陳菲，周青珍，楊文瓊

橋尾蛋白（gephyrin）是第一個被發(fā)現(xiàn)、研究最廣泛的抑制性突觸后膜骨架蛋白，在非神經(jīng)組織如腎、肝、肺、視網(wǎng)膜中均可檢測到橋尾蛋白，在哺乳動物中橋尾蛋白主要在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達［1-4］。橋尾蛋白存在于突觸后膜上，具有組裝和穩(wěn)定抑制性突觸等作用，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中抑制性神經(jīng)突觸聚集和外周組織中鉬輔因子（molybdenum cofactor，MoCo）進行生物合成所必需的雙功能膜蛋白［5-7］。此外，橋尾蛋白在甘氨酸（Glycine，Gly）和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）能受體聚集、抑制性突觸信號傳遞、長時程增強（long-term potentiation，LTP）過程中必不可少［8］。自Heinrich Betz團隊1982年首次發(fā)現(xiàn)橋尾蛋白至今，其已被證實可結(jié)合多種類型抑制性突觸分子，進而調(diào)控抑制性突觸的形成、功能及可塑性［9-10］，但目前仍存在許多尚未解決的問題。本文綜述了橋尾蛋白的結(jié)構(gòu)、功能及其與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)系。

1 橋尾蛋白的結(jié)構(gòu)

SASSOè-POGNETTO等［11］通過運用抗橋尾蛋白抗體而首次在哺乳動物視網(wǎng)膜GABA能受體中發(fā)現(xiàn)橋尾蛋白的超微結(jié)構(gòu)，證實橋尾蛋白存在于哺乳動物整個中樞神經(jīng)系統(tǒng)中。LARDI-STUDLER等［12］通過免疫染色法發(fā)現(xiàn)，橋尾蛋白選擇性定位于Gly和GABA能受體上。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，橋尾蛋白分子量為93 kDa，脊椎動物橋尾蛋白包含3個主要結(jié)構(gòu)域，分別為20 kDa的G域、43 kDa的E域、18～21 kDa的C域，其中G域與E域通過中央結(jié)構(gòu)域—C域進行連接［13］。G域和E域?qū)?yīng)細菌中負責合成MoCo的MogA和MoeA蛋白質(zhì)，C域包含大量突觸蛋白翻譯后修飾位點、結(jié)合位點的殘基，如GABA能受體相關(guān)蛋白、動力蛋白的輕鏈等，因此C域被認為與橋尾蛋白的功能最為密切；此外，G域負責形成穩(wěn)定的三聚體，而分離的E域則形成二聚體并表現(xiàn)出與Gly能受體亞基具有高親和力的結(jié)合位點。

2 橋尾蛋白的功能

2.1 橋尾蛋白與抑制性突觸后膜受體 橋尾蛋白的主要功能之一是作為骨架蛋白而將抑制性突觸受體穩(wěn)定在突觸后膜上［9］，其可能作為一種中樞蛋白而整合各種抑制性突觸活動和信號，并通過聚集在突觸后膜上的Gly和GABA能受體而調(diào)節(jié)抑制性突觸信號的傳遞。此外，橋尾蛋白還能通過與神經(jīng)連接素-2、骨橋蛋白（osteopontin）等相互作用而參與抑制性突觸的成熟、功能維持等。

有研究者通過免疫染色觀察發(fā)現(xiàn)，Gly能受體在神經(jīng)元中的分布與橋尾蛋白簇在突觸后的定位幾乎完全重疊，而抑制橋尾蛋白的表達會阻斷Gly能受體在突觸后膜的聚集，提示橋尾蛋白與Gly能受體相互作用依賴于橋尾蛋白與Gly能受體β亞基之間的高親和力結(jié)合［14］。GABA能受體在突觸后膜的聚集主要通過橋尾蛋白等骨架蛋白相互作用實現(xiàn)，靶向刪除GABA能受體γ2亞基會阻礙GABA能受體與橋尾蛋白在突觸后膜聚集，但γ2亞基并不會直接與橋尾蛋白結(jié)合，因此橋尾蛋白在GABA能突觸后膜聚集的具體機制尚不完全清楚。此外，橋尾蛋白在突觸后膜聚集位點具有一定選擇性，意味著神經(jīng)元具有特異性分子機制以確保橋尾蛋白的靶向和突觸后膜聚集，但抑制性突觸后膜位點的多分子復合物的形成過程及橋尾蛋白在非突觸位點自身聚集的阻斷機制目前尚不明確。

2.2 橋尾蛋白與抑制性突觸可塑性 突觸可塑性主要分為短期突觸可塑性和長期突觸可塑性，其中短期突觸可塑性主要包括易化、抑制、增強，長期突觸可塑性主要表現(xiàn)形式為LTP和長時程抑制（long-term depression，LTD）。有研究表明，突觸可塑性是學習記憶的基礎(chǔ)［15］，橋尾蛋白可能與部分抑制性突觸可塑性有關(guān)，如GABA能受體的β3亞單位磷酸化可促進抑制性突觸后LTP過程中突觸外位點的橋尾蛋白聚集［16］，而橋尾蛋白組裝障礙會阻斷化學誘導的抑制性突觸后LTP過程和GABA能受體的聚集。也有研究表明，橋尾蛋白在突觸后膜的聚集及隨后的受體固定對于突觸后LTP的抑制信號傳導至關(guān)重要；PETRINI等［16］研究結(jié)果顯示，干擾橋尾蛋白的聚集會限制突觸后抑制性LTP的形成及GABA能受體的聚集，甚至起著決定性作用。

3 橋尾蛋白與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

3.1 橋尾蛋白與MoCo缺乏癥 鉬是人體必需微量元素之一，單獨存在于生物體內(nèi)時不具有生物活性，只有與蛋白質(zhì)或蝶呤結(jié)合形成MoCo才具有酶催化作用［17-18］。自然界中存在兩種控制鉬氧化還原狀態(tài)和催化能力的輔因子，即以鐵硫簇為基礎(chǔ)的鐵MoCo和以鉬蝶呤（molybdopterin，MPT）為基礎(chǔ)的MoCo。目前所知的含鉬酶均是以MoCo的形式參與酶的催化，常見含鉬酶包括硝酸鹽還原酶、黃嘌呤脫氫酶、醛氧化酶、亞硫酸鹽氧化酶、線粒體氨肟還原蛋白［19］。人類MoCo缺乏癥是一種嚴重的常染色體隱性遺傳代謝紊亂性疾病，主要表現(xiàn)為出生時開始出現(xiàn)無法治愈的新生兒驚厥、神經(jīng)元缺失，并于出生1年內(nèi)死亡，死亡原因主要是亞硫酸鹽氧化酶活性喪失而導致有毒亞硫酸鹽沉積［20-22］。

MoCo的生物合成可以分為4步［23］：第1步是三磷酸鳥苷（guanosine triphosphate，GTP）環(huán)化，第2步是MPT合成，第3步是MPT活化，第4步是鉬插入到MPT上。鉬依賴性酶如亞硫酸氧化酶、黃嘌呤氧化還原酶活性在橋尾蛋白催化MoCo生物合成的第4步必不可少。橋尾蛋白參與MoCo合成的步驟如下：G域結(jié)合MPT并催化腺苷酸轉(zhuǎn)移到MPT末端磷酸鹽上，隨后將腺苷酸化的MPT轉(zhuǎn)移至E域［24］。MoCo缺乏癥分為A型、B型、C型3種類型，其中只有C型被證實與橋尾蛋白基因（GPHN）突變有關(guān)［25］，GPHN的移碼缺失會影響橋尾蛋白中負責甲基化MPT的G域及水解腺苷鍵而插入鉬因子所需的E域［26］。

3.2 橋尾蛋白與阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）AD的發(fā)病機制復雜，可能由多種因素共同作用所致，包括興奮性Gly毒性、淀粉樣蛋白沉積、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)、自由基與氧化應(yīng)激損傷、胰島素相關(guān)糖代謝異常等。雖然對AD的研究已有100多年的歷史，但其具體發(fā)病機制至今尚未完全明確。既往關(guān)于AD發(fā)病機制的研究集中在淀粉樣斑塊、神經(jīng)原纖維纏結(jié)與認知功能的關(guān)系，近年大量研究證實淀粉樣斑塊、神經(jīng)原纖維纏結(jié)形成之前發(fā)生的早期突觸變化更有可能是導致AD患者認知障礙的原因之一［27-29］。尸檢結(jié)果顯示， AD患者皮質(zhì)區(qū)GABA能受體表達降低［30］。

目前，關(guān)于橋尾蛋白表達水平與認知功能關(guān)系的研究報道較少，橋尾蛋白在AD患者中的表達與GABA能受體水平下降是否一致尚不清楚。HALES等［31］研究表明，因AD死亡患者腦組織橋尾蛋白密度和表達水平明顯降低，提示抑制性突觸數(shù)量降低；AGARWAL等［32］研究表明，男性AD患者腦組織中特征性橋尾蛋白表達水平較女性明顯降低；KISS等［30］通過免疫組化實驗證實，AD晚期小鼠海馬CA1區(qū)、齒狀核區(qū)橋尾蛋白表達水平降低，抑制性突觸數(shù)量減少。但AD患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)橋尾蛋白表達水平降低是通過何種分子通路實現(xiàn)的？橋尾蛋白表達水平異常是否與AD的發(fā)病直接相關(guān)？這些問題仍需進一步研究，而明確橋尾蛋白在AD發(fā)病中的作用及分子機制是未來研究方向之一。

3.3 橋尾蛋白與癲癇 癲癇發(fā)病機制復雜，目前關(guān)于橋尾蛋白與癲癇關(guān)系的研究主要是針對癲癇患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)中活化的GABA能受體衰減、橋尾蛋白聚集下調(diào)［33-34］。研究表明，癲癇患者腦脊液中GABA含量明顯降低，且腦脊液GABA含量與癲癇發(fā)作頻率有關(guān)；橋尾蛋白在抑制性突觸后膜上形成的多聚體對維持正常神經(jīng)抑制性信號必不可少，橋尾蛋白功能障礙有可能導致癲癇。橋尾蛋白異常參與癲癇的發(fā)病分子作用機制可能為：細胞應(yīng)激誘導GPHN外顯子跳躍產(chǎn)生異常剪接形式的RNA，繼而產(chǎn)生變性的或無活性的蛋白［35］。

既往研究表明，細胞應(yīng)激所致GPHN不規(guī)則剪接可造成顳葉癲癇（temporallobeepilepsy，TLE）患者截短的橋尾蛋白變體的表達［36］，異常剪接的GPHN mRNA已被證實與TLE有關(guān)，其作用機制為異常剪接的mRNA缺乏編碼橋尾蛋白G域的外顯子而導致細胞應(yīng)激（如溫度異常、堿中毒），繼而引發(fā) TLE［35］。F?RSTERA 等［37］首次報道了 1例伴 GPHN 基因雜合突變的癲癇性腦病嬰兒，該病例由于GPHN錯義突變而導致所合成的橋尾蛋白失去原有功能，但并不影響蛋白的結(jié)構(gòu)和折疊，因此失去原有功能的橋尾蛋白在突觸后膜聚集并造成GABA能受體功能嚴重損傷。DEJANOVIC等［24］在TLE患者和TLE大鼠海馬區(qū)、鄰近皮質(zhì)中均觀察到GPHN異常表達，并認為橋尾蛋白突變可導致神經(jīng)元過度興奮、抑制性神經(jīng)元發(fā)育異常及癲癇發(fā)作，提示TLE患者存在GABA能受體介導的神經(jīng)傳導缺陷［34］。因此，進一步了解橋尾蛋白等骨架蛋白失調(diào)對GABA能受體功能中的調(diào)節(jié)作用可能會為研究癲癇的病理生理機制及癲癇新藥物作用靶點提供新思路。

4 小結(jié)與展望

神經(jīng)系統(tǒng)疾病如MoCo缺乏癥、AD、TLE均可能部分歸因于抑制性神經(jīng)傳導缺陷，而橋尾蛋白在抑制性神經(jīng)元調(diào)節(jié)中具有重要作用，因此不難推測MoCo缺乏癥、AD、TLE的發(fā)生可能與橋尾蛋白有關(guān)。目前研究已證實MoCo缺乏癥C型與GPHN突變有關(guān)、AD患者腦組織中橋尾蛋白表達水平下降、TLE與橋尾蛋白異常剪接有關(guān)［38］。近年大量研究證實，橋尾蛋白對抑制性突觸的結(jié)構(gòu)、功能調(diào)節(jié)至關(guān)重要，并可能與生物體內(nèi)各種抑制性神經(jīng)通路有關(guān)，但目前橋尾蛋白在Gly和GABA能受體功能調(diào)節(jié)中的確切作用機制尚不完全清楚，今后研究仍需更深入、細致地了解其動態(tài)調(diào)控抑制性突觸后膜相關(guān)受體聚集的病理生理意義，以期能早期預防、干預甚至治愈相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病。