α-突触核蛋白转运与帕金森病关系的研究进展

庄镇裕 叶梓良 林楚曼 谢惠芳

南方医科大学珠江医院（广州510282）

帕金森病是一种常见的神经退行性疾病，具有缓慢进行性发展的特点，其发病率仅次于阿尔茨海默病，临床上表现为行动迟缓、静止性麻痹、肌强直和姿势步态异常等运动障碍。不同患者疾病进展速度不同，早期患者通过药物治疗多可控制症状，疾病晚期患者对药物反应差，不能有效控制疾病进展，出现肌强直等运动功能障碍，生活自理受到限制，长期卧床，最终死于肺炎、延髓麻痹、脑血管疾病等。对于帕金森病病因的探究，目前认为是由于中脑黑质多巴胺能神经元缺失及出现路易小体所导致，其中α-突触核蛋白（α-synclein，α-Syn）异常聚集与路易小体及帕金森病的发生发展密切相关，对于α-Syn在脑组织中的平衡调节转运机制及导致异常聚集的机制尚未清楚，本文就α-Syn在脑组织中的转运与α-Syn寡聚体形成在帕金森病发展中所起的作用做一综述。

1 α-Syn及其与帕金森病关系的概述

α-Syn最先于1997年在帕金森病患者脑组织的路易小体中被SPILLANTINI等［1］观察到。同年，POLYMEROPOULOS等［2］证实了编码α-Syn的基因SNCA发生点突变以及基因重复与帕金森病的发展密切相关。α-Syn是一个由140个氨基酸残基组成的神经元蛋白，可以导致神经元的损伤，而且还参与中枢神经系统神经变性的过程［3］。它可以诱导一系列渐进性、周期性的病理变化，最终导致具有毒性的寡聚体在脑组织中传播。目前普遍认为，路易小体是帕金森病的重要病理变化及诊断特征，而α-Syn是路易小体形成的重要成分之一，与路易小体形成及帕金森病发生发展密切相关。其中，α-Syn异常聚集是路易小体形成的关键环节，但对于α-Syn在脑组织中的异常聚集机制目前尚未明确，如能对α-Syn聚集的病理过程进行干预，帕金森病的治疗将会取得突破性进展。

2 α-Syn及寡聚体形成对神经系统的作用

在神经系统中，α-Syn在突触前末梢大量表达，在突触传导中有多方面的作用。JANECZEK等［4］不仅观察到α-Syn通过多巴胺转运体负向调节多巴胺的摄取，是负向调节多巴胺能神经传递的重要影响因素，而且发现α-Syn表达水平高低在中枢神经系统中有着两方面的作用，上调α-Syn的水平会表现出神经毒性的作用，相反正常的α-Syn水平却能保护中枢神经系统避免损伤。正常人神经系统内α-Syn单体表达水平提高，可导致低聚状态下的α-Syn进一步聚集，发展成不可溶的α-Syn纤维，尤其在编码α-Syn的基因SCNA发生突变及基因重复的情况下，研究［5-6］发现其形成α-Syn纤维的速度明显加快，最终形成具有毒性的α-Syn寡聚体，堆积在神经细胞的细胞质中，损害神经系统的正常功能。这也是SCNA基因突变人群帕金森病发生率较高的重要原因。在神经系统中，α-Syn还与细胞分化有一定关系。ZASSO等［7］研究证实在人胚胎神经祖细胞中过度表达α-Syn，会损害神经祖细胞的正常分化，使向神经元分化转变为向神经胶质细胞分化，导致正常神经元细胞数量减少，影响正常神经生理活动。另外，α-Syn不仅能影响神经系统中突触传递的功能，还能影响神经元线粒体形态学的变化和线粒体能量的产生。SHAMOTO-NAGAI等［8］研究发现 α-突触核蛋白干扰线粒体和内质网之间钙离子的交换，破坏细胞内的钙离子的平衡，同时还抑制受损线粒体的降解。而高歌等［9］和DIAS等［10］则发现α-Syn的堆积会导致线粒体膜电势的改变，增加细胞内活性氧的产生，损伤帕金森病患者多巴胺能神经元。所以在神经细胞中α-Syn寡聚体的形成，易导致活性氧的大量产生，而活性氧作为线粒体相关细胞凋亡的一个重要信号，其浓度增加易导致大范围神经细胞的凋亡，损害神经系统的正常功能。

3 α-Syn在神经系统中的转运

传统的观点认为α-Syn是细胞内的蛋白质，不能转运到细胞外。目前认为，α-Syn在细胞外是存在的，其分泌到细胞外的方式不是通过常规依赖内质网和高尔基体的转运方式，而是通过胞吐作用释放到细胞外，首先游离的突触囊泡通过高尔基体或网格蛋白介导的内吞作用进入早期核内体，紧接着核内体储存的α-Syn可通过两条不同的通路分泌到细胞外，一方面可通过VSP4和SUMO蛋白的协助被包含在多泡体内，与细胞膜融合排出细胞外；或者成为再循环内体并通过依赖Rab11a蛋白的分泌颗粒使其排出体外。这两种胞吐的方式最终都受到细胞内Ca+的影响［11］。并且在蛋白酶体及线粒体功能紊乱的情况下，其转运速度明显提高［12］。在α-Syn吸收方面，ANGOT等［13］将AAV2/6-huα-Syn病毒转导到小鼠的脑黑质中，让小鼠脑细胞表达α-Syn，再把正常神经元移植到小鼠脑纹状体内，发现正常神经元内最终也出现α-Syn。体外实验证明其摄取α-Syn寡聚体可有多种机制，一部分α-Syn可通过细胞膜上的膜孔蛋白或蛋白复合体通道，或通过与细胞膜融合以胞吞作用进入胞内，另一部分则能通过与细胞膜上的受体蛋白结合，诱导内源性α-Syn的产生及聚集，导致内源性α-Syn 寡聚体的形成［11，14］。在细胞摄取α-Syn过程中，细胞外的α-Syn寡聚体可诱导溶酶体破裂，并诱导靶细胞中组织蛋白酶B依赖活性氧增加，导致炎症小体活化［15］，因此，α-Syn寡聚体的产生不仅具有自身神经细胞毒性及影响线粒体及蛋白酶体功能，而且能在神经元细胞间通过胞吞胞吐等转运机制进行转移，损害周围神经细胞［8，15］。同时，在神经细胞蛋白酶体及线粒体功能紊乱的情况下，α-Syn的转运速度明显提高，这也在一定程度上形成一个恶性循环的病理过程，加快帕金森病的进展。

另一方面，血脑屏障作为人体中调节物质进出大脑的重要介质，星形胶质细胞是其主要组成成分。研究表明，α-Syn可通过血脑屏障进行双向运输［16］。由于血脑屏障通过星形胶质细胞直接接触大脑血管边缘的神经元［17］，所以α-Syn在血脑屏障的运输极可能是从星形胶质细胞开始，因此星形胶质细胞把α-Syn转运至血管内皮细胞的能力对其释放到血液中并清除具有极其重要的作用。然而，早前LEE等［18］已发现血脑屏障并不利于α-Syn寡聚体的清除，反而会加快帕金森病的发作时间，这些研究并没有提供任何证据解释α-Syn在星形胶质细胞聚集形成寡聚体的原因，考虑到星形胶质细胞几乎不表达α-Syn，他们提出一个假说：α-Syn寡聚体是由其它细胞释放到间质中，被星形胶质细胞吸收，最终彻底破坏血脑屏障功能，加速帕金森病的进展。这个假说最终在体外实验中得到证实，将从SHSY5Y细胞分泌的α-Syn添加到星形胶质细胞的培养基中，可从星形胶质细胞中提取到α-Syn，目前研究还发现星形胶质细胞是通过类似神经元的内吞作用摄取α-Syn，并将其运输至溶酶体进行清除，然而持续接触摄取α-Syn，其摄取量远大于其通过溶酶体降解的量，导致α-Syn在星形胶质细胞内形成新的低聚物和纤维，产生细胞毒性加快细胞应激与死亡［19］。星形胶质细胞受到破坏后，血脑屏障失去正常功能，α-Syn的清除能力进一步下降，产生另一个导致帕金森病发展的恶性循环。因此，如果将血脑屏障用在治疗清除毒性α-Syn上，那么星形胶质细胞将会成为一个很重要的靶点。此外，α-Syn在血脑屏障对其他细胞的表达与功能尚未清楚，需要进一步探究。

在细胞间转运方面，隧道纳米管（TNT）是转运α-Syn的另一条通路，在与相邻细胞接触和融合时，TNTs作为导管促进细胞间交换和通讯，其连接持续长达几个小时［20］。在多种CNS细胞如神经元、星形胶质细胞及体外树突细胞中也已发现TNT的存在，并且能促进不同类型细胞如神经元与星形胶质细胞之间的物质转运，同时α-Syn会诱导细胞内产生更多活性氧，从而形成更多的TNT［20-21］。因此，TNT会导致帕金森病中α-Syn在多种细胞间转运，更大范围得损害神经系统正常功能，加快帕金森病发展。另外，正常条件下，小胶质细胞是中枢神经系统的主要免疫吞噬细胞，当α-syn通过血脑屏障时，可观察小胶质细胞被激活［22］。然而，研究发现其虽然能通过GM1依赖性脂筏介导的内吞作用吸收外源性α-syn，但缺乏有效降解α-syn的能力［23］。这也与α-syn所导致的蛋白酶系统损害有关。小胶质细胞被激活时有M1和M2两种表型，根据表型不同可对神经系统产生毒性或保护作用，M1型主要存在于疾病末期的损伤部位，此时M2型的免疫调节及修复功能受到抑制，α-Syn可长期激活M1型小胶质细胞，产生炎症反应导致不可逆的神经元损伤［24］。α-Syn还作为化学诱导物质，诱导小胶质细胞至受损细胞处［25］。因此，α-Syn可趋化并激活M1型小胶质细胞，由于不能完全清除α-Syn及炎症反应产生，导致神经系统中多个部位引起损伤。加快帕金森病进展。

4 基于α-Syn转运的帕金森病治疗前景

目前临床上帕金森病常用多巴胺代替治疗，研究发现，多巴胺虽然能改帕金森病患者的运动机能，但是会影响患者的认知功能，出现视觉幻觉，冲动控制障碍，而且不能阻止帕金森病的进展［26-27］。帕金森病是环境和基因共同作用的结果，而α-Syn作为联系这两大因素的核心，其转运机制可以作为帕金森治疗的新靶点。因此可以通过逆转α-Syn的聚集，提高细胞降解α-Syn寡聚物的能力以及清除毒性α-Syn的能力，从而治疗帕金森病。在今后的研究中，可以尝试着重点寻找抑制α-Syn表达和聚集的药物，并应用蛋白组学与基因检测的方法检测细胞内α-Syn分子的变化，从基因与蛋白质的水平探讨药物作用机制及寻找新的药物靶点。在帕金森病的病理诊断方面，目前已有研究证实了帕金森病患者中α-Syn病变亦存在于周围神经系统［28-30］，如肠道副交感神经系统，支配唾液腺的自主神经纤维，心肌交感神经纤维等，因此皮肤、肠道、唾液腺等的活检都能成为帕金森病病理诊断的新思路，其中，皮肤活检是最安全快捷的诊断方式，但仍需大量的临床样本以证实其在帕金森病诊断中的临床价值。

4 总结与展望

α-Syn可在神经系统突触前末梢大量表达，在机体存在SCNA基因突变或重复时，形成α-Syn寡聚体的速度加快，堆积在神经细胞中，产生细胞毒性及大量活性氧，损害正常神经递质传递、神经祖细胞分化、线粒体功能及蛋白酶系统等，最终导致神经细胞凋亡。同时，α-Syn能通过多个通路在神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞等多种神经细胞间转运，如依赖Ca+的胞吐作用排出细胞外，再通过膜孔蛋白、胞吞作用或与细胞膜上受体蛋白结合被邻近细胞摄取，在不同神经细胞间还能利用TNT作为通道进行转运，从而导致α-Syn在神经系统中大范围扩散。而在α-Syn的清除上，一方面由于神经细胞本身缺乏有效降解α-Syn的能力，另一方面由于α-Syn寡聚体转运破坏血脑屏障正常功能，诱导产生M1型小胶质细胞，均不利于α-Syn的有效清除，导致其在神经系统中堆积，加速帕金森病进展。因此充分了解α-Syn在神经细胞间的转运机制，将多个转运途径中的某个蛋白作为靶点，对转运进行抑制，对治疗帕金森病有重大意义。