Connexin43在神经退行性疾病中的研究进展*

甘 钰，曾丽梅，李良东

(赣南医学院 1.2014级本科生;2.基础医学院;3.第一附属医院，江西 赣州 341000)

缝隙连接(Gapjunction, GJ)是一种生物信号通道，其主要功能是介导细胞之间的生物信号功能的传输，传递相邻细胞之间的信息传递[1]。连接蛋白(Connexin, Cx)是构成细胞缝隙连接的主要成分，根据其分子量的不同可分为20多种亚型[2]，尤以 Cx43最为重要。临床研究表明[3],神经退行性疾病，诸如脑缺血、阿尔茨海默病(Alzheimer's Disease, AD)、烟雾病和帕金森病(Parkinson's disease, PD)等的发生，均与Cx43的分布或含量有关。本文就Cx43与神经退行性疾病的关系研究进行综述。

1 Cx43的结构及其在中枢神经系统的分布

Cx43属于α-Cx亚族，结构具有高度保守特征，其分子质量大小为43 KD。Cx43由三个细胞内区段(N末端细胞质环和C末端构成)和两个二硫键连接的细胞外环组成，而EL1和EL2位于细胞质侧，作为连接、识别连接蛋白[4]。

Cx43蛋白是维持中枢神经系统(central nervous system, CNS )正常功能不可缺少的分子，广泛分布于相邻神经细胞之间。哺乳动物CNS内存在大量星形胶质细胞(astrocytes, ASTs)[5]，其缝隙连接处高表达的Cx43形成间隙连接和半通道，并维持细胞的正常形状和功能[6-8]。

2 Cx43与神经退行性疾病的关系

2.1脑缺血缺血性脑血管疾病在人类三大致死因素(心血管意外、癌症、脑缺血)中排第三位。随着人类生活水平的提升，脑缺血的发病率逐渐呈年轻化，且随着年龄的增长，其发病率呈上升趋势。减轻缺血及再灌注引起的脑损伤，促进其神经功能恢复，仍然是缺血性脑血管疾病研究的热点。

ASTs大量存在于脑组织中，是脑缺血发生发展中的一个关键因子[9-10]。，其表达的大量间隙链接蛋白Cx(主要是Cx43)可形成功能性GJ。GJ在脑缺血损伤中起着重要的保护作用，研究发现，在脑缺血/再灌注损伤中，这些功能性GJ异常增强。(Ivanova等) 使用间隙连接增强剂可以减轻脑缺血再灌注引起的损伤[11-16]。Cx43作为中枢神经系统中最丰富的间隙连接蛋白之一，在脑缺血性损伤后，Cx43半通道会异常开放，最终导致细胞凋亡性死亡。国外学者等通过观察脑缺血再灌注(I/R)损伤后线粒体连接蛋白43(mitochondrial connexin43, mtCx43)的表达发现，MtCx43可通过mitoKATP通道(线粒体型通道)激动剂诱导的PKC(蛋白激酶C)活化来保护神经血管单元免受急性脑IR损伤。上述研究证实Cx43可显著影响中风患者的神经元存活，对神经元损伤敏感，因此，Cx43间隙连接可作为缺血性卒中治疗干预的潜在早期目标[17-18]。

在灯盏花素治疗脑缺血再灌注损伤大鼠试验中，灯盏花素可通过下调烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2(NOX2)，上调Cx43，减少氧化损伤和减少凋亡细胞死亡，在体外和体内保护免受缺血性损伤[19]。另外有研究表明，通心络是一种新型的神经保护药物，而这种保护作用是通过上调Cx43蛋白表达途径有效地防止I/R(脑缺血再灌注)损伤和减少细胞死亡而起作用[20]。研究表明调节Cx43表达和星形胶质细胞功能是缺血性脑损伤的潜在治疗策略[21]。因此，Cx43作为脑缺血的神经保护治疗靶标[22]。

2.2阿尔茨海默病阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease, AD)是临床上常见的疾病，其主要的病理组织特征为：选择性脑区域 amyloid-β(Aβ)斑块沉积，神经原纤维缠结，进行性神经元损伤和突触丧失[23-24]。AD独特标志是反应性神经胶质增生，主要表现为小胶质细胞和星形胶质细胞表型改变。AD的这种反应性神经胶质增生与连接蛋白的表达和功能的变化有关。

阿尔茨海默病患者体内发现，与淀粉样蛋白斑块接触的星形胶质细胞表达增加[25]。而星形胶质细胞形态功能的重塑主要是通过Aβ斑块激活的小胶质细胞与神经元的相互作用完成[26]。HC激活有助于在星形胶质细胞中维持高浓度游离[Ca2+](高浓度游离钙将引起淀粉样斑块沉积)，并导致神经元损伤的胶质传递素的释放。而越来越多的证据表明，有 Cxs或其他家族蛋白组成的半通道(hemichannels, HC)在病理状态下具有重要作用[27-29]。且HC开口可以在AD星形胶质细胞Aβ治疗或在炎症情况下被触发[30-32]。

在AD患者和APP(amyloid precursor protein)/PS1(presenilin 1)小鼠的大脑中，连接蛋白、形成间隙连接的通道和半通道的蛋白质表达增加[33]。实验发现，若将APP/PS1小鼠的星形胶质细胞Cx43敲除，在AD小鼠海马切片中观察到ATP和谷氨酸盐等神经递质释放减少，神经元损伤明显减轻，与斑块相关的海马神经元的氧化应激和神经营养不良得到了明显的改善，Cx43的缺失还可以减少星形胶质细胞增生并增加其突触功能，从而改善认知功能障碍[34]。Crespin等[35]采用家族性阿尔茨海默症(familial Alzheimer's disease，FAD)模型，当淀粉样蛋白斑充分分散至可用于分析时，检测FAD小鼠(大脑内)海马星形胶质细胞 Cx通道功能(大多数分析是在实验动物9个月大时进行的)，研究发现海马星形胶质细胞Cx43 HC可激活Aβ斑块，即在与斑块接触时，HC活化，从而限制Aβ斑块的增加，因此，Cx43的含量可能和Panx1 HC(pannexin hemichannel)活化有关[36-37]。

在星形胶质细胞Cx43敲除的APP/ PS1小鼠中，谷氨酸和 ATP的释放减少，海马神经元的氧化应激和神经营养不良降低[38]。在FAD模型中发现，Cx43 hc被认为是ATP释放的一种来源[39]。它们主要是由Cx43组成，其开放是由细胞内高Ca2+浓度及神经元细胞内Ca2+超载引起的[40]，导致许多下游有害影响，如AD早期的结构性神经炎改变和氧化应激增加[40]。有研究发现，用链脲佐菌素(STZ)处理后的大鼠，观察到大鼠脑皮质和海马区域的钙离子水平增加，ER应激标志物如GRP78、GADD、半胱天冬酶-12显著增加和细胞通讯改变(主要是连接蛋白43表达增加)，经多奈哌齐治疗后可起到部分减毒作用[41]。因此，链接蛋白Cx可作为临床上治疗阿尔茨海默症药物治疗靶点。

2.3帕金森病帕金森病(Parkinson's disease, PD)是世界上最常见的神经退行性疾病之一，主要表现为进行性运动障碍，其病理特征主要为黑质和纹状体多巴胺能(DA)神经元中PD逐渐丧失[42-44]。越来越多的证据表明非神经细胞，特别是星形胶质细胞在DA神经元变性中起着积极作用[45]。有文献报道，星形胶质细胞中的糖皮质激素受体通过连接蛋白半通道活性调节中脑多巴胺神经变性[46]。Cri等研究发现称为“纹状体树突束”的纹状体树突结构可能代表具有黑色-纹状-黑质环的子系统，可影响帕金森病等疾病的发展。实验室放大镜检查发现，纹状体树突束中存在许多单独的结构体纤维，与含多巴胺的树突紧密交织，还与谷氨酸，GABA和胆碱标记物标记的传入物以及星形胶质细胞和纤维和连接蛋白43斑点的标记物相互交织[47]。在各种神经退行性疾病(包括神经退行性疾病)中，星形胶质细胞在神经元的存活和功能中起直接作用，还可诱导Cx43磷酸化[48]。星形胶质细胞中的细胞间缝隙连接通讯(gap junction intercellular communication, GJIC)对于调节中枢神经系统细胞外pH、K和谷氨酸水平变化起重要作用[49]，可通过 Cx43蛋白表达参与细胞生长控制[50]。星形胶质细胞中 Cx43蛋白的调节和由此产生的间隙连接细胞通讯在 PD病理学中起重要作用。

有学者在探讨电针(Electric acupuncture, EA)干预对PD大鼠纹状体间隙Cx43表达及谷氨酸(Glu)含量的影响，并探讨其作用机制中发现，与生理盐水对照组相比，PD模型组Glu含量和Cx 43蛋白表达水平显著增加[51]，使用鱼藤酮(一种广泛使用的杀虫剂)的PD大鼠模型中，间隙细胞中间隙连接蛋白43增强。体外培养的星形胶质细胞中 Cx43含量也有升高[52]，此外，PD中的已显示星形胶质细胞上调Cx43基因的表达[53]。有文献报道，在MPTP-中毒的小鼠体内发现了增加的连接蛋白-43半通道活性。重要的是，用TAT-Gap19肽(一种特异性连接蛋白-43半通道阻断剂)处理MPTP(3,6-四氢吡啶)注射GRCx30CreERT2突变小鼠，可以恢复DN(多巴胺神经元)丢失和小胶质细胞激活[54]，因此，Cx43对帕金森疾病治疗的研究有重要意义。有研究发现，Cx43用免疫印迹法(Western Blot，WB)电泳后，Cx43有三种形式：非磷酸化Cx43(P0)、P1和P2，其中P1和P2是两种较慢的迁移形式[55]，而且与缝隙连接结构有关[56]。在PD大鼠模型中，用鱼藤酮处理后，观察到星形胶质细胞数量的增加和Cx43 P1和P2水平升高，以及局部病变的细胞质膜上Cx43的磷酸化增加，基底节区的磷酸化的Cx43得到选择性增强[57]。

3 展 望

Connexin43对神经退行性疾病的研究具有重要意义。 然而，在各种神经退行性疾病中Cx43的具体变化机制还不是很清楚，需要进一步研究来澄清。同时，为改变这种状况，针对Connexin43靶点开展卓有成效的药物研究，尤其是探明中药治疗神经退行性疾病的作用机理，值得期待。