程國強(綜述)，張傳領，肖 瑞(審校)

(內蒙古醫(yī)科大學 1分子病理學重點實驗室， 2藥學院，呼和浩特 010059)

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

1 Snapin蛋白的結構和表達

Snapin蛋白在神經、生殖、肌肉、內分泌及血液等系統(tǒng)中均有表達，其在神經元細胞中的表達最為豐富，主要分布于突觸囊泡膜上[1]。Snapin蛋白相對分子質量約為15×103，由136個氨基酸組成[3]；其二級結構大部分為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，該螺旋結構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在神經細胞中相互作用的蛋白及功能

Snapin蛋白是SNARE復合物的重要調節(jié)蛋白，在神經遞質釋放過程中發(fā)揮著重要作用，其同時還與雌激素受體結合位點相關抗原9(estrogen receptor-binding fragment-associated gene 9，EBAG9)[4]、cytosolic PSD-95 interactor(cypin)[5]、酪蛋白激酶1δ[6-7]、胞外分泌復合體關鍵亞基[8]、經典瞬時受體電位6[9]、膜轉運調控蛋白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，其中多數蛋白在囊泡運輸中發(fā)揮作用。另外，Snapin蛋在非神經細胞中同樣也具有重要作用。

2.1與SNAP-25的相互作用 神經突觸間遞質的釋放是神經系統(tǒng)最重要的生物現象之一，其受到精確調控。囊泡被招募、錨靠后，還需預激，從而引起突觸囊泡發(fā)生胞吐。SNARE蛋白根據其分布的位置分為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，稱為囊泡相關膜蛋白或突觸泡蛋白。SNARE復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遞質。以Ca2+內流為誘導，Ca2+與細胞內部的Ca2+感受器(如突觸結合蛋白Ⅰ)結合來協(xié)同控制囊泡胞吐釋放。

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

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)是在神經遞質囊泡上發(fā)現的第1個TRP通道。Krapivinsky等[18]研究發(fā)現，TRPM7與Snapin蛋白共存于神經遞質囊泡上，與突觸結合蛋白Ⅰ、突觸蛋白一起形成蛋白復合物。TRPM7本身對突觸傳遞有調節(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元后發(fā)現突觸后電壓降低[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，TRP香草酸亞型1通道可與Snapin、突觸結合蛋白Ⅸ結合，抑制由蛋白激酶C介導的TRP香草酸亞型1通道向細胞膜的募集過程，減小放大效應。Snapin通過與 TRP通道結合調控細胞內囊泡轉運、融合的過程。

2.3與EBAG9相互作用 在非神經細胞中，EBAG9的產物是腫瘤相關的O-連接糖基化調節(jié)蛋白[20]。在神經細胞中，Rüder等[4]發(fā)現，EBAG9能與Snapin相互作用，調節(jié)與突觸結合蛋白相關的胞吐作用。EBAG9在腎上腺嗜鉻細胞瘤細胞中的表達能抑制細胞內Snapin的磷酸化，通過降低Snapin與SNAP-25的結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構域以及介導蛋白間相互作用的結構域leucine-rich repeat和WD40。LRRK2的過量表達會引起胞內蛋白聚集、神經突觸縮短、神經元分支數目減少以及氧化應激引起的神經毒性增強[22-23]。研究發(fā)現，LRRK2通過與Snapin結合而抑制其磷酸化，減少Snapin與SNAP-25的結合，從而調控神經遞質的釋放[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[25]。研究發(fā)現，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，dysbindin能與Snapin蛋白直接結合，共存于突觸前神經遞質的囊泡膜上。研究發(fā)現，Sandy小鼠(DTNBP1缺失的自發(fā)突變小鼠)海馬神經元的神經分泌功能與神經突觸形態(tài)都出現異常，同時Sandy小鼠也出現精神分裂癥的表型，例如社會性退縮和認知功能障礙。在Sandy小鼠的海馬中，DTNBP1的缺失可導致Snapin蛋白的表達降低[26]。在大腦認知功能關鍵區(qū)域表達的dysbindin在精神分裂癥患者的大腦海馬及前皮質處的表達均下降[26]。體外培養(yǎng)的皮質神經元內的dysbindin蛋白表達降低，可導致興奮性神經遞質谷氨酸減少及谷氨酸性神經突觸傳遞減弱[27]。海馬與皮質功能區(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通過調節(jié)突觸前SNARE復合物的形成狀態(tài)而影響突觸傳遞的強度，dysbindin可能通過與Snapin蛋白結合參與調控神經遞質的釋放，從而影響谷氨酸能神經元的突觸信息傳遞。

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)調反向運輸和晚期內涵體-溶酶體運輸，從而維持神經元內有效的自噬-溶酶體降解功能[30]。Snapin(-/-)剔除后的神經元逆運輸受損、內涵體沿神經末梢聚集、不成熟溶酶體反常聚集、自噬泡清理受損[31]，而將Snapin重新導入細胞內可恢復這些受損的表型特征[32]，因此研究者認為，Snapin可能是自噬-溶酶體調控途徑的分子靶標[7]。Snapin蛋白缺失可導致中樞神經系統(tǒng)發(fā)育缺陷[33]。Snapin剔除后可導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，導致溶酶體不具備有效的消化功能[2]。進而導致神經元內自噬體明顯增多，這與兒童遺傳性進行性神經系統(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系統(tǒng)疾病的發(fā)生密切相關。

2.7與AC6、cypin、dynein的相互作用 環(huán)腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)是一種重要的調節(jié)神經元生長的第二信使，而AC6是催化cAMP合成的關鍵酶。研究發(fā)現，AC6的N端與Snapin蛋白直接作用，調控神經突觸的生長[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，從而調節(jié)腦內cAMP的合成[12]。猜測AC6與Snapin的相互作用可使SNARE復合物的結構重新分布，從而影響神經突觸的生長。

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

相關研究表明，Snapin蛋白可與dynein相互作用，從而調控皮質神經元樹突的生長[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，同時腦源性神經受體因子誘導的軸突末梢信號向細胞核的運輸受損，導致樹突生長受到抑制。重新導入Snapin蛋白后，這些影響又可恢復[33]。綜上所述，Snapin可以與多種因子相互作用，通過不同機制調控神經元的生長。

3 小 結

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

[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.神經元突觸前可塑性的結構及分子基礎[J].生物化學與生物物理進展,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.