿尔兹海默病、帕金森病等病理生理过程中也发挥作用。本文对PKC的生理功能及其与神经系统老龄相关疾病的关系进行综述。

蛋白激酶C；生理功能；神经系统疾病；老龄

我国目前已步入老龄社会。在神经系统疾病中，脑卒中、阿尔兹海默病（Alzheimer’s disease，AD）、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）等疾病都有随年龄增长而高发的特点，但针对其发病机制的治疗手段仍然有限。目前有2种理论表明蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）与年龄相关[1]：①随着年龄增长，组织完成自我修复，但在这过程中PKC功能被抑制，PKC基因表达被抑制直接与神经功能退化相关[2,3]；②PKC亚型即使仍旧保持活力，但PKC使与衰老相关酶的基因发生易位，这是其对衰老敏感的重要原因[4]。以上2种理论都与神经功能衰退相关，且都依赖PKC亚型相互作用，所以PKC有希望成为治疗神经系统疾病分子水平上的新靶点。本文就PKC与神经系统老龄相关疾病的研究现状做以下综述。

1 PKC的基本特点及生理功能

1.1 PKC概念及分布情况

PKC是一个丝氨酸/苏氨酸的蛋白激酶，其在脑组织很多成分中表达[4]，如神经元、神经胶质细胞、平滑肌细胞、内皮细胞及其他脑组织细胞[5]。

1.2 PKC的亚基及功能

PKC的亚基目前为止发现至少10个。根据其结构和作用的第二信使不同，分为3种类型[6]，传统型或经典型（α,βⅠ,βⅡ,γ）、异常型（δ，ε，η，θ）及非典型（ι，ζ，N1-N3）。1个新的亚基PKCμ原被认为属于PKC家族，但现在被认定属于PKD家族[7]。在脑组织中，PKC亚基包括PKCα,β,δ,ε,γ和ζ等类型。PKCα[8]通过激活蛋白合成为突触的建立提供生化与结构支持，并且参与记忆容量存储；PKCβ[9]可在认知方面起重要作用；PKCδ[10]的特点是有一个催化区域和一个高反应调控区域，与二酰基甘油相互作用，可调控凋亡；PKCε[11,12]促使神经元从细胞膜到核膜的迁移，有助于记忆识别以及创伤愈合；PKCγ[13,14]在疼痛调控及回报获取行为上起作用；PKCζ[15,16]在NF-κB传导通路上起调控角色，有助于记忆的巩固与保持。

1.3 PKC的生理功能

1.3.1 PKC参与学习、记忆 在神经元中活性PKC参与各阶段学习，包括获得、巩固和维持。巩固阶段普遍需要蛋白合成及条件/非条件刺激的共同参与[17]。苔藓虫素，一种蛋白酶C的激活剂，早期给予PKC兴奋剂可以消除学习过程对蛋白合成的依赖性，早期研究海蛤蟆学习及家兔眨眼条件反射都证明，在大脑特定区域PKC长程易位是记忆储存的重要事件。Hongpaisan J等[18]在训练家兔空间记忆工作中发现苔藓虫素增加学习比率，并且在海马区发现迅速增加的脊隆数量，更重要的是苔藓虫素抑制作用可被PKC抑制剂阻断，从而支持苔藓虫素可通过特定兴奋PKC通路来增强学习和记忆。

1.3.2 PKC诱导轴突再生及突触发生 PKC亚基在调控神经细胞增殖、细胞间接触及存活方面是必要的。研究发现PKC抑制剂在视网膜轴突、背根神经节、交感神经元、海马组织原代培养细胞中阻碍轴突生长，在中枢神经系统局部环境抑制轴突再生的活性，并且与髓鞘形成和病变部位的胶质疤痕相关。一些PKC亚基参与突触重构以及再生，用二脂酰甘油类似物激活PKC可诱导突触快速重塑及树突薄板的形成，Haydon等[19]研究表明星形胶质细胞在参与突触形成和修复中起重要作用，Hama等[20]证实通过整连蛋白将培养的大鼠海马神经元与局部星形胶质细胞接触可发现突触发生，这种反应是通过激活神经元产生花生四烯酸实现的，通过整连蛋白及PKC的抑制剂阻断这一过程。无独有偶，Hongpaisan等[21]用苔藓虫素-1兴奋PKC中发现增强突触发生与重构。

1.3.3 PKC提升神经元修复，调控凋亡 神经元存活与死亡之间的转换由疾病和年龄增长的多方面因子及其级联反应所决定，研究发现不同的PKC亚基可以影响存活与死亡过程。PKCα,β,ε及ζ都作为凋亡的抑制因子，而PKCδ和θ在功能上是凋亡前体。Lallemend等[22]诱导去传入作用后，用苔藓虫素-1刺激PKCβⅠ可使神经元存活，挽救神经节神经元的死亡。Toker等[23]证实神经生长因子通过磷酸肌醇依赖激酶-1使PKC兴奋环磷酸化，影响PKC在生存与死亡之间的转换作用。也有研究表明海人酸诱导PKCδ在大鼠大脑皮质及海马表达上调，15min后观察培养的皮质神经元从溶解部分向颗粒部分迁移，用PKCδ抑制剂明显增加海人酸诱导的神经元死亡[24]，这也就表明PKCδ有抗海人酸毒性的神经保护作用。

1.3.4 PKC氧化、抗炎作用 PKC亚基对反应氧的敏感性不同，PKCε介导下，反应氧致皮质神经元死亡；PKCδ作为锰诱导线粒体凋亡关键下游因子，通过凋亡因子-3 PKCδ激活蛋白水解，在多巴胺能神经元氧化后凋亡起重要作用。PKC部分亚基具有抗炎作用，其中抑制PKCθ有抗炎潜力，研究PKCθ基因敲除鼠发现嗜酸粒细胞浸润及炎症减少。Paumelle R等[25]在研究HMG-CoA抑制剂抗炎作用时发现，其机制是抑制PKCα的活性进而影响PPARα与NF-κB转录过程，所以PKCα也可以在炎症反应中起传导作用。

2 PKC与神经系统老龄相关疾病

随着年龄增长，脑细胞、脑组织功能与形态逐渐衰退，不仅加速机体的衰老进程，而且严重影响人的思维、认知、记忆、定向、协调等功能；随着年龄增长，疾病逐渐累积，如高血压、糖尿病、高血脂等。综合上述因素，年龄对神经系统疾病影响是巨大的。

2.1 PKC与脑卒中

在研究过程中已发现PKC参与脑血管病的多种病理生理过程。

2.1.1 PKC与血脑屏障破坏、脑水肿 血脑屏障的解剖基础是脑微血管内皮，功能是调节进入脑实质的血流量，血脑屏障通透性增强是因为细胞旁路的增加、黏附物和紧密蛋白的缺乏。尽管有许多研究表明PKC调控血脑屏障的重要性，但机制不明。Miettinen等[26]报导nPKCδ在大鼠短暂性局部缺血后表达上调，而Yang T等[27]发现cPKCα、βⅠ、βⅡ在缺氧大脑微血管内皮细胞中表达升高，并且PKCβⅡ、PKCγ同时表达使细胞旁路的渗透性增加。Colin L Willis等[28]证实nPKCθ和aPKCζ介导紧密连接蛋白破坏，导致血脑屏障通透性增加，脑水肿形成加重缺血性卒中病情。

2.1.2 PKC与缺血再灌注损伤 早已有证据表明短时间缺血有时不足以导致组织损伤，而是缺血再灌注才出现损伤。体内实验发现缺血早期、糖氧剥夺、兴奋毒性损伤及再灌注阶段PKC的水平及活性升高，脑卒中过程中PKC的激活是依赖多因子的，不同的PKC亚型都可参与这一过程。首先在缺血耐受阶段，腺苷介导PKC上调，特别是εPKC；其次缺血时，谷氨酸诱导神经毒性，γPKC表达增加；ζPKC激活可以在再灌注损伤后推迟凋亡的发生。在大鼠局部缺血模型中Shimohata T等[29]证实PKCε有保护作用，Gao等[30]证明减小缺血后损伤的条件是抑制ζ PKC的负面作用，提升εPKC的保护作用，Gulati P等[31]证实PKC参与NO的信号转导通路，抑制脑血管平滑肌收缩，在缺血过程中起保护作用。

2.1.3 PKC与氧化应激反应 缺血可导致血管内皮细胞氧化损伤，致内皮细胞增殖、迁移、凋亡、重构等改变，这也是引起脑血管疾病机制之一。PKC亚基参与氧化反应过程。Nishizuka Y[32]证明脑卒中血管内皮氧化应激主要由NADPH参与引起PKC改变；Kanthasamy AG等[33]证实PKCδ是参与氧化反应主要亚型，可以促进细胞凋亡，包括神经元。

此外，PKC与脑血管病危险因素相关，高血压、糖尿病等疾病可使血管病理改变加重，使脑卒中发病率及复发率增加。William CP等[34]证实PKC影响人血管平滑肌KV1.5通道，造成钾通道以及钙通道表达改变，血管平滑肌的收缩功能发生变化，进而影响血压。Kasuya等[35]表明PKC可调节血管内皮素的表达，影响血管收缩。在血糖方面也已证实慢性高糖血症与血管损伤之间存在4个独立生化步骤，包括增加多元醇通路、增加晚期糖化终产物（AGEs）、激活PKC、增加己糖胺通路。抑制PKC可以阻止胰岛素抵抗和慢性高糖血症的形成，预防心脑血管疾病的发生。

2.2 PKC与AD

AD多于老年期发病，随着年龄增长患病率逐渐上升，85岁以后，每3-4位老年人中就有1名罹患AD，也有学者认为老年人的年龄每增加5岁发生风险增加1倍左右。

AD主要临床表现为进行性认知功能下降，阶段性记忆丢失，主要因为在大脑特定区域形成淀粉样β蛋白和神经纤维缠结，PKC亚基与淀粉样蛋白密切相关，PKCα可调控α-分泌酶，是一个在非病理源性淀粉化进程中起重要作用的酶，α-分泌酶活化可降低淀粉样β蛋白前体（AβPP），促进溶解型AβPPα形成（sA βPPα），并且阻止β淀粉样蛋白聚焦；且α-分泌酶可直接由PKCα和PKCε通过MAPK通路激活[36]。另外，PKCε可诱导内皮转化酶降解Aβ40和Aβ42成小的碎片并且可清除这些Aβ碎片，在PKCε转基因鼠研究中发现淀粉样物质明显减少[37]，异常型PKC δ和PKCθ也参与Aβ42进程[38]。Etchebemgarray R[39]等证实使用苔藓虫素-1部分激活cPKC及nPKC亚型，减少AD转基因鼠大脑内的Aβ40。同样的在淀粉样蛋白前体转基因鼠，激活PKC也可在大脑中减少Aβ40沉积。最新研究表明，随年龄增长认知功能下降过程中PKC起作用，PKC亚基被认为在树突间联系及修复方面起到“记忆激酶”的作用，淀粉样β蛋白形成源于累积的PKC使AMPA受体下调，损伤性PKC亚基α及ζ可降低认知功能和缩短树突。已有报道表明PKC激活使海马神经元轴突皱缩[40]。除此之外，tau蛋白聚集可能是神经细胞退行性变的前提[41]，而PKC可影响tau蛋白，特别在PKC迁移时与tau蛋白高度磷酸化相关，PKCα可调节tau蛋白与微管蛋白结合，一旦PKC α活性丧失将导致tau蛋白累积。Etcheberrigaray R等[39]研究中使用APV717转基因鼠，给予一段时间PKC兴奋剂可显示出有益的长期效应，同时增加溶解型蛋白，减少β淀粉样蛋白水平。Hongpaisan J等[42]同样在Tg2576小鼠上使用苔藓虫素也发现PKC起到保护作用。

2.3 PKC与PD

有资料显示正常人30岁以后，黑质多巴胺神经元始呈退行性变，多巴胺神经元渐进性减少，使神经系统老化加速。PD的发病与环境、遗传、氧化应激、线粒体功能紊乱、蛋白酶体功能障碍等多因素相关，而氧化应激被认为是引起PD的主要事件之一。Kanthasamy AG等[43]及Lee SJ等[44]许多学者研究表明PKC家族中的PKCδ可依赖凋亡因子3的活性促使多巴胺神经元凋亡。Youdim MB等[45]和Mandel SA等[46]研究抗PD药雷沙吉兰的作用机制时发现，它可作用Bcl-2蛋白家族，通过PKC通路传导，主要以PKCα及PKCε 2种类型，与线粒体通透性转位联系，起到保护作用。除此之外，Kanthasamy AG等[47]也已研究发现PKCδ可作为PD的治疗靶点。

3 展望

对于神经系统老龄相关疾病的治疗，除去传统的治疗方法，还应积极寻找新的治疗靶点。PKC通路与脑卒中、AD、PD发病过程关系密切，这将在神经系统疾病治疗方面提供新的方法。

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（本文编辑：唐颖馨）

R741;R742.1

ADOI10.16780/j.cnki.sjssgncj.2017.01.015

哈尔滨医科大学附属第二医院神经内科哈尔滨 150086

国家自然科学基金（No.81171077）

2016-05-26

朱雨岚ylz_yulan@163. com