突触囊泡蛋白2A参与神经系统疾病机制的研究进展*

潘玺冬，王丽琨，韩 旭，伍国锋

（1贵州医科大学临床医学院，2贵州医科大学附属医院急诊医学科，贵州贵阳 550001）

突触囊泡蛋白2A（synaptic vesicle protein 2A，SV2A）是一种分布于突触囊泡上的膜蛋白，在突触囊泡中特异性表达。在突触小体内，SV2A 在正常的突触囊泡的释放和快速回收过程起重要作用。SV2A 参与多种神经退行性疾病的发病过程［1］。SV2A 在突触结构中异常表达能够影响突触囊泡生理功能和引起突触后膜电位异常。SV2A 下调可通过囊泡胞吐及内吞作用减弱、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）表达量降低及准备释放池（readi⁃ly releasable pool，RRP）区域变小等途径，诱发癫痫、阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）等相关神经系统疾病症状。

1 SV2A下调导致神经系统疾病的发生

人类SV2A基因主要位于1 号染色体的长臂，由14 565 个碱基对组成，负责编码4 353 个碱基对的mRNA，并且翻译由742 个氨基酸组成的蛋白质（约83 kD）［2］。微小RNA-485 调控突触前蛋白SV2A［3］。SV2A 属于主要协同转运蛋白超家族的一员，是糖、氨基酸和其他组分的转运蛋白［4］。SV2A上有N端模序，包含1个具有3个N端糖基化位点的大环和12个疏水区的小环［5］。SV2A通过调节交感神经元突触前电压依赖性钙离子通道的开放，促使钙离子内流，维持正常的囊泡循环［6］。

在SD 大鼠杏仁核癫痫模型中观察到SV2A 表达下调会导致耐药性癫痫［7］。在小鼠癫痫模型中观察到当SV2A 缺乏时，小鼠的癫痫易感性会增加并且会加速癫痫病程进展［8］。SV2A表达量下降导致突触结合蛋白1（synaptotagmin-1，Syt-1）活性下降，可能是癫痫发病的关键步骤［9］。左乙拉西坦（levetiracetam）是SV2A 的靶向治疗药物，不仅能够改善精神分裂症模型的大鼠认知能力［10］，还能治疗癫痫的部分性发作、肌阵挛发作和强直性阵挛性发作［11］。已证实AD患者海马区的SV2A 表达下调［12］。通过对43 名AD患者与认知正常者的大脑进行高分辨率正电子发射计算机断层显像扫描，显示AD 患者的大脑内侧、颞叶和新皮层区的SV2A 表达量较认知正常者显著减少［13］。通过高分辨率正电子发射计算机断层显像扫描，显示12 例帕金森病患者黑质的SV2A 表达量较对照组减少约45%［14］。上述研究提示，SV2A 表达量的下降可能会导致癫痫发作加重，耐药性癫痫、AD和帕金森病症状加重。

2 SV2A 下调可使囊泡胞吐和内吞作用减弱，继而导致神经系统疾病的发生

突触小体是一个神经元的轴突末梢经过多次分支，最后每一小支的末端膨大呈杯状或球状。突触小体可以与多个神经元的细胞体或树突相接触，形成突触。突触由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分构成，其中突触前膜也称为突触小体膜；突触间隙是突触前膜与后膜之间无胞浆联系的均匀一致的裂隙部分；突触后膜是邻近间隙的次一级神经元或效应器细胞上的膜。突触囊泡是突触前神经末梢的分泌性细胞器，能储存大量神经递质并将其释放到突触间质，最终与突触后膜特异性受体结合。当神经冲动传导到突触前膜时突触囊泡与前膜融合，以胞吐的方式将神经递质释放到突触间隙内，递质与突触后膜特异性受体结合，改变突触后膜对离子的通透性，根据神经递质不同从而突触后神经元产生兴奋或抑制作用。

SV2A 参与神经突触囊泡的胞吐过程［15］，是控制突触囊泡胞吐过程的关键蛋白［16］。胞吐过程是指含有神经递质的突触囊泡移动到突触前膜，并与突触前膜融合将神经递质释放到突触间隙的过程。在生理状态下，突触囊泡的胞吐维持神经递质正常释放，是大脑学习和记忆功能所必需的。胞吐作用异常与AD、精神分裂症、多动症、唐氏综合症等神经系统疾病有重大关系［17］。总之，SV2A 下调可使突触囊泡的胞吐作用减弱，继而导致AD 和精神分裂症等神经系统疾病的发生。

SV2A 参与囊泡的正常内吞过程，若其第1 个内吞基因突变为SV2A-Y46A，则相应神经元中的神经传递或囊泡内吞出现异常［18］。当SV2A 上的氨基酸序列发生突变时，突触囊泡的内吞作用将无法正常进行［19］。内吞过程是膜从突触前膜回收到细胞器膜的过程，维持突触前膜面积的动态平衡。突触囊泡的内吞作用异常会导致多种神经系统疾病的发生，如癫痫和AD［20］。因此，SV2A 发生突变可能使囊泡的内吞作用无法正常发挥，导致神经系统疾病发生。

3 SV2A 表达异常使突触前膜发生相应变化，最终导致神经系统疾病的发生

3.1 SV2A 下调可使ATP 水平降低，继而导致神经系统疾病的发生 SV2A 可调控ATP 的启动过程，已证实SV2A 有特定的ATP 结合位点［21］。在胃窦黏液细胞中，发现SV2A在维持ATP的启动过程中发挥了关键作用［22］。ATP 与多种神经系统疾病的发病机制有关，包括AD、癫痫和亨廷顿病［23-24］。突触小体内ATP 的局部合成障碍可能会影响突触囊泡的启动释放过程［25］。当突触小体内ATP 含量降低时，突触囊泡的内吞和胞吐作用将被抑制［26］。突触囊泡的内吞和胞吐作用异常与多种神经系统疾病的发生有关［17，20］。因此，SV2A 下调可能使ATP 无法正常启动，再通过影响囊泡的释放、内吞和胞吐作用而导致神经系统疾病的发生。

3.2 SV2A 下调可使RRP 区域变小，影响囊泡的正常释放，继而导致癫痫发作 RRP 是突触囊泡在突触内聚集准备释放与突触前膜融合的区域［27］。囊泡在突触小体内分别在储存池、循环池和RRP汇聚，最终在RRP 区域上接收信号刺激后，立即与突触前膜融合，将囊泡从突触前膜释放到突触间隙［28］。已证实RRP 区域的大小影响着囊泡释放的比例，是衡量突触可塑性的重要指标［28］。囊泡的异常释放可能引起癫痫发作［29］，突触小体内的SV2A通过维持RRP区域的大小来指导正常的突触传递［6］。在大鼠神经元突触中注射小干扰RNA 以敲减突触中的SV2A基因，可导致RRP 区域变小和RRP 恢复减弱［30］。总之，SV2A下调使RRP区域变小及RRP恢复减弱，继而使突触囊泡产生异常释放，从而导致了癫痫发作。

3.3 SV2A 可破坏不同神经递质间的平衡，导致癫痫发作 神经递质是指在突触传递中是担当“信使”的特定化学物质，包括γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）和谷氨酸。当谷氨酸增多，诱发癫痫发作的阈值会降低，易诱发癫痫发作［31-33］。在癫痫患者的神经元中发现其释放谷氨酸和GABA 数量增多，提示癫痫发作与神经递质平衡紊乱有密切关系［34］。SV2A 均存在于含有GABA 和谷氨酸神经递质的囊泡膜［35］，但主要在GABA 能神经末端表达［34，36］。SV2A 表达下降会导致谷氨酸能和GABA 能的神经递质数量发生异常变化［37］，已证实SV2A缺失会导致GABA 能神经递质数量减少［2，37-38］。SV2A 对海马区的GABA 能神经递质有特异性调控作用［39］。当SV2A 上调时，谷氨酸通过减少抑制作用的神经元间的囊泡循环，而相对增强神经兴奋性，导致患者的癫痫持续发作［36］。

3.4 SV2A 下调使突触小体内Syt-1 表达量下降，继而导致神经系统疾病 Syt-1是一种囊泡的外侧膜蛋白并扮演“Ca2+传感器”的角色，有C2A 和C2B 区域［40-41］。Syt-1 在神经递质的正常传递过程中扮演着重要角色，其表达异常会导致癫痫发作［42］。Syt-1 可导致癫痫大鼠行为缺陷，包括空间学习和记忆的发展、焦虑和增加运动等表现［43］。已证实Syt-1 与早衰素1 结合，导致淀粉样蛋白肽的局部积累［44］，而淀粉样蛋白肽在细胞内积累是AD 发病的主要原因之一［45］。SV2A 的肽链上的N 端第57 位氨基酸与Syt-1的C2B 结构域相结合［46］，在生理状态下，Syt-1 与SNARE（solubleN-ethylmaleimide-sensitive factor at⁃tachment protein receptor）蛋白结合，启动突触囊泡与突触前膜融合，促使囊泡释放到突触间隙［47］。SV2A可调节Syt-1 的活性［37］。当SV2A 上调，突触小体内的囊泡外侧膜上Syt-1 的表达量增加［48］；当SV2A 下调时，由于囊泡内吞功能减弱，从突触间隙回收到突触前膜的Syt-1 数量相对减少，导致突触间隙的Syt-1数量相对增加，并且序列分子量较正常Syt-1 的序列分子量减少［9，49］。SV2A 的氨基酸末端被酪蛋白激酶1 家族的成员高度磷酸化可增加SV2A 对Syt-1 的亲和力［50］，且SV2A 的磷酸化作用可以调节Syt-1 表达量［51］。因此，SV2A 的表达量与突触小体内的Syt-1数量呈正相关，且SV2A 磷酸化会提高其对Syt-1 的亲和力。SV2A 下降将使Syt-1 的序列分子量和突触小体内Syt-1的表达量减少，导致AD或癫痫发作。

4 SV2A 下调使突触后膜去极化频率增加，进一步导致癫痫发作

突触后电位是以神经递质为介导的化学传递作用到突触后膜上的受体，转变成膜电位的变化，包括抑制性突触后电流（inhibitory postsynaptic current，IPSC）和兴奋性突触后电流（excitatory postsynaptic current，EPSC）。在生理条件下，SV2A缺失使IPSC的振幅和频率均减弱，但是EPSC 仅表现为频率增加［50］。癫痫发作是神经元反复异常放电引起的［29］，是神经元膜去极化级联的结果［52］。癫痫动物模型实验中，当突触活动达到最大时，EPSC 和IPSC 的振幅均降低［50］。SV2A 参与突触后膜电位形成过程。SV2A和SV2B的缺失并不会改变突触的钙亲和力，但是会降低钙的总释放量，并且IPSC 不会随着钙剂量的增加而发生任何变化［53］。当SV2A 下降时，不仅小鼠CA1 椎体神经元的自发兴奋电流频率明显增加，自发抑制性电流的频率和振幅均降低，而且微小兴奋性电流和微小抑制性电流并没有发生任何改变［54］。整合效应是兴奋性电位频率增加［52］。综上所述，SV2A 下调会导致突触后电位去极化频率增加，继而导致癫痫发作。

5 展望

在神经系统疾病中，SV2A 下调可通过囊泡胞吐和内吞作用减弱、ATP 表达量降低及RRP 区域变小等途径，导致神经系统疾病的发生或加重。但是目前研究尚未阐明：如果SV2A 下调，不同神经递质的数量变化之后的整合效应；SV2A 是如何影响突触囊泡的转运和分泌的确切作用机制；如果SV2A 下调，半乳糖转运是否会出现异常，继而导致神经系统疾病的发生。期待SV2A 在突触中的作用机制能有进一步实验数据，明确其与神经系统疾病发病的机制，为治疗疾病提供生理病理基础。只有明确SV2A 在突触中的作用机制，才可能使其成为未来治疗AD 等神经系统疾病的有效潜在靶点。