α-synuclein与帕金森氏病研究进展*

周丽丽 杨占君

（内蒙古科技大学包头医学院人体解剖学教研室，包头 014040）

帕金森氏病（Parkinson's disease，PD）是世界范围内影响3%老年人的第2个常见的多因素神经退行性疾病[1]，每年大约有4%的人在50岁前被诊断为PD，其患病率随着年龄的增长，逐年增加[2]。PD的主要临床症状可以表现为前期静止性震颤、动作迟缓、肢体僵硬和姿态步态异常等运动学障碍[3]，以及后期的睡眠障碍、嗅觉障碍和感觉障碍等非运动学症状。其主要病理特征是中脑黑质致密部（substantial nigra pars compacta，SNpc）多巴胺能神经元渐进性丢失和胞质内包涵体-路易（Lewy）小体的形成。在神经病理学上，多巴胺细胞产生的退化，很大程度上是由于黑质内与泛素结合的α-突触核蛋白（α-synuclein）的异常沉积，这也是引起PD发病的最主要原因[4-5]。作为PD的典型特征，Lewy小体是蛋白酶体不能降解的细胞质包涵体，而α-synuclein是Lewy小体最主要的组成成分[6]。大量文献和研究表明，α-synuclein参与了 PD的发生和发展[7]。

1 α-synuclein与PD

α-synuclein是一种蛋白质，属于脊椎动物中发现的synuclein家族。1988年 Maroteaux等[8]首次发现了α-synuclein，这是一种位于太平洋电鲟体内突触小泡和胆碱能神经元细胞核中的蛋白质。根据其突触和核定位，该蛋白被命名为synuclein。1997年，Polymeropoulos等[9]发现了α-synuclein在神经退行性疾病中发挥着重要作用，自此成为了研究的焦点。α-synuclein是由α、β和γ合成的位于4q22染色体上的SNCA基因编码，结构上含有127～140个氨基酸。α-synuclein是一种在神经元中高度富集的无所不在的表达蛋白，对于PD而言，α-synuclein主要分布于大脑皮质、海马、纹状体突触前神经末梢内的突触囊泡[10]。α-synuclein的性质和功能取决于它与膜的相互作用程度、翻译后的修饰、局部折叠，这些都将影响α-synuclein聚集的程度。α-synuclein是第一个被确定与家族性PD 相关的基因突变蛋白，由于α-synuclein聚集和聚集形成的纤维形式和神经毒性作用，使得α-synuclein中的一些重要的基因变异（包括点突变、重复和三联效应）导致多巴胺能神经元死亡进而引发早发性家族性PD的发生发展[11]，因此α-synuclein在PD的发病机制中起着非常重要的作用[12]。动物实验结果表明，α-synuclein水平可能通过各种刺激而改变，如百草枯、神经毒素1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine（MPTP）等[13-15]。而α-synuclein的积累及其在PD中的病理作用与前几年的研究密切相关[16]。α-synuclein基于其N端32氨基酸区作用于多巴胺能神经元和孤立的线粒体，导致多巴胺能神经元渐进性丢失、线粒体功能障碍以及氧化应激损伤，最终引起PD的发生发展。

2 α-synuclein与SNCA基因

α-synuclein蛋白编码的SNCA基因的点突变导致了与PD相关的神经系统疾病的发生。SNCA基因在A53T、A30P和E46K位点的突变与家族型PD的发生直接相关[17-18]。SNCA复制或3倍增殖可增加α-synuclein的过表达，并引起常染色体显性遗传PD[19]。SNCA基因，通过改变线粒体内稳态而干扰正常的生理神经信号。SNCA功能的改变与Lewy小体的胞内包涵体和嗅觉系统的功能障碍有关，并会产生非运动症状，如嗅觉减退。α-synuclein向纤维和寡聚体的转化与神经元毒性有关。最近的研究强调，突变的α-synuclein可以抑制溶酶体的降解结合，溶酶体相关膜糖蛋白2A并阻断蛋白质摄取。不仅如此，α-synuclein还能降低组蛋白乙酰化、改变基因表达和负调控RNA聚合酶II相关启动子的转录[19-20]。

3 α-synuclein与多巴胺

PD主要病理特征之一是多巴胺能神经元的进行性丢失，野生型α-synuclein水平升高在多巴胺的合成、储存、循环、再摄取和释放等多个水平上影响多巴胺的神经传递[21]。α-synuclein水平的增加通过多巴胺神经元或表达这2种蛋白的细胞直接相互作用，降低限速酶酪氨酸羟化酶的合成和活性，从而降低多巴胺的合成[22]。研究表明，黑质腹层多巴胺能神经元表达L型钙通道，似乎更易受到兴奋性毒性损伤[23]。α-synuclein的核苷寡聚体干扰了钙稳态，增加了腹侧被盖区的兴奋性毒性，并增强了它们的聚焦作用。此外，突触中多巴胺的不当释放与PD中α-synuclein的积累有关。在体外研究表明，α-synuclein过表达降低了多巴胺的摄取[24]，多巴胺的释放减少可能是由于突触小泡中糖蛋白的破坏和介导突触囊泡分泌的复杂因素[25]。正常情况下，α-synuclein通过其与突触前结合蛋白受体的相互作用，帮助调节囊泡融合和神经递质释放，如 α-synuclein的寡聚体可以明显降低囊泡膜与突触前膜融合的能力[26]，从而使多巴胺水平降低，最终导致多巴胺神经元死亡。结构型多巴胺转运体（dopamine transporters，DAT）的变化已被证明可以调节多巴胺在大脑中的神经传递。Oaks等[27]在HEK293和SK-N-MC细胞中发现，α-synuclein过表达后，DAT在内质网-高尔基体通路中被隔离，降低DAT介导的多巴胺摄取，增加DAT介导的多巴胺外溢，降低了胞内多巴胺的水平，使大脑内多巴胺能神经传递减少，最终导致多巴胺能神经元死亡。多巴胺能神经元中毒性最强的一种似乎是HNE-αsynuclein，可触发活性氧（ROS）的产生，导致神经元死亡[28]。外源性α-synuclein通过引起线粒体功能障碍诱导多巴胺能神经元凋亡[29]。

4 α-synuclein与线粒体

尽管关于α-synuclein 的生理功能至今仍有疑问，但其线粒体方面的作用已得到越来越多研究人员的共识[30]。大量实验研究及文献均有表述线粒体功能障碍与α-synuclein异常聚集有关。一个黑质纹状体多巴胺能神经元胞体大约有40 万个突触，这就需要大量的能量来维持突触的正常生理活动。因此，线粒体功能障碍就极易影响到黑质纹状体多巴胺神经元胞体摄取大量能量的过程。然而就目前而言，α-synuclein 破坏线粒体功能的机制仍不清楚。有报道显示，α-synuclein 可通过细胞色素氧化酶2 诱导SH-SY5Y细胞线粒体功能障碍[29]。也有研究证明[31]，抑制葡萄糖脑苷脂酶基因的正常活性会引起线粒体障碍，最终导致α-synuclein 的聚集。聚合的α-synuclein 可抑制线粒体复合物Ⅰ导致神经元的呼吸和ATP 产生减少，同时增加活性氧的产生[32]。研究表明鱼藤酮可抑制线粒体复合物 I 导致微管蛋白聚合减弱，而微管蛋白可以诱导α-synuclein 纤维化，加速神经元的变性过程[33]。α-synuclein 寡聚体可能诱导线粒体去极化和自由基生成，最终导致线粒体通透性转换孔的开放，触发细胞死亡。有证据表明，线粒体通透性转换孔释放过量的内切酶，增加了α-synuclein 的核翻译，并增加了胞质Ca2+的释放水平[25]。近年来分子研究进展也指出泛素-蛋白酶体系统和自噬途径在α-synuclein 聚集中的作用。α-synuclein 的细胞间转移可能发生在大脑中，神经元或其他细胞释放的α-synuclein 可能对线粒体受损和生物能量平衡受损的少突胶质细胞有害。亚细亚酸（asiatic acid）能降低线粒体膜的通透性，抑制α-synuclein 在线粒体中的积累[34]。

5 α-synuclein与氧化应激

α-synuclein在PD中的作用很复杂，很多研究认为α-synuclein引起氧化应激的改变是α-synuclein引起帕金森氏病的主要原因。正常情况下，α-synuclein是一种神经元蛋白，在人脑、心、肌肉和其他组织中发挥着多种生理作用，但是大量的积累会导致神经毒性的损害。α-synuclein细胞内的聚集和积累可能是由于转录和转录后机制的过度表达及通过蛋白酶和溶酶体途径降解蛋白质的减弱所致[35]。越来越多的证据表明高水平的α-synuclein对神经元有害[36]。也有报道显示，α-synuclein可以防止不饱和的脂质氧化，过度表达会在突触囊泡中产生缺陷，但是却没有明显的毒性。据报道，亚硝酸还原可导致α-synuclein的聚集，从而促进氧化损伤[1]。在PD患者黑质纹状体内，氧化应激环境可以促使α-synuclein聚集。有研究显示，富酚馏分（phenol-enriched fraction）促进体外无毒α-synuclein物种的形成，并抑制其毒性和细胞内聚集，通过促进自噬流量，减少氧化应激[37]。此外，α-synuclein的增加与钙离子从内质网向线粒体的转移增加有关，这可能是氧化应激的原因之一。

此外，α-synuclein寡聚物和金属离子之间的相互作用可导致人类诱导性多能干细胞衍神经元的氧化应激[38]。然而，α-synuclein的病理改变程度（例如，Lewy小体）与不同神经元易受伤害的程度没有直接关系[39]。α-synuclein慢性突变超表达时，黑质多巴胺神经元与迷走神经运动神经元比兴奋性和氧化性提高。相反的，通过下调迷走神经电压激活的钙通道，减少线粒体和细胞质氧化应激。

6 其他

据报道，α-synuclein的剂量反应相关性与早期PD的发生有关，其升高与痴呆的严重程度直接相关[40]。有研究证实肠道α-synuclein和黑质内α-synuclein之间有高度地关联性[41]，肠源性脂多糖引起神经元损伤而引起PD[42]，表明从肠道α-synuclein出发，对研究黑质内α-synuclein可能是一种潜在的治疗和干预PD的新假设。目前，对于α-synuclein的研究越来越深入，这将会对PD的早期诊断和干预治疗带来突破性的影响。