转录因子EB与自噬及帕金森病相关性研究进展

金君 吴忧

帕金森病(Parkinson disease，PD)是老年人中最常见的锥体外系疾病之一，其主要病变发生在黑质纹状体通路，主要临床表现为肌强直、静止性震颤、体位步态异常和运动迟缓。PD发病机制未完全明确，一般认为该病受遗传因素、环境因素、感染情况、年龄、蛋白质表达异常以及氧化应激状况等多种因素的影响。主要的病理改变是黑质致密部多巴胺能神经元的变性、死亡，残余神经元胞浆内形成嗜酸性包涵体即路易小体。路易小体主要组成部分是放射性淀粉样纤维α-突触核蛋白(α-synuclein)，其在PD的病理过程中发挥关键作用。细胞自噬功能障碍可能是α-突触核蛋白重要的毒性作用机制之一，而转录因子EB (transcription factor EB，TFEB)是细胞自噬的重要调控蛋白之一。本文对TFEB与自噬以及PD之间关系的研究进展进行综述。

1 PD与自噬

1.1自噬的功能自噬是一种细胞降解途径，参与正常及病变细胞的各种过程。根据内容物运送到溶酶体途径的差异主要分为3种类型：大自噬、小自噬以及分子伴侣介导的自噬[1]。自噬的这3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。小自噬主要功能是选择性降解无用细胞器。分子伴侣介导的自噬是一个多步骤的过程，分子伴侣特异性识别热休克相关蛋白70并结合含有五肽序列——KFERQ的可溶性蛋白形成复合物，溶酶体相关性膜蛋白2A(lysosome-associated membrane protein type 2A)可识别该复合物，结合后将其转运至溶酶体降解。大自噬十分重要，主要对受损细胞器和长寿蛋白进行降解[2]。大自噬通常称为自噬-溶酶体途径(autophagy-lysosomal pathway)，在许多生理过程中起着重要作用，如发育、先天免疫防御、蛋白质控制、细胞存活和死亡，以及影响重要疾病的发生，包括癌症、神经退行性疾病和代谢性疾病[3]，其特征是自噬小体形成。在自噬过程中，降解产物被具有双层膜结构的自噬体吞噬，自噬体与含多种水解酶的溶酶体融合后，进行新陈代谢。在营养充足的正常生长条件下，自噬被维持在基础水平。缺乏营养等应激条件下，自噬被激活，为细胞存活提供必要的营养。

1.2PD中的自噬相关通路α-突触核蛋白是一类可溶性小分子量蛋白。正常情况下，α-突触核蛋白没有细胞毒性，处于中枢神经系统突触前膜末梢[4]。环境或基因改变极易引起α-突触核蛋白发生错误折叠，寡聚体形成，继而形成路易小体，引起多巴胺能神经细胞程序性死亡，最终致使患者出现PD 症状。α-突触核蛋白聚集与多种因素有关：如基因易损性、环境毒物(如金属和农药)、脑损伤[5]、低pH值[6]、高胆固醇等[7]。α-突触核蛋白的降解则受泛素蛋白酶复合体系统和自噬通路共同调节。

泛素蛋白酶复合体系统是真核细胞非溶酶体蛋白降解系统，能特异性降解细胞中大多数正常或突变、损伤和错误折叠的蛋白质，从而维持细胞内环境的稳定。α-突触核蛋白突变、过度表达或构象改变均会削弱泛素蛋白酶复合体系统的功能，产生线粒体功能障碍，提高对氧化应激的敏感度以及多巴胺转运体调节的毒性，进而促进细胞凋亡，参与PD的发病。自噬通路包括分子伴侣介导的自噬及大自噬。过多的α-突触核蛋白以及该蛋白的突变会阻遏泛素蛋白酶复合体系统以及分子伴侣介导的自噬降解途径，从而导致细胞质内毒性累积。突变型α-突触核蛋白不能被分子伴侣介导的自噬降解，而大自噬途径对突变型和野生型α-突触核蛋白都可进行降解，同时，大自噬是降解PD发病中受损线粒体唯一途径。大自噬对于维持多巴胺能神经元内α-突触核蛋白的稳态发挥关键作用，自噬激活能去除沉积在细胞内的α-突触核蛋白，延缓PD病程[8]。

有研究表明[9]，α-突触核蛋白累积具有细胞毒性并阻碍内质网-高尔基囊泡运输，从而阻碍自噬。α-突触核蛋白能够上调哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin， mTOR)信号，并能通过抑制Rab1a活性进而导致Atg9定位异常及抑制自噬体的形成，从而抑制自噬发生。α-突触核蛋白还能够定位到线粒体，并导致线粒体自噬，此时的线粒体自噬会导致线粒体包涵物形成，而这些受损的线粒体不能通过自噬被有效清除，最终可致神经发生退行性变化[10]。

2 TFEB与自噬

2.1TFEB的结构和功能TFEB是亮氨酸拉链bHLH-LZ(basic-helix-loop-helix leucine zipper)类转录因子中的MiTF/TFE(microphthalmia-transcription factor E)家族的成员之一，调控许多重要的细胞生理过程，共由476个氨基酸残基构成，主要包括螺旋-环-螺旋、富谷氨酰胺活化域、富脯氨酸和亮氨酸拉链等模体。TFEB主要进行磷酸化修饰，重要的磷酸化位点有211位丝氨酸、142位丝氨酸及末端富含丝氨酸的结构域。TFEB能通过识别E-box、M-box序列，活化下游基因并促其转录，参与多种细胞调控，它被确定为协调自噬的主要因子，正向调节自噬体形成、自噬体和溶酶体进行融合[9]。

TFEB是调节溶酶体功能及自噬的关键因子，在调节协同溶酶体表达和调控(coordinated lysosomal expression and regulation，CLEAR)网络中发挥关键作用。TFEB的活化可以增加溶酶体相关膜蛋白(LAMP)的合成，加快自噬过程，能加速清除底物，在治疗溶酶体贮积症中起到重要作用。激活TFEB主要由两条途径调节：属于丝裂原蛋白激酶家族(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)成员之一的细胞外信号调节激酶2(extracellular signal regulated protein 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)。

2.2TFEB的相关调控机制TFEB受多种因子调控，mTOR是哺乳动物自噬的最佳调节因子。mTORC1可调节TFEB的核定位和活性，正常营养情况下，mTORC1能够通过磷酸化s211位点使TFEB失活并定位到细胞质中[11]。也有研究表明[12-13]当溶酶体功能被抑制时，TFEB进入细胞核并转录，促溶酶体合成。

氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptorγ coactivator-1α)也能调控TFEB，其主要通过激活TFEB的转录活性减少错误折叠和抗降解蛋白质的集聚进行调节[14]。

针对TFEB与细胞自噬关系的研究发现，促分裂原活化MAPK1的ERK2能够介导TFEB 142位的丝氨酸磷酸化，调控其在自噬中的细胞定位[9]。也有研究表明[15]，营养缺乏情况下，腺苷一磷酸(AMP)可致辅激活因子相关的精氨酸甲基转移酶1(CARM1)蛋白水平增高，CARM通过作用TFEB在自噬溶酶体相关基因中发挥转录共激活因子作用[16]。Medina等[10]研究还发现，饥饿状态下Ca2+通过Ca2+通道蛋白MCOLN1(mucolipin 1)释放至胞内增加Ca2+浓度，钙调神经磷酸酶被激活，从而诱导TFEB去磷酸化、核转位和靶基因转录，溶酶体与质膜的融合也相应增加。

此外，肿瘤抑制因子p53可调控肺癌细胞TFEB核转位和活动[17]。蛋白激酶C(a protein kinase C)激活可抑制糖原合成酶激酶3β(GSK3β)，导致降低磷酸化水平、核转位以及TFEB的活化[18]。类泛素蛋白SUMO(small ubiquitin-like modifier)也可修饰TFEB[19]。

2.3TFEB与自噬目前已有20多个转录因子调节细胞自噬水平，其中TFEB在溶酶体通路中发挥最广泛的作用。有研究表明TFEB过表达能提高细胞自噬水平，TFEB表达减弱细胞自噬水平也随之降低[20]。TFEB主要通过促进自噬体形成以及自噬溶酶体的融合以调节自噬。激活自噬大部分通过抑制mTOR靶点介导，这也是自噬关键的负性调节，mTOR直接作用于TFEB。在正常情况下，活化的mTORC1直接磷酸化TFEB，通过控制细胞定位而抑制其转录活性，TFEB位于细胞质中，然而在饥饿等外界刺激或溶酶体功能障碍等情况下，TFEB进行核转位，促进其靶基因转录[21]。TFEB活性和核转位与TFEB磷酸化状态相关。当磷酸化位点S211和S142从丝氨酸突变成丙氨酸，TFEB核转位明显增加。ERK2和mTORC1是已知磷酸化TFEB的较为重要的激酶。溶酶体通过溶酶体营养感受器感受营养状况，在营养充足的条件下，氨基酸和V-ATPase相互作用于溶酶体营养感受器的组成成分Rag GTPases，使其将mTORC1转运到溶酶体表面域TFEB结合，促进TFEB磷酸化并定位于细胞质，通过抑制mTORC1导致TFEB核积聚。外界因素如营养缺乏、损伤等或自身因素如细胞器损伤都能促进自噬产生，部分溶酶体营养感受机制发送信号至mTORC1，导致TFEB的核转位。

在饥饿或高能量消耗的情况下，Ca2+通过MCOLN1释放，调节神经磷酸酶激活，TFEB磷酸化并发生核转位，活化增强溶酶体的胞吐以提高细胞清除作用。因此TFEB是活化细胞降解途径的关键基因。此外， CLEAR具有重复的E-box序列，其能被TFEB识别，故在溶酶体相关的基因表达中CLEAR起到关键作用[22]。当TFEB过表达，溶酶体合成能力明显增强，结合CLEAR元件后，下游溶酶体相关基因的表达随之增强。

3 TFEB与PD的相关性

研究表明[23]，应用mTOR的衍生物坦西莫司(temsirolimus)抑制mTOR作用靶点，可减轻TFEB在细胞质的滞留增加其核转位，在神经退行疾病动物模型的体内实验中有效地限制了疾病的发展。Kilpatrick等[24]研究结果表明药物羟丙基-β环糊精可通过活化TFEB促进积聚的α-突触核蛋白自噬清除。此外，Palmieri等[25]研究表明自噬激活剂海藻糖可通过降低AKT活性来激活TFEB，从而激活自噬。Khatri等[26]研究表明姜黄素能直接结合TFEB，促进其核转位并增加TFEB的转录活性，对鱼藤酮诱导的PD小鼠起到神经保护作用。

综上所述，TFEB作为一种重要的转录因子，在自噬的调节以及PD的发病中发挥着重要的作用，但目前相关研究非常有限，期待今后更多的研究加以探讨从而为寻找PD新的治疗药物提供方向和依据。