張嫻文 白 潔

(昆明理工大學醫(yī)學院，云南 昆明 650500)

·綜 述·

前列腺凋亡反應(yīng)蛋白-4在神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機制作用的研究進展

張嫻文 白 潔

(昆明理工大學醫(yī)學院，云南 昆明 650500)

中樞神經(jīng)退行性疾??；前列腺凋亡反應(yīng)蛋白4；發(fā)病機制

中樞神經(jīng)退行性疾病主要包括阿爾茨海默病(AD)、帕金森病(PD)、亨廷頓病(HD)及肌萎縮型側(cè)索硬化癥(ALS)等。在AD、PD、HD、ALS等神經(jīng)退行性疾病的動物或患者的尸檢中發(fā)現(xiàn)前列腺凋亡反應(yīng)蛋白(Par)-4升高，阻斷這些疾病中Par-4的表達能抑制神經(jīng)元的死亡，表明Par-4在神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病中起關(guān)鍵作用〔1〕。Par-4與氧化應(yīng)激、β淀粉樣肽、神經(jīng)元突觸功能障礙、星形膠質(zhì)細胞、多巴胺D2受體(D2DR)等關(guān)系密切。因此，探討Par-4在中樞神經(jīng)退行性疾病中的作用可以為預(yù)防和治療該類疾病提供新的思路和方法。

1 Par-4的分子生物學特性

Par-4是Sells等〔2〕于1994年利用差異雜交技術(shù)，從凋亡的前列腺腫瘤細胞中分離出來的凋亡反應(yīng)蛋白。人類Par-4基因位于染色體12q21。它編碼的蛋白相對分子質(zhì)量約為4×104，含340個氨基酸殘基，是一種具有抑制腫瘤生長及促細胞凋亡的蛋白。該蛋白有3個重要的保守的功能區(qū)：羧基末端的亮氨酸拉鏈區(qū)(LZ)、核輸出序列(NES)和氨基末端的核定位序列(NLS)1和NLS2。LZ與已知的調(diào)節(jié)凋亡的蛋白質(zhì)分子如蛋白激酶(PK)C、核因子(NF)-κB等相互作用，而影響細胞凋亡。核定位序列中，NLS1具體作用尚不明確；NLS2能使Par-4從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到胞核，從而誘導癌細胞凋亡，因此，NLS2在Par-4引起的癌細胞凋亡起重要作用〔3〕。Par-4不僅可促使腫瘤細胞凋亡，在許多神經(jīng)退行性疾病中，也發(fā)現(xiàn)Par-4表達升高，實驗證明Par-4參與多種病理因素誘導的神經(jīng)細胞的凋亡及神經(jīng)元退行性變過程〔4〕。

2 Par-4與氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是細胞氧化-抗氧化失衡而導致的應(yīng)激損傷狀態(tài)，氧化應(yīng)激水平的升高，尤其是膜的脂質(zhì)過氧化增高會擾亂神經(jīng)元的能量代謝、離子穩(wěn)態(tài)，損傷膜的離子依賴性三磷酸腺苷(ATP)酶及葡萄糖和谷氨酸載體，使神經(jīng)元對細胞外毒素及凋亡的敏感性增加〔5〕。在AD、PD、ALS和HD中，特定腦區(qū)的神經(jīng)細胞受到氧化應(yīng)激攻擊，使細胞發(fā)生凋亡，進而惡化直至神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)功能紊亂，最終發(fā)生神經(jīng)退行性疾病，氧化應(yīng)激在神經(jīng)退行性疾病細胞凋亡的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用〔6〕。

Par-4與氧化應(yīng)激有著非常密切的關(guān)系。過氧化氫可誘導細胞凋亡，并且增加Par-4在近端小管上皮細胞中的表達，而用小干擾RNA技術(shù)沉默Par-4基因的表達，可以保護近端小管上皮細胞免于磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)即PI3K/Akt信號通路激活引起的細胞凋亡。這提示氧化應(yīng)激可通過增加Par-4水平，引起細胞凋亡〔7〕。有研究表明新生兒鐵劑治療可引起成年大鼠氧化應(yīng)激，使海馬 CA1，CA3，大腦皮質(zhì)有很高的Par-4和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)-3的表達，但齒狀回只有Par-4的升高。提示氧化應(yīng)激可能通過Par-4和Caspase-3途徑損傷腦的功能，增加神經(jīng)退行性疾病的易感性〔8〕。Pedersen等〔9〕用FeSO4和谷氨酸鹽等氧化應(yīng)激刺激因子作用于原代培養(yǎng)的大鼠脊索運動神經(jīng)元或成神經(jīng)細胞瘤脊髓雜交細胞株(NSC)-19運動神經(jīng)元后，在引起神經(jīng)元凋亡之前，Par-4水平可迅速而明顯升高。用Par-4的反義寡核苷酸處理多巴胺能神經(jīng)元后，由Fe2+和魚藤酮引起的線粒體功能紊亂明顯減弱，可逆轉(zhuǎn)氧化應(yīng)激引起的線粒體功能紊亂，抑制神經(jīng)元的凋亡。表明Par-4在氧化應(yīng)激引起的PD神經(jīng)元凋亡中起重要作用〔10〕。Feng等〔11〕研究內(nèi)源性的抗氧化劑和自由基清除劑褪黑素對AD轉(zhuǎn)基因小鼠的影響，他們給4個月齡轉(zhuǎn)基因小鼠連續(xù)給予4個月的褪黑素10 mg/kg，結(jié)果表明褪黑素能恢復谷胱甘肽(GSH)的水平，顯著降低B細胞淋巴瘤/白血病-相關(guān)X蛋白(Bax)，Caspase，Par-4上調(diào)，抑制氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)元凋亡。

3 Par-4與β淀粉樣多肽(Aβ)

AD的主要病理學特征則是在腦中形成大量的老年斑(SP)和神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFT)及神經(jīng)元選擇性丟失和突觸丟失。SP的主要成分是Aβ，體內(nèi)的 Aβ來源于淀粉樣前體蛋白(APP)，APP在β，γ分泌酶的作用下產(chǎn)生了Aβ〔12〕。在AD動物模型中，Par-4引起的神經(jīng)元的退化和Aβ的異常有關(guān)，免疫沉淀分析表明，Par-4的C末端對形成β位點裂解酶(BACE)復合物是必需的，過表達的Par-4能顯著增加β分泌酶裂解APP，這表明Par-4可能直接參與調(diào)節(jié)位點APP切割酶對APP的切割，BACE1裂解APP的活性，Par-4可作為BACE活性的內(nèi)源性調(diào)節(jié)因素〔13〕。在神經(jīng)元發(fā)生凋亡時，過表達的Par-4能誘導人神經(jīng)母細胞瘤細胞(IMR)-32分泌和產(chǎn)生Aβ，抗凋亡轉(zhuǎn)錄因子(AATF)可直接或間接調(diào)節(jié)Par-4的活性，與Par-4形成復合物，抑制淀粉樣蛋白分泌〔14〕。Guo等〔15〕研究了在營養(yǎng)因子撤離2 h后，Par-4基因轉(zhuǎn)染的IMR-32細胞內(nèi)，過表達的Par-4可加速Caspase的激活，使Aβ1～42與總Aβ的比值明顯增加，但在正常培養(yǎng)時，Par-4的過度表達并不影響Aβ1～42與總Aβ的比值。而用Caspase抑制劑抑制Caspase活性，可減輕Par-4誘導的Aβ1～42的增加，表明Par-4能通過Caspase途徑增加Aβ1～42的分泌。故探討Par-4對APP加工過程的調(diào)節(jié)對闡明AD神經(jīng)元凋亡的機制具有重要意義。

4 Par-4與神經(jīng)元突觸

突觸部位是AD病人神經(jīng)元退行性病變開始的部位，突觸功能損傷早于Aβ沉積或淀粉樣斑塊的形成，AD患者認知功能障礙與行為異常與邊緣系統(tǒng)和大腦皮質(zhì)區(qū)突觸的退化密切相關(guān)〔4〕。AD患者突觸鈣離子穩(wěn)態(tài)的失衡可促進Par-4表達。Xie等〔16〕發(fā)現(xiàn)Par-4集中分布于人類的ALS和Cu/Zn超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)轉(zhuǎn)基因小鼠的脊髓腹側(cè)角的突觸小體和突觸后致密區(qū)，在出現(xiàn)肌無力之前，SOD1 G93A 突變小鼠對脊髓腹側(cè)角突觸體中Par-4水平顯著增加，而Par-4敲除的小鼠能抑制G93A突變誘導的脊髓腹側(cè)角突觸小體線粒體功能紊亂和Caspase的激活，保護脊髓運動神經(jīng)元。通過RNAi靶向抑制Par-4的表達可抑制ALS小鼠神經(jīng)突觸的退化。有研究表明Par-4位于突觸后密集區(qū)，是一種突觸蛋白，在大腦皮層和海馬突觸中Par-4高表達。在體和離體實驗表明，在神經(jīng)元的成熟過程中，突觸內(nèi)Par-4水平升高，過表達Par-4的嗜鉻細胞瘤細胞株P(guān)C12可通過升高細胞內(nèi)鈣水平和抑制轉(zhuǎn)錄激活蛋白(AP)-1的活性來抑制神經(jīng)生長因子誘導的細胞分化和神經(jīng)突觸的生長。這些結(jié)果表明Par-4在突觸后信號的傳導，調(diào)節(jié)與細胞分化和神經(jīng)突生長的信號通路中起重要〔17〕。此外，Par-4還可與D2DR結(jié)合參與突觸傳遞，Par-4功能紊亂的小鼠表現(xiàn)出多巴胺(DA)能神經(jīng)傳遞的減弱，可引起抑郁癥狀，故Par-4還介導了DA能突觸的可塑性〔18〕。以上研究表明Par-4在突觸中的分子作用機制對了解突觸功能調(diào)節(jié)具有重要意義。

5 Par-4與星形膠質(zhì)細胞

圍繞在SP周圍的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細胞是AD病理改變的標志之一。研究表明，星形膠質(zhì)細胞分泌的外切體，能增加神經(jīng)酰胺和Par-4的表達，可激活Caspase-3，誘導星形膠質(zhì)細胞的凋亡〔19〕。研究顯示，來源于早老素(PS)1小鼠的原代星形膠質(zhì)細胞與C20神經(jīng)酰胺培養(yǎng)時，與對照組相比，PS1小鼠的星形膠質(zhì)細胞Par-4的表達高9.5倍，出現(xiàn)了細胞凋亡，而野生型不受影響，表明Par-4引起的細胞凋亡在AD的發(fā)病中起了重要作用〔20〕。

6 Par-4與DA能神經(jīng)元

PD主要病理基礎(chǔ)是中腦黑質(zhì)致密部(SNpc)DA能神經(jīng)元選擇性進行性退變，繼而引起紋狀體DA嚴重缺乏。研究結(jié)果表明Par-4在猴子中腦的DA能神經(jīng)元和暴露于神經(jīng)毒素1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氫吡啶(MPTP)的小鼠體內(nèi)的水平顯著增加，當Fe2+和魚藤酮作用于體外培養(yǎng)的DA能神經(jīng)元時，Par-4水平會增加，引起線粒體功能紊亂，促使DA能神經(jīng)元凋亡〔10〕。微陣列分析中腦DA能神經(jīng)元N27細胞株在過氧化氫的作用下，可增加Par-4的表達，故Par-4可能是PD中DA能神經(jīng)元功能退化的中間環(huán)節(jié)〔21〕。

7 Par-4與DA受體(R)

DAR可分為D1DR和D2DR，其中D1DR又可分為D1DR和D5DR兩種亞型，D2DR又可分為D2DR、D3DR和D4DR三種亞型。D2DR與D1是兩種最經(jīng)典的亞型，是構(gòu)成紋狀體DA能神經(jīng)直接和間接通路的主要受體。是與PD有關(guān)的最重要的DAR亞型之一。Par-4是D2DR的配體，長期的丙戊酸鈉(VPA)治療能促使Par-4啟動子區(qū)組蛋白H3和H4的乙?；?，提高成年老鼠神經(jīng)元中Par-4的表達，這些結(jié)果表明VPA可通過加強Par-4 的表達來增加D2DR的活性〔22〕。有學者研究了母愛剝奪和慢性應(yīng)激在抑郁癥老鼠模型中的作用，通過時間定量PCR檢測了紋狀體中Par-4 mRNA和D2DR的表達，Par-4 mRNA和D2DR在母愛剝奪和慢性應(yīng)激在抑郁癥老鼠模型中顯著降低〔23〕。

8 展 望

目前，神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機制還不清楚，治療效果不佳，進一步明確神經(jīng)退行疾病發(fā)病機制和尋找特異性靶點是神經(jīng)退行性疾病治療的關(guān)鍵。研究Par-4在神經(jīng)退行性疾病中的作用,將為臨床防治神經(jīng)退行疾病提供新思路。

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〔2016-01-21修回〕

(編輯 苑云杰/杜 娟)

國家自然科學基金(81160162)；云南省教育廳科學研究基金項目(2015Y060)

白 潔(1966-)，女，博士，教授，博士生導師，主要從事神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病發(fā)病機制研究。

張嫻文 (1979-)，女，博士，講師，主要從事帕金森發(fā)病機制研究。

R730.2

A

1005-9202(2017)11-2830-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.11.103