程國強(綜述)，張傳領(lǐng)，肖 瑞(審校)

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué) 1分子病理學(xué)重點實驗室， 2藥學(xué)院，呼和浩特 010059)

Snapin蛋白又稱突觸小體相關(guān)蛋白(synaptosome-associated protein，SNAP)，其在神經(jīng)細胞內(nèi)與SNAP-25結(jié)合，促進Ca2+感受蛋白與可溶性NSF附著蛋白受體(soluble NSF attachment protein receptors，SNARE)復(fù)合體結(jié)合[1]，從而調(diào)控囊泡膜融合及神經(jīng)遞質(zhì)釋放。SNARE復(fù)合體是神經(jīng)突觸中介導(dǎo)囊泡融合的核心蛋白，同時也參與了神經(jīng)元的伸展過程。研究發(fā)現(xiàn)，Snapin蛋白缺失可導(dǎo)致神經(jīng)元生存能力降低、退化及中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育缺陷[2]。

1 Snapin蛋白的結(jié)構(gòu)和表達

Snapin蛋白在神經(jīng)、生殖、肌肉、內(nèi)分泌及血液等系統(tǒng)中均有表達，其在神經(jīng)元細胞中的表達最為豐富，主要分布于突觸囊泡膜上[1]。Snapin蛋白相對分子質(zhì)量約為15×103，由136個氨基酸組成[3]；其二級結(jié)構(gòu)大部分為α螺旋，N端有一個疏水區(qū)，C端有一個由2個螺旋區(qū)H1和H2形成的卷曲螺旋，該螺旋結(jié)構(gòu)域在許多囊泡融合蛋白中保守存在。Snapin蛋白主要通過卷曲螺旋與其他蛋白作用而發(fā)揮功能[3]。

2 Snapin在神經(jīng)細胞中相互作用的蛋白及功能

Snapin蛋白是SNARE復(fù)合物的重要調(diào)節(jié)蛋白，在神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程中發(fā)揮著重要作用，其同時還與雌激素受體結(jié)合位點相關(guān)抗原9(estrogen receptor-binding fragment-associated gene 9，EBAG9)[4]、cytosolic PSD-95 interactor(cypin)[5]、酪蛋白激酶1δ[6-7]、胞外分泌復(fù)合體關(guān)鍵亞基[8]、經(jīng)典瞬時受體電位6[9]、膜轉(zhuǎn)運調(diào)控蛋白1[10]、dystrobrevin-binding protein-1(dysbindin-1)[11]、腺苷酸環(huán)化酶Ⅵ(adenylate cyclase Ⅵ，AC6)[12]、魚尼丁受體[13]、尿素通道蛋白A1[14]等蛋白相互作用，其中多數(shù)蛋白在囊泡運輸中發(fā)揮作用。另外，Snapin蛋在非神經(jīng)細胞中同樣也具有重要作用。

2.1與SNAP-25的相互作用 神經(jīng)突觸間遞質(zhì)的釋放是神經(jīng)系統(tǒng)最重要的生物現(xiàn)象之一，其受到精確調(diào)控。囊泡被招募、錨靠后，還需預(yù)激，從而引起突觸囊泡發(fā)生胞吐。SNARE蛋白根據(jù)其分布的位置分為t-SNARE和v-SNARE。t-SNARE分布于靶膜上，包括突觸融合蛋白和SNAP-25家族；v-SNARE分布于囊泡膜上，稱為囊泡相關(guān)膜蛋白或突觸泡蛋白。SNARE復(fù)合物拉近突觸小泡與突觸前膜的距離，促使兩者融合并釋放神經(jīng)遞質(zhì)。以Ca2+內(nèi)流為誘導(dǎo)，Ca2+與細胞內(nèi)部的Ca2+感受器(如突觸結(jié)合蛋白Ⅰ)結(jié)合來協(xié)同控制囊泡胞吐釋放。

Snapin蛋白在調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)釋放中發(fā)揮著重要作用。體外蛋白結(jié)合實驗顯示，Snapin蛋白通過與SNAP-25直接結(jié)合而與腦內(nèi)SNARE復(fù)合物作用。加入外源性重組Snapin蛋白可促進突觸結(jié)合蛋白Ⅰ與SNARE復(fù)合物的結(jié)合，尤其當(dāng)Snapin經(jīng)蛋白激酶A磷酸化后，這一現(xiàn)象更加明顯[15]。當(dāng)Snapin蛋白缺失后，小鼠腦勻漿中的突觸結(jié)合蛋白Ⅰ與SNAP-25的結(jié)合量顯著減少[16]。潘平越等[17]采用雙膜片鉗全細胞記錄技術(shù)發(fā)現(xiàn)，Snapin蛋白在調(diào)節(jié)突觸囊泡快速同步融合中發(fā)揮著獨特的作用。Snapin除了參與調(diào)節(jié)Ca2+依賴的胞吐活動外，也可調(diào)節(jié)其他SNARE復(fù)合體介導(dǎo)的囊泡融合事件。

2.2與瞬時受體電位相互作用 瞬時受體電位(transient receptor potential，TRP)通道是一類廣泛分布在神經(jīng)系統(tǒng)細胞膜上的非選擇性陽離子通道，瞬時受體電位通道7(transient receptor potential melastatin 7，TRPM7)是在神經(jīng)遞質(zhì)囊泡上發(fā)現(xiàn)的第1個TRP通道。Krapivinsky等[18]研究發(fā)現(xiàn)，TRPM7與Snapin蛋白共存于神經(jīng)遞質(zhì)囊泡上，與突觸結(jié)合蛋白Ⅰ、突觸蛋白一起形成蛋白復(fù)合物。TRPM7本身對突觸傳遞有調(diào)節(jié)作用。TRPM7與Snapin的相互作用也影響了突觸傳遞：將干擾Snapin蛋白與TRPM7相互作用的肽段注射至突觸前神經(jīng)元后發(fā)現(xiàn)突觸后電壓降低[18]。然而，TRPM7不是唯一與Snapin有相互作用的TRP成員。Morenilla-Palao等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，TRP香草酸亞型1通道可與Snapin、突觸結(jié)合蛋白Ⅸ結(jié)合，抑制由蛋白激酶C介導(dǎo)的TRP香草酸亞型1通道向細胞膜的募集過程，減小放大效應(yīng)。Snapin通過與 TRP通道結(jié)合調(diào)控細胞內(nèi)囊泡轉(zhuǎn)運、融合的過程。

2.3與EBAG9相互作用 在非神經(jīng)細胞中，EBAG9的產(chǎn)物是腫瘤相關(guān)的O-連接糖基化調(diào)節(jié)蛋白[20]。在神經(jīng)細胞中，Rüder等[4]發(fā)現(xiàn)，EBAG9能與Snapin相互作用，調(diào)節(jié)與突觸結(jié)合蛋白相關(guān)的胞吐作用。EBAG9在腎上腺嗜鉻細胞瘤細胞中的表達能抑制細胞內(nèi)Snapin的磷酸化，通過降低Snapin與SNAP-25的結(jié)合而減少致密核心大囊泡的胞吐活動[10]。

2.4與LRRK2相互作用 Leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2)基因又名PARK8，該基因突變可引起常染色體顯性家族性帕金森病[21]。LRRK2基因編碼2527個氨基酸，包括有活性的鳥苷三磷酸酶功能性激酶結(jié)構(gòu)域以及介導(dǎo)蛋白間相互作用的結(jié)構(gòu)域leucine-rich repeat和WD40。LRRK2的過量表達會引起胞內(nèi)蛋白聚集、神經(jīng)突觸縮短、神經(jīng)元分支數(shù)目減少以及氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)毒性增強[22-23]。研究發(fā)現(xiàn)，LRRK2通過與Snapin結(jié)合而抑制其磷酸化，減少Snapin與SNAP-25的結(jié)合，從而調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[21,24]。

2.5與DTNBP1相互作用 DTNBP1作為精神分裂癥的易患基因之一，通常與認知障礙等臨床癥狀相關(guān)[25]。研究發(fā)現(xiàn)，DTNBP1編碼的蛋白dysbindin在精神分裂癥患者腦組織中低表達[24]。Talbot等[11]發(fā)現(xiàn)，dysbindin能與Snapin蛋白直接結(jié)合，共存于突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡膜上。研究發(fā)現(xiàn)，Sandy小鼠(DTNBP1缺失的自發(fā)突變小鼠)海馬神經(jīng)元的神經(jīng)分泌功能與神經(jīng)突觸形態(tài)都出現(xiàn)異常，同時Sandy小鼠也出現(xiàn)精神分裂癥的表型，例如社會性退縮和認知功能障礙。在Sandy小鼠的海馬中，DTNBP1的缺失可導(dǎo)致Snapin蛋白的表達降低[26]。在大腦認知功能關(guān)鍵區(qū)域表達的dysbindin在精神分裂癥患者的大腦海馬及前皮質(zhì)處的表達均下降[26]。體外培養(yǎng)的皮質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)的dysbindin蛋白表達降低，可導(dǎo)致興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸減少及谷氨酸性神經(jīng)突觸傳遞減弱[27]。海馬與皮質(zhì)功能區(qū)谷氨酸突觸傳遞減弱可能是精神分裂癥的病理機制之一[28-29]。Snapin通過調(diào)節(jié)突觸前SNARE復(fù)合物的形成狀態(tài)而影響突觸傳遞的強度，dysbindin可能通過與Snapin蛋白結(jié)合參與調(diào)控神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，從而影響谷氨酸能神經(jīng)元的突觸信息傳遞。

2.6在自噬及溶酶體降解途徑中的作用 在神經(jīng)元的維護和生存方面，自噬及溶酶體降解途徑發(fā)揮著重要的作用。Snapin作為動力蛋白的運動連接蛋白，協(xié)調(diào)反向運輸和晚期內(nèi)涵體-溶酶體運輸，從而維持神經(jīng)元內(nèi)有效的自噬-溶酶體降解功能[30]。Snapin(-/-)剔除后的神經(jīng)元逆運輸受損、內(nèi)涵體沿神經(jīng)末梢聚集、不成熟溶酶體反常聚集、自噬泡清理受損[31]，而將Snapin重新導(dǎo)入細胞內(nèi)可恢復(fù)這些受損的表型特征[32]，因此研究者認為，Snapin可能是自噬-溶酶體調(diào)控途徑的分子靶標(biāo)[7]。Snapin蛋白缺失可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育缺陷[33]。Snapin剔除后可導(dǎo)致溶酶體的蛋白水解酶組織蛋白酶D活性形式減少和功能降低，導(dǎo)致溶酶體不具備有效的消化功能[2]。進而導(dǎo)致神經(jīng)元內(nèi)自噬體明顯增多，這與兒童遺傳性進行性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病Batten 病的病理特征相似[34]，因此推測Sanpin可能與溶酶體功能缺陷的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生密切相關(guān)。

2.7與AC6、cypin、dynein的相互作用 環(huán)腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)是一種重要的調(diào)節(jié)神經(jīng)元生長的第二信使，而AC6是催化cAMP合成的關(guān)鍵酶。研究發(fā)現(xiàn)，AC6的N端與Snapin蛋白直接作用，調(diào)控神經(jīng)突觸的生長[35]。Snapin蛋白與AC6的相互作用能夠減弱蛋白激酶C對AC6的抑制，從而調(diào)節(jié)腦內(nèi)cAMP的合成[12]。猜測AC6與Snapin的相互作用可使SNARE復(fù)合物的結(jié)構(gòu)重新分布，從而影響神經(jīng)突觸的生長。

Cypin是一個能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)樹突數(shù)量的蛋白，包含鋅結(jié)合位點、塌陷反應(yīng)介導(dǎo)蛋白(collapsin response mediator protein，CRMP)同源結(jié)構(gòu)域、PSD-95,discs large,zona occludens-1結(jié)合區(qū)等結(jié)構(gòu)域，其中鋅結(jié)合位點和CRMP同源結(jié)構(gòu)域是樹突分化所必需的。Cypin通過CRMP同源結(jié)構(gòu)域與微管蛋白結(jié)合促進微管組裝，促進樹突形成[36]。Snapin也可與cypin的CRMP同源結(jié)構(gòu)域結(jié)合，從而與微管蛋白競爭與cypin的結(jié)合，進而減緩了微管的組裝，減少樹突的形成數(shù)量[5]。

相關(guān)研究表明，Snapin蛋白可與dynein相互作用，從而調(diào)控皮質(zhì)神經(jīng)元樹突的生長[31-32]。Snapin敲除或者阻止兩者的相互作用，酪氨酸激酶受體B的向后運輸消失，同時腦源性神經(jīng)受體因子誘導(dǎo)的軸突末梢信號向細胞核的運輸受損，導(dǎo)致樹突生長受到抑制。重新導(dǎo)入Snapin蛋白后，這些影響又可恢復(fù)[33]。綜上所述，Snapin可以與多種因子相互作用，通過不同機制調(diào)控神經(jīng)元的生長。

3 小 結(jié)

Snapin蛋白作為SNARE復(fù)合物的調(diào)控蛋白在神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程中發(fā)揮著重要作用。隨著實驗技術(shù)的發(fā)展和研究內(nèi)容的豐富，人們對Snapin蛋白有了新的認識。Snapin在神經(jīng)和非神經(jīng)細胞中都有表達，能與多種蛋白質(zhì)相互作用，在很多生物生理學(xué)過程中發(fā)揮重要作用。通過了解在神經(jīng)細胞中與Snapin蛋白相互作用的蛋白，并探討其在神經(jīng)生長及相關(guān)神經(jīng)疾病中的作用，可為神經(jīng)系統(tǒng)病變的診斷和治療提供理論依據(jù)和指導(dǎo)意見。

[1] Ilardi JM,Mochida S,Sheng ZH.Snapin:a SNARE-associated protein implicated in synaptic transmission[J].Nat Neurosci,1999,2(2):119-124.

[2] Cai Q,Sheng ZH.Uncovering the role of Snapin in regulating autophagy-lysosomal function[J].Autophagy,2011,7(4):445-447.

[3] Gowthaman R,Silvester AJ,Saranya K,etal.Modeling of the potential coiled-coil structure of snapin protein and its interaction with SNARE complex[J].Bioinformation,2006,1(7):269-275.

[4] Rüder C,H?pken UE,Wolf J,etal.The tumor-associated antigen EBAG9 negatively regulates the cytolytic capacity of mouse CD8+T cells[J].J Clin Invest,2009,119(8):2184-2203.

[5] Chen M,Lucas KG,Akum BF,etal.A novel role for snapin in dendrite patterning:interaction with cypin[J].Mol Biol Cell,2005,16(11):5103-5114.

[6] Bischof J,Randoll SJ,Sü?ner N,etal.CK1δ Kinase Activity Is Modulated by Chk1-Mediated Phosphorylation[J].PLoS One,2013,8(7):e68803.

[7] Starcevic M,Dell′Angelica EC.Identification of snapin and three novel proteins (BLOS1,BLOS2,and BLOS3/reduced pigmentation) as subunits of biogenesis of lysosome-related organelles complex-1 (BLOC-1)[J].J Biol Chem,2004,279(27):28393-28401.

[8] Bao Y,Lopez JA,James DE,etal.Snapin interacts with the Exo70 subunit of the exocyst and modulates GLUT4 trafficking[J].J Biol Chem,2008,283(1):324-331.

[9] Suzuki F,Morishima S,Tanaka T,etal.Snapin,a new regulator of receptor signaling,augments α1A-adrenoceptor-operated calcium influx through TRPC6[J].J Biol Chem,2007,282(40):29563-29573.

[10] Wei S,Xu Y,Shi H,etal.EHD1 is a synaptic protein that modulates exocytosis through binding to snapin[J].Mol Cell Neurosci,2010,45(4):418-429.

[11] Talbot K,Louneva N,Cohen JW,etal.Synaptic dysbindin-1 reductions in schizophrenia occur in an isoform-specific manner indicating their subsynaptic location[J].PLoS One,2011,6(3):e16886.

[12] Wu CS,Lin JT,Chien CL,etal.Type Ⅵ Adenylyl Cyclase Regulates Neurite Extension by Binding to Snapin and Snap25[J].Mol Cell Biol,2011,31(24):4874-4886.

[13] Kinoshita SM,Kogure A,Taguchi S,etal.Snapin,Positive Regulator of Stimulation-Induced Ca2+Release through RyR,Is Necessary for HIV-1 Replication in T Cells[J].PLoS One,2013,8(10):e75297.

[14] Mistry AC,Mallick R,Klein JD,etal.Functional characterization of the central hydrophilic linker region of the urea transporter UT-A1:cAMP activation and snapin binding[J].Am J Physiol Cell Physiol,2010,298(6):C1431-C1437.

[15] Navarro A,Encinar JA,Loópez-Meéndez B,etal.Mutation of Ser-50 and Cys-66 in snapin modulates protein structure and stability[J].Biochemistry,2012,51(16):3470-3484.

[16] Tian JH,Wu ZX,Unzicker M,etal.The role of Snapin in neurosecretion:snapin knock-out mice exhibit impaired calcium-dependent exocytosis of large dense-core vesicles in chromaffin cells[J].J Neurosci,2005,25(45):10546-10555.

[17] 潘平越,陸佩華,盛祖杭.神經(jīng)元突觸前可塑性的結(jié)構(gòu)及分子基礎(chǔ)[J].生物化學(xué)與生物物理進展,2004,31(7):584-589.

[18] Krapivinsky G,Mochida S,Krapivinsky L,etal.The TRPM7 ion channel functions in cholinergic synaptic vesicles and affects transmitter release[J].Neuron,2006,52(3):485-496.

[19] Morenilla-Palao C,Planells-Cases R,García-Sanz N,etal.Regulated exocytosis contributes to protein kinase C potentiation of vanilloid receptor activity[J].J Biol Chem,2004,279(24):25665-25672.

[20] Wolf J,Reimer TA,Schuck S,etal.Role of EBAG9 protein in coat protein complex I-dependent glycoprotein maturation and secretion processes in tumor cells[J].FASEB J,2010,24(10):4000-4019.

[21] Yun H J,Park J,Ho D H,etal.LRRK2 phosphorylates Snapin and inhibits interaction of Snapin with SNAP-25[J].Exp Mol Med,2013,45(8):e36.

[22] Zimprich A,Biskup S,Leitner P,etal.Mutations in LRRK2 Cause Autosomal-Dominant Parkinsonism with Pleomorphic Pathology[J].Neuron,2004,44(4):601-607.

[23] Chai C,Lim KL.Genetic Insights into Sporadic Parkinson′s Disease Pathogenesis[J].Curr Genomics,2013,14(8):486-501.

[24] Long P,Samnakay P,Jenner P,etal.A yeast two-hybrid screen reveals that osteopontin associates with MAP1A and MAP1B in addition to other proteins linked to microtubule stability,apoptosis and protein degradation in the human brain[J].Eur J Neurosci,2012,36(6):2733-2742.

[25] Norton N,Williams HJ,Owen MJ.An update on the genetics of schizophrenia[J].Curr Opin Psychiatry,2006,19(2):158-164.

[26] Weickert CS,Straub RE,McClintock BW,etal.Human dysbindin (DTNBP1) gene expression in normal brain and in schizophrenic prefrontal cortex and midbrain[J].Arch Gen Psychiatry,2004,61(6):544-555.

[27] Numakawa T,Yagasaki Y,Ishimoto T,etal.Evidence of novel neuronal functions of dysbindin,a susceptibility gene for schizophrenia[J].Hum Mol Genet,2004,13(21):2699-2708.

[28] Tsai G,Coyle JT.Glutamatergic mechanisms in schizophrenia[J].Annu Rev Pharmacol Toxicol,2002,42(1):165-179.

[29] Behrendt RP.Dysregulation of thalamic sensory ′transmission′ in schizophrenia:neurochemical vulnerability to hallucinations[J].J Psychopharmacol,2006,20(3):356-372.

[30] Yuzaki M.Snapin snaps into the dynein complex for late endosome-lysosome trafficking and autophagy[J].Neuron,2010,68(1):4-6.

[31] Cai Q,Lu L,Tian JH,etal.Snapin-regulated late endosomal transport is critical for efficient autophagy-lysosomal function in neurons[J].Neuron,2010,68(1):73-86.

[32] Zhou B,Cai Q,Xie Y,etal.Snapin recruits dynein to BDNF-TrkB signaling endosomes for retrograde axonal transport and is essential for dendrite growth of cortical neurons[J].Cell Rep,2012,2(1):42-51.

[33] Zhou B,Zhu YB,Lin L,etal.Snapin deficiency is associated with developmental defects of the central nervous system[J].Biosci Rep,2011,31(2):151-158.

[34] Siintola E,Lehesjoki AE,Mole SE.Molecular genetics of the NCLs-status and perspectives[J].Biochim Biophys Acta,2006,1762(10):857-864.

[35] Wang SC,Lin JT,Chern Y.Novel regulation of adenylyl cyclases by direct protein-protein interactions:insights from snapin and ric8a[J].Neurosignals,2009,17(3):169-180.

[36] Kwon M,Fernández JR,Zegarek GF,etal.BDNF-promoted increases in proximal dendrites occur via CREB-dependent transcriptional regulation of cypin[J].J Neurosci,2011,31(26):9735-9745.