α-突触核蛋白在帕金森病发病机制和治疗中的研究进展

张倩茹，朱冬雨，陆征宇，陈准立，陆玲丹，赵虹

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一种常见于老年人的神经系统退行性疾病，在全球人口中65岁以上人群发病率高达1.5%[1]，其主要病理改变是路易小体（Lewy body，LB）形成和多巴胺神经元变性缺失，从而产生典型的运动症状：静止性震颤、肌强直、运动迟缓和姿势步态异常。目前并没有药物可有效延缓PD病情的进展。近年来对α-突触核蛋白（α-synuclein，α-Syn）在PD发病过程中的机制了解增多，发现α-Syn是未来治疗PD的一个新靶点。

1 α-Syn在疾病过程中的作用

1.1 α-Syn的翻译与修饰

早在1997年Polymeropoulos等[2]报道了家族性PD患者中存在编码α-Syn的基因（SNCA）突变，具体为SNCAA53T突变，即第53位的精氨酸被替换为苏氨酸。近年在我国发现首例SNCAA53T突变的23岁男性PD患者，其母是无症状携带者[3]。这提示SNCA基因突变在我国PD患者中筛查的必要性。基因突变会导致α-Syn超表达，并引起错误折叠和聚集，而翻译后的修饰错误会促进α-Syn形成寡聚体，研究发现其具有2个特征性磷酸化位点：Ser87和Ser129，尤其后者是LB中α-Syn的主要磷酸化位点[4，5]。

1.2 α-Syn的聚集

α-Syn由140个氨基酸构成，可分为3个部分：N端结构域（残基1-60）、中央NAC域（残基71-82）和一个C-末端结构域（残基96-140）。NAC域是α-Syn聚集过程的一个关键部位[6]。暴露于环境毒素、病毒及细菌感染或基因突变会使α-Syn错误折叠形成寡聚体，从而聚集成不溶性纤维蛋白沉淀。Lashuel等[7]提出寡聚体是导致不溶性纤维蛋白沉淀形成的主要途径。另外，α-Syn寡聚体可与脂质结合，从而增加线粒体、溶酶体和细胞膜的通透性[8-10]，影响这些细胞器的正常功能。研究证明α-Syn通过调控突触囊泡的释放来调节突触活动[11]，如α-Syn的寡聚体能抑制SNARE蛋白介导的突触囊泡膜与突触前膜的融合[12]，进而影响细胞内外多巴胺水平，最终导致多巴胺神经元死亡。

1.3 α-Syn的蔓延扩散

根据Braak病理分期[13]，在PD患者脑部的不同区域都有α-Syn沉积，并且相互联系。现证据表明α-Syn病理沉积起源于外周（可能是胃肠道系统）。一些体内研究发现错误折叠的α-Syn可被神经元释放，然后被临近的神经元再摄取，从而诱导LB形成，类似于朊蛋白形式在脑内传播[14]。Recasens等[15]提取PD患者黑质致密部包含α-Syn的LB，并接种到鼠和猴的腹腔内，结果导致宿主黑质纹状体内α-Syn病理性聚集，最终引起神经元变性。Peelaerts等[16]将α-Syn注入啮齿动物模型的静脉中，发现其可越过血脑屏障分布到中枢神经系统。在此之前的动物研究也发现，肌肉或胃内注射α-Syn可从外周到达脑组织。因此笔者认为α-Syn可能通过自行扩散促进PD病情进展。

1.4 α-Syn的降解

研究表明α-Syn是由泛素-蛋白酶体（UPS）和自噬-溶酶体系统（ALP：包括自噬和分子伴侣介导的自噬-CAM）降解[17，18]。在人体内错误折叠的α-Syn主要是通过UPS途径降解，而其聚集形成的不溶性纤维蛋白沉淀则是通过ALP降解。研究发现在散发型PD患者和基因突变动物模型的脑组织中，存在蛋白酶体和溶酶体减少的现象。另外，在PD患者的黑质细胞中存在内质网、线粒体和溶酶体等细胞器功能缺陷，导致α-Syn的清除异常。这都支持一个假设：蛋白质质量控制缺陷导致PD的发生[19，20]。因此，各种因素导致错误折叠的蛋白产生量超过细胞的降解能力，最终促进LB形成，引起多巴胺神经元退行性变。

2 以α-Syn为靶点的治疗措施

2.1 阻断α-Syn翻译后的异常修饰

随着对α-Syn分子结构的逐步研究，阻断α-Syn的翻译后异常修饰的治疗措施成为一个热点，目前主要针对α-Syn的Ser129磷酸化位点。Oueslati等[21]发现在大鼠遗传模型中，Polo样激酶2（polo-like ki-nases，PLK2）过度表达使Ser129位点磷酸化，出现α-Syn自噬增强、积聚降低，结果能抑制多巴胺能神经元变性，具有神经保护作用。然而，过度表达的G蛋白偶联受体激酶6（G protein-coupled receptor kinase 6，GRK6）使PD小鼠模型的Ser129磷酸化，导致神经退行性变加重[22]。这种相反的研究结果，促使我们需要进一步研究来阐明ser129磷酸化的意义，以及它是否能作为治疗干预靶点。

2.2 抑制α-Syn的聚集

抑制α-Syn聚集仍然是非常有吸引力的药物开发目标，研究发现在酵母菌中聚集与分子伴侣有关，包括热休克蛋白（heat shock protein，HSP）40、70和104。在PD果蝇模型中过度表达或药物激活HSP70能降低α-Syn寡聚体浓度，从而抑制其毒性作用[23，24]。此外，在PD大鼠模型中过度表达HSP104能降低α-Syn聚集。近年来发现一些抑制α-Syn聚集的化合物，如茶多酚提取物表没食子儿茶素没食子酸酯（Epigallocatechin gallate，EGCG）[25]、脯氨酰寡肽抑制剂kyp-2047[26，27]能降低α-Syn水平并抑制其聚集，以及被誉为“分子镊子”的CLR01[28]能与α-Syn结合并阻止其聚集。Nagner等[29]发现在PD小鼠模型中，聚合物抑制剂anle138b能强烈抑制α-Syn寡聚体积聚，阻止神经元变性和疾病进展。此外，Marotta等[30]使用合成的N-乙酰葡糖胺对α-Syn苏氨酸残基进行糖基化修饰，发现能明显抑制其聚集和毒性作用，这些令人兴奋的结果强调了进一步理解α-Syn聚集过程，寻找有效的抑制剂是一个非常有潜力的治疗目标。

2.3 拮抗α-Syn的毒性作用

通过之前一些研究表明，α-Syn具有朊蛋白样扩散特性，扩散过程依赖于其可以在细胞外稳定存在。因此，以细胞外α-Syn为靶点的免疫治疗是阻止PD病程进展的一个新策略，现已成为疾病治疗干预的焦点[31]。Shahaduzzaman等[32]在大鼠PD模型中，接种针对α-Syn N末端区域的抗体进行被动免疫，发现可以减少多巴胺神经元的丢失。说明被动免疫方法可有效积阻止α-Syn的毒性作用。为阻断α-Syn在神经系统的扩散，我们需要进一步了解其清除和扩散的具体过程，进行更多有效的实验研究，以便寻找最佳的干预措施。

2.4 增加α-Syn的降解

PD病变程度与α-Syn的负荷明显相关，因此，增加α-Syn清除率或许是阻止神经元退行性变的有效方法。鉴于α-Syn的降解主要发生在溶酶体，所以针对溶酶体功能恢复和增强的策略，可能有益于PD的治疗[33]。Xilouri等[34]在转基因PD小鼠体内，通过诱导CAM降低了α-Syn水平。一些小的自噬激活分子被研究者发现，如雷帕霉素能抑制哺乳动物mTOR蛋白的活性，增强体内对α-Syn的自噬活动，从而抑制PD中多巴胺神经元的死亡[35]。然而，长期使用会产生不良反应，如间质性肺炎、高甘油三酯的水平、伤口愈合减慢，原因可归咎于免疫抑制作用，这将不利于其在PD患者中的长期应用[36]。此外，双糖海藻糖可以通过改变mTOR活性而激活自噬活动，在一些神经退行性变的动物模型中能减轻其病变程度，并且当双糖海藻糖与雷帕霉素合用时能产生叠加效应，增强自噬作用[37]。这些自噬激活分子的研究证明，如果能发现特异性促进自噬并且安全的化合物，将是治疗PD的一个成功策略。

3 小结和展望

综上所述，从分子水平解释PD的发病机制，以α-Syn为治疗靶点是一种可行的方法。近年来的研究多集中在α-Syn翻译后修饰、聚集、扩散和降解途径，但α-Syn导致多巴胺神经元死亡的机制十分复杂，目前发现一些化合物可以阻止α-Syn聚集或增加其清除率，并在动物模型上取得了较好的实验效果，但距离临床应用还有一段距离。未来应深入基因和分子水平的研究，扩大实验规模，着重寻找阻止α-Syn异常折叠、聚集的药物，以期能做到综合性多途径抑制α-Syn的毒性作用。

[1] Meissner NG，Frasier M，Gasser T，et al.Priorities in Parkinson’s disease research[J].Nat Rev Drug Discov，2011，10：377-393

[2] Polymeropoulos MH，Lavedan C，Leroy E，et al.Mutation in the alphasynuclein gene identified in families with Parkinson's disease[J].Science，1997，276：2045-2047.

[3] Xiong NX，Sun YM，Guan RY，et al.The heterozygous A53T mutation in the alpha-synuclein gene in a Chinese Han patient with Parkinson disease：case report and literature review[J].J Neurol，2016，263：1984-1992.

[4] Fujiwara H，Hasegawa M，Dohmae N，et al.alpha-Synuclei is phosphorylated in synucleinopathy lesions[J].Nat Cell Biol，2002，4：160-164.

[5] Anderson JP，Nalker DE，Goldstein JM，et al.Phosphorylation of Ser-129 is the dominant pathological modification of alpha-synuclein in familial and sporadic Lewy body disease[J].J Biol Chem，2006，281：29739-29752.

[6] Giasson BI，Murray IV J，Trojanowski JQ，et al.A hydrophobic stretch of 12 amino acid residues in the middle of alpha-synuclein is essential for filament assembly[J].J Biol Chem，2001，276：2380-2386.

[7] Lashuel HA，Overk CR，Oueslati A，et al.The many faces of α-synuclein：from structure and toxicity to therapeutic target[J].Nat Rev Neurosci，2013，14：38-48.

[8] Danzer KM，Haasen D，Karow AR，et al.Different species of alphasynuclein oligomers induce calcium influx and seeding[J].J Neurosci，2007，27：9220-9232.

[9] van Rooijen BD，Claessens MM，Subramaniam V.Membrane Permeabilization by Oligomeric α-Synuclein：In Search of the Mechanism[J].PLoS One，2010，5：e14292.

[10] Freeman D，Cedillos R，Choyke S，et al.Alpha-synuclein induces lysosomal rupture and cathepsin dependent reactive oxygen species following endocytosis[J].PLoS One，2013，8：e62143.

[11] Bendor JT，Logan TP，Edwards RH.The function of α-synuclein[J].Neuron，2013，79：1044-1066.

[12] Choi BK，Choi MG，Kim JY，et al.Large α-synuclein oligomers inhibit neuronal SNARE-mediated vesicle docking[J].Proc Natl Acad Sci USA，2013，110：4087-4092.

[13] Braak H，Del Tredici K，Rüb U，et al.Staging of brain pathology related to sporadic Parkinson's disease[J].NeurobiolAging，2003，24：197-211.

[14]Kalia LV，Lang AE.Parkinson disease in 2015：Evolving basic，pathological and clinical concepts in PD[J].Nat Rev Neurol，2016，12：65-66.

[15] Recasens A，Dehay B，Bové J，et al.Lewy body extracts from Parkinson disease brains trigger α-synuclein pathology and neurodegeneration in mice and monkeys[J].Ann Neurol，2014，75：351-362.

[16] Peelaerts N，Bousset L，Van der Perren A，et al.α-Synuclein strains cause distinct synucleinopathies after local and systemic administration[J].Nature，2015，522：340-344.

[17] Nebb JL，Skepper JN，Rubinsztein DC，et al.Alpha-Synuclein is degraded by both autophagy and the proteasome[J].J Biol Chem，2003，278：25009-25013.

[18] Cuervo AM，Stefanis L，Fredenburg R，et al.Impaired degradation of mutant alpha-synuclein by chaperone-mediated autophagy[J].Science，2004，305：1292-1295.

[19] Dehay B，Bové J，Rodríguezmuela N，et al.Pathogenic lysosomal depletion in Parkinson's disease[J].J Neurosci，2010，30：12535-12544.

[20] Chu Y，Dodiya H，Aebischer P，et al.Alterations in lysosomal and proteasomal markers in Parkinson's disease：relationship to alpha-synuclein inclusions[J].Neurobiol Dis，2009，35：385-398.

[21] Oueslati A，Schneider B L，Aebischer P，et al.Polo-like kinase 2 regu-lates selective autophagic α-synuclein clearance and suppresses its toxicity in vivo[J].Proc NatlAcad Sci USA，2013，110：E3945-3954.

[22] Sato H，Arawaka S，Hara S，et al.Authentically phosphorylated αsynuclein at Ser129 accelerates neurodegeneration in a rat model of familial Parkinson's disease[J].J Neurosci，2011，31：16884-16894.

[23] Auluck PK，Chan HY，Bonini NM.Chaperone suppression of alphasynuclein toxicity in a Drosophila model for Parkinson's disease[J].Science，2002，295：865-868.

[24] Klucken J，Shin Y，Masliah E，et al.Hsp70 Reduces alpha-Synuclein Aggregation and Toxicity[J].J Biol Chem，2004，279：25497-25502.

[25] Bieschke J，Russ J，Friedrich RP，et al.EGCG remodels mature alphasynuclein and amyloid-beta fibrils and reduces cellular toxicity[J].Proc NatlAcad Sci USA，2010，107：7710-7715.

[26] Savolainen MH，Richie CT，Harvey BK，et al.The beneficial effect of a prolyl oligopeptidase inhibitor，KYP-2047，on alpha-synuclein clearance and autophagy inA30P transgenic mouse[J].Neurobiol Dis，2014，68：1-15.

[27] Myöhänen TT，Hannula MJ，Van Elzen R，et al.A prolyl oligopeptidase inhibitor，KYP-2047，reduces α-synuclein protein levels and aggregates in cellular and animal models of Parkinson's disease[J].Br J Pharmacol，2012，166：1097-1113.

[28] Prabhudesai S，Sinha S，AttarA，et al.Anovel"molecular tweezer"inhibitor of α-synuclein neurotoxicity in vitro and in vivo[J].Neurotherapeutics，2012，9：464-476.

[29] Nagner J，Ryazanov S，Leonov A，et al.Anle138b：a novel oligomer modulator for disease-modifying therapy of neurodegenerative diseases such as prion and Parkinson’s disease[J].Acta Neuropathol，2013，125：795-813.

[30] Marotta NP，Lin YH，Lewis YE，et al.O-GlcNAc modification blocks the aggregation and toxicity of the protein α-synuclein associated with Parkinson's disease[J].Nature Chemistry，2015，7：913-920.

[31] Tyson T，Steiner JA，Brundin P.Sorting out release，uptake and processing of alpha-synuclein during prion-like spread of pathology[J].J Neurochem，2016，139 Suppl 1：275-289.

[32] Shahaduzzaman M，Nash K，Hudson C，et al.Anti-human α-synuclein N-terminal peptide antibody protects against dopaminergic cell death and ameliorates behavioral deficits in an AAV-α-synuclein rat model of Parkinson's disease[J].PLoS One，2015，10：e0116841.

[33] Xilouri M，Brekk OR，Stefanis L.Autophagy and Alpha-Synuclein：Relevance to Parkinson's Disease and Related Synucleopathies[J].Mov Disord，2016，31：178-192.

[34] Xilouri M，Brekk OR，Landeck N，et al.Boosting chaperone-mediated autophagy in vivo mitigates α-synuclein-induced neurodegeneration[J].Brain，2013，136：2130-2146.

[35] Malagelada C，Jin ZH，Jackson-Lewis V，et al.Rapamycin protects against neuron death in in vitro and in vivo models of Parkinson's disease[J].J Neurosci，2010，30：1166-1175.

[36] Bové J，Martínez-Vicente M，Vila M.Fighting neurodegeneration with rapamycin：mechanistic insights[J].Nat Rev Neurosci，2011，12：437-452.

[37] Castillo K，Nassif M，Valenzuela V，et al.Trehalose delays the progression of amyotrophic lateral sclerosis by enhancing autophagy in motoneurons[J].Autophagy，2013，9：1308-1320.