耿雪薇，陳曉丹，黃筱鈞，黃 勝，羅洪斌，石廷玉

（湖北民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部病原生物學(xué)教研室，湖北恩施 445000）

無機(jī)多聚磷酸鹽（inorganic polyphoshpate，polyP）是由磷酸根通過高能磷酸鍵連接而成的線狀聚合物［1］。在生物出現(xiàn)之前polyP就已經(jīng)存在于地球。在早期地球的高壓和干燥環(huán)境中能產(chǎn)生polyP，比如在類似地球早期環(huán)境的火山口存在polyP。polyP 的廣泛存在表明其在生物的起源和生存方面起到非常關(guān)鍵的作用［2］。polyP在細(xì)菌中起到多種作用，如細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)性、生物膜形成、毒性和壓力抗性等［3］。雖然哺乳動(dòng)物的polyP 合成酶還未被鑒定［4］，但其水解是由外切酶——堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）所催化，從polyP 末端裂解持續(xù)釋放磷酸根。另一個(gè)人類polyP 外切酶h-prune 能降解任何長(zhǎng)度的polyP。人們逐漸認(rèn)識(shí)到polyP在真核生物中也具有廣泛的功能，比如在細(xì)胞能源的動(dòng)態(tài)平衡，血液凝固、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mitochondrial permeability transition pore，mPTP）的形成、成骨細(xì)胞的功能、DNA 修復(fù)和基因的轉(zhuǎn)錄、離子通道的功能、哺乳動(dòng)物大腦內(nèi)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及在淀粉樣蛋白形成過程中對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)作用［5］等方面，polyP均參與或發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，polyP 在腦部的含量隨著年齡增加而減少［6］，提示polyP 可能參與年齡相關(guān)性神經(jīng)變性疾病如阿爾茲海默癥（Alzheimer disease，AD）和帕金森疾病（Parkinson disease，PD）的發(fā)病過程。

1 哺乳動(dòng)物腦中的polyP

因?yàn)椴溉閯?dòng)物組織中的polyP 濃度很低，因此定量分析其水平很有挑戰(zhàn)，從而限制了對(duì)它們的研究。Arthur Kornberg 是最先研究哺乳動(dòng)物不同組織中polyP 水平的科學(xué)家［7］。根據(jù)他們的研究，兔腦組織中的polyP 水平最高為25～129 μmol/L，其次是肝組織為22～42 μmol/L［7］。雖然哺乳動(dòng)物polyP 合成酶還未鑒定，但基于對(duì)完整的星形膠質(zhì)細(xì)胞和分離的線粒體進(jìn)行的研究表明polyP 水平與細(xì)胞的呼吸相關(guān)［8］，不管是干擾F1F0-ATP合成酶或膜電位，還是干擾電子傳遞鏈都會(huì)顯著降低線粒體和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的polyP水平［8］。

研究表明雖然兔肝組織polyP 總水平比較恒定，但腦組織polyP水平在一生中有顯著改變。研究發(fā)現(xiàn)polyP水平在12個(gè)月齡時(shí)達(dá)到峰值，然后在28個(gè)月齡時(shí)逐步下降到只有最高水平的50%左右［6］。目前仍不清楚polyP代謝酶的活性或水平是否以及如何在一生中被調(diào)節(jié)，以及是否還存在其它因素導(dǎo)致polyP 的減少。此外，關(guān)于腦中polyP在空間和/或細(xì)胞類型的分布情況，以及是否全部或部分區(qū)域存在polyP 減少的情況仍不清楚。另外，除了年齡會(huì)導(dǎo)致腦中polyP水平改變以外，某些生理?xiàng)l件似乎也改變了腦中的polyP水平。例如AD小鼠腦中的polyP水平比相同年齡的健康小鼠腦中的polyP水平顯著降低［9］。然而在另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)PD 相關(guān)性突變會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)polyP 水平增加［10］。大多數(shù)類似PD 疾病表現(xiàn)出線粒體功能障礙［11］，這與polyP 水平與線粒體能源狀態(tài)相關(guān)的結(jié)果一致，或許是polyP水平改變的原因［10］。

哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的polyP 長(zhǎng)度通常在50～800 個(gè)磷酸根，其長(zhǎng)度與細(xì)胞類型和生理?xiàng)l件相關(guān)［7］。對(duì)哺乳動(dòng)物腦中polyP 長(zhǎng)度的研究結(jié)果并不一致，有研究認(rèn)為腦細(xì)胞中主要是800個(gè)磷酸根的polyP［7］，然而有的研究發(fā)現(xiàn)polyP 鏈長(zhǎng)在10～100 個(gè)磷酸根。導(dǎo)致這些差異可能的原因是實(shí)驗(yàn)設(shè)備不同，或者是提取和定量哺乳動(dòng)物細(xì)胞中不同長(zhǎng)度polyP的實(shí)驗(yàn)技術(shù)差異。

2 polyP 發(fā)揮淀粉樣蛋白形成過程中的細(xì)胞保護(hù)劑作用

淀粉樣蛋白纖維形成過程中的限速步驟是起始階段的成核步驟，即從單體肽或蛋白轉(zhuǎn)換成β 片層富集、具有成核傾向的構(gòu)象。然后其它單體轉(zhuǎn)換成這種構(gòu)象，最終形成纖維，沉積在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外空間。大量研究表明在纖維形成過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物寡聚體和/或原纖維是導(dǎo)致神經(jīng)毒性的主要原因［12］，因?yàn)樗鼈冇绊懥司€粒體的功能、膜的通透性和/或細(xì)胞骨架，或許這些作用導(dǎo)致了神經(jīng)炎癥反應(yīng)和細(xì)胞死亡［13］。另外，淀粉樣蛋白寡聚體是在細(xì)胞中擴(kuò)散的主要形式［14］，導(dǎo)致PD 疾病具有類似于朊病毒擴(kuò)散的特征。不僅如此，有證據(jù)表明成熟的纖維也是有毒的，因?yàn)樗鼈兛梢宰鳛槌珊嗽创呋碌牡矸蹣拥鞍桌w維形成，也可以不斷的釋放有毒的寡聚體［15］。在脫落的過程中，成熟的纖維能夠分解，因此增加了自由寡聚體的數(shù)量和纖維末端，從而導(dǎo)致更多纖維的產(chǎn)生［15］（圖1A）。

對(duì)α-突觸核蛋白的研究表明polyP 的存在影響了上述所有過程。（1）polyP 加速了成核作用和纖維形成。在生理學(xué)濃度下的α-突觸核蛋白，在體外很長(zhǎng)時(shí)間都不會(huì)形成纖維，但是在polyP 存在的情況下，幾天之內(nèi)就會(huì)形成［9］。polyP 的這種作用與長(zhǎng)度相關(guān)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)越有效。這種加速作用減少了在纖維形成過程中毒性寡聚體的量（圖1B）。（2）在polyP存在情況下形成的α-突觸核蛋白纖維表型也顯著不同，無polyP 存在情況下形成的α-突觸核蛋白由兩個(gè)原絲螺旋纏繞在一起［16］，在polyP 存在情況下形成的纖維非常的薄，并且無相互纏繞結(jié)構(gòu)［9］，這些結(jié)果表明它們具有更少的可能性催化之后的成核過程。（3）polyP 導(dǎo)致成熟的α-突觸核蛋白纖維更穩(wěn)定，即使在缺失polyP 情況下形成的纖維，polyP 也能阻止它們解聚（圖1B）。（4）相對(duì)于無polyP 存在時(shí)形成的纖維，polyP 結(jié)合的α-突觸核蛋白纖維對(duì)蛋白酶K 更敏感。而且，polyP 介導(dǎo)的α-突觸核蛋白纖維的形成，不僅僅是簡(jiǎn)單的非特異性電荷相互作用，而是polyP的一個(gè)獨(dú)特功能，即使在復(fù)雜的細(xì)胞裂解物中仍然能發(fā)揮作用［7］。這些作用單獨(dú)或共同導(dǎo)致了polyP的細(xì)胞保護(hù)作用。

polyP 不僅對(duì)α-突觸核蛋白具有上所述作用，對(duì)其他的淀粉樣蛋白也有類似作用。與α-突觸核蛋白一樣，polyP 的存在加速了Aβ1-40和Aβ1-42兩個(gè)蛋白最初的成核反應(yīng)和增加了纖維的延長(zhǎng)期［17］，保護(hù)細(xì)胞不受Aβ1-40/42和Aβ25-35肽的神經(jīng)毒性作用［5］。比如，秀麗線蟲的AD 突變體通過攝取外源polyP 表現(xiàn)出對(duì)Aβ1-42誘導(dǎo)的麻痹作用延遲［9］。

人類tau 蛋白即使在高濃度條件下幾個(gè)月也不會(huì)形成纖維［18］，polyP 的存在促進(jìn)了纖維的形成，把T1/2降低到兩天之內(nèi)［9］。polyP 能夠增加tau 聚集的速率，可能涉及3 個(gè)方面的原因：（1）polyP 能夠與tau蛋白上的微管結(jié)合區(qū)和脯氨酸富集區(qū)結(jié)合，從而改變了tau 單體的構(gòu)象；（2）polyP 屏蔽tau 結(jié)構(gòu)域上的靜電相互作用，破壞了N 末端和微管結(jié)合區(qū)的長(zhǎng)距離的靜電相互作用；（3）polyP 促進(jìn)了tau單體分子間的結(jié)合。因此，polyP 通過與tau 分子內(nèi)部的多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合能夠作為分子內(nèi)支架，同時(shí)通過與多個(gè)tau 分子的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合作為分子間的支架，最終促進(jìn)了tau的聚集。

Figure 1.PolyP accelerates the formation of fibers and increases its stability.A：the natively unfolded amyloid mono?mers undergo structural rearrangement，resulting in the formation of β-sheet-rich oligomers and protofibrils.In addition，the cross-β-sheet fibers formed by assembly can dissociate into toxic oligomers in a process termed shedding.B：PolyP significantly accelerates the forma?tion of initial fibers，and increases the stability of fibil，thus reducing the formation of toxic oligomers.圖1 polyP加速纖維的形成并增加其穩(wěn)定性

在體內(nèi)，polyP 促進(jìn)淀粉樣蛋白形成和穩(wěn)定成熟纖維的作用具有廣泛性。這些結(jié)果表明polyP是高度保守的淀粉樣蛋白形成過程中的細(xì)胞保護(hù)劑［9］。polyP 水平的增加保護(hù)了神經(jīng)元。由于大腦中polyP的水平隨著年齡增加而下降［6］，polyP 水平的下降可能會(huì)導(dǎo)致老年個(gè)體更容易受到淀粉樣蛋白的細(xì)胞毒性作用。靶向淀粉樣蛋白相關(guān)蛋白折疊疾病的治療措施目前主要聚焦于穩(wěn)定非毒性早期中間體。然而，加速纖維的產(chǎn)生和穩(wěn)定形成的纖維減少了毒性寡聚體的聚集也能達(dá)到減緩毒性的目的。對(duì)polyP及其作用機(jī)制的進(jìn)一步研究可以開發(fā)出新的干預(yù)措施以治療這些破壞性的淀粉樣蛋白相關(guān)疾病如AD和PD。

3 polyP 發(fā)揮淀粉樣蛋白形成過程中細(xì)胞保護(hù)劑的作用機(jī)制

polyP 對(duì)神經(jīng)變性疾病的神經(jīng)保護(hù)作用，可能加速淀粉樣蛋白的形成，減少了在纖維形成過程中的毒性寡聚體，改變形成的纖維形態(tài)，穩(wěn)定成熟的蛋白纖維結(jié)構(gòu)等，從而減少淀粉樣蛋白的細(xì)胞毒性。然而，這些功能是通過什么機(jī)制實(shí)現(xiàn)的呢？本文討論以下可能的作用機(jī)制。

3.1 polyP 作為穩(wěn)定β 片層結(jié)構(gòu)的支架 polyP 的結(jié)構(gòu)是非常簡(jiǎn)單的。這就產(chǎn)生了一個(gè)問題，polyP 是如何影響一系列看似不相關(guān)過程的，從細(xì)菌的壓力抗性和致病性，到哺乳動(dòng)物骨的礦化、血液凝固和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，以及polyP 將解折疊蛋白穩(wěn)定為β片層富集的構(gòu)象［19］。在生理pH值條件下，polyP上的每一個(gè)磷酸根都攜帶了一個(gè)負(fù)電荷，這使得polyP 是已知的負(fù)電荷密度最高的分子。因此，polyP 很可能通過靜電相互作用與蛋白結(jié)合。例如，polyP 與淀粉樣蛋白單體的正電荷區(qū)結(jié)合穩(wěn)定了淀粉樣蛋白的構(gòu)象［20］。也有可能polyP 是通過靜電相互作用，穩(wěn)定了淀粉樣蛋白單體，使得它們更容易遭受構(gòu)象的改變。

polyP 也可能與多肽的酰胺鍵主架結(jié)合，從而促進(jìn)淀粉樣蛋白成為小纖維形成傾向的β 片層結(jié)構(gòu)，從而促使淀粉樣蛋白轉(zhuǎn)換為β 片層富集的纖維并加速了淀粉樣蛋白的形成，表明polyP 發(fā)揮作用的統(tǒng)一機(jī)制是作為穩(wěn)定β 片層的支架［9］。這種機(jī)制解釋了為什么polyP 能結(jié)合到正電荷非常少的淀粉樣蛋白如CsgA 蛋白并導(dǎo)致構(gòu)象的轉(zhuǎn)化；或者能夠穩(wěn)定完全無關(guān)的、僅具有α 螺旋的酶如熒光素酶和檸檬酸合酶形成β 片層結(jié)構(gòu)構(gòu)象［19］。此外，polyP 在參與血液凝固的纖維形成過程中可能也是基于其能夠?qū)⒌鞍追€(wěn)定在β 片層樣構(gòu)象的原因［21］。但是研究polyP 與多肽相互作用的精細(xì)特征仍具有很多挑戰(zhàn)，因?yàn)閜olyP 缺乏能被一般的光譜技術(shù)檢測(cè)的化學(xué)特征，以及很多polyP 結(jié)合的多肽要么是不穩(wěn)定的折疊中間體或淀粉樣蛋白形成纖維。

3.2 polyP 作為成核劑 判斷淀粉樣蛋白纖維是否形成的指標(biāo)通常是能否檢查到硫磺素T（thioflavin T，ThT）熒光。ThT是一種小分子染料當(dāng)插入到淀粉樣蛋白寡聚體和纖維中的β 片層后發(fā)光。淀粉樣蛋白纖維形成的ThT動(dòng)力學(xué)能夠分成3個(gè)不同的階段：成核期（即延滯期），此階段可溶的單體遭受結(jié)構(gòu)的改變和成核；延長(zhǎng)期（即生長(zhǎng)期），在此階段ThT 陽性寡聚體和原纖維形成；平衡期（即穩(wěn)定期），在此階段成熟纖維脫落和成核動(dòng)態(tài)平衡。Cremers 等［17］的研究表明，低劑量的中等長(zhǎng)度polyP 刺激了淀粉樣蛋白的成核和纖維的延伸，以及與成熟纖維的結(jié)合。計(jì)算結(jié)果表明，1 個(gè)淀粉樣蛋白單體能夠結(jié)合10～20 個(gè)磷酸根。幾個(gè)淀粉樣蛋白單體結(jié)合到任何一條pol?yP 都能有效增加淀粉樣蛋白的局部濃度，這使得polyP 成為一個(gè)有效的淀粉樣蛋白成核劑。因?yàn)槔w維形成的限速步驟是解折疊或α 螺旋淀粉樣蛋白轉(zhuǎn)換為具有成核能力的β 片層構(gòu)象，所以polyP 加速纖維形成的主要步驟是加速成核源的產(chǎn)生。這些結(jié)果與短的polyP（如polyP16）在促進(jìn)纖維形成方面作用非常弱的結(jié)果一致，也解釋了為什么在淀粉樣蛋白低于生理濃度的情況下，更長(zhǎng)的polyP 能夠作為成核源并促進(jìn)纖維的形成。

polyP 促進(jìn)纖維形成的動(dòng)力學(xué)和最終纖維的產(chǎn)量與蛋白本身形成纖維的能力有關(guān)。比如polyP 對(duì)α-突觸核蛋白和tau40具有最強(qiáng)的促進(jìn)作用，因?yàn)檫@兩個(gè)蛋白自身在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)（幾天到數(shù)月）才能夠形成纖維；相反，Aβ1-40/42在體外形成纖維非常快，polyP 刺激它們形成纖維的能力相對(duì)較弱。

polyP 不能與α-突觸核蛋白單體相互作用，但一旦ThT 陽性寡聚體形成，polyP 能夠促進(jìn)原纖維的形成，表明α-突觸核蛋白在沒有polyP 參與的情況下，就已經(jīng)發(fā)生了構(gòu)象的改變和（或）寡聚化過程，產(chǎn)生寡聚體后polyP 才能促進(jìn)后續(xù)的過程。這也意味著polyP 和α-突觸核蛋白單體僅僅是簡(jiǎn)單地共存于細(xì)胞內(nèi)外，polyP 的存在不能導(dǎo)致纖維的從頭形成［22］，不會(huì)誘導(dǎo)天然的蛋白單體形成纖維。

4 polyP發(fā)揮其它保護(hù)作用及機(jī)制

4.1 polyP 干擾α-突觸核蛋白與細(xì)胞膜的結(jié)合 有研究表明，α-突觸核蛋白進(jìn)入細(xì)胞是由肝素聚糖受體介導(dǎo)的［23］，稱為微胞飲作用。Lempart 等［22］發(fā)現(xiàn)，polyP 與細(xì)胞外的α-突觸核蛋白結(jié)合降低了α-突觸核蛋白與細(xì)胞膜的結(jié)合，顯著性降低了進(jìn)入細(xì)胞的α-突觸核蛋白纖維，可能解釋了polyP 對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用。這些結(jié)果表明，polyP 保護(hù)神經(jīng)元不受α-突觸核蛋白的毒性機(jī)制是通過其與細(xì)胞外的α-突觸核蛋白原纖維的特殊相互作用，從而有效阻止了它們與細(xì)胞膜的結(jié)合，并最終限制其進(jìn)入神經(jīng)元。

Cremers等［17］發(fā)現(xiàn)，polyP的這種作用對(duì)于淀粉樣蛋白纖維是高度特異的，對(duì)α-突觸核蛋白單體的攝取不受影響。此外，短鏈polyP 在阻止纖維攝取上的作用相對(duì)于長(zhǎng)鏈polyP 來說更弱。這些結(jié)果表明，polyP 與α-突觸核蛋白的直接相互作用，通過改變纖維的構(gòu)象和/或負(fù)電荷結(jié)合的α-突觸核蛋白的豐度，阻止了α-突觸核蛋白纖維與細(xì)胞膜上負(fù)電荷脂質(zhì)的相互作用，導(dǎo)致其從細(xì)胞膜上的解離［24］。α-突觸核蛋白淀粉樣纖維的毒性是由于它們能夠結(jié)合、傳入和損壞細(xì)胞膜，因此polyP 可能在阻止這些疾病的發(fā)生和（或）進(jìn)展過程中起到非常重要的作用。

4.2 polyP 恢復(fù)Aβ 誘導(dǎo)的ATP 水平降低 通常，神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞消耗大量的ATP。而中樞神經(jīng)系統(tǒng)沒有有效的能源儲(chǔ)存系統(tǒng)，但又需要大量的ATP 供應(yīng)保證維持能源需求［25］。進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的Aβ 通過與細(xì)胞內(nèi)的識(shí)別位點(diǎn)密切接觸，導(dǎo)致了細(xì)胞器膜的損傷，如對(duì)線粒體呼吸鏈的損傷。在PC12 細(xì)胞中的研究發(fā)現(xiàn)Aβ 誘導(dǎo)了線粒體的功能障礙和糖酵解的損壞，導(dǎo)致ATP 的缺失［26］。Aβ25-35的存在導(dǎo)致神經(jīng)元中的ATP 水平減少50%以上。polyP 既可以存在于細(xì)胞內(nèi)也可以存在于細(xì)胞外，并可以增加細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的ATP 水平（見4.3 和4.4）。而且，細(xì)胞外的ATP 還能增加細(xì)胞內(nèi)的ATP 供應(yīng)［27］。由于polyP 導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ATP 水平升高，polyP 的存在可能逆轉(zhuǎn)了Aβ 導(dǎo)致的神經(jīng)元能源狀態(tài)受損，并且因此阻斷了Aβ25-35的神經(jīng)毒性作用［5］。

4.3 polyP 影響細(xì)胞內(nèi)能源的產(chǎn)生 雖然polyP 作為原核生物的能源已得到確認(rèn)，比如在細(xì)菌中一系列polyP 依賴性激酶能夠催化polyP 水解和能源利用［28］，但最近幾年才發(fā)現(xiàn)polyP 可能在哺乳動(dòng)物中起到類似的作用，比如線粒體的NAD 激酶能夠利用polyP 和ATP［4］。通過表達(dá)外切聚磷酸酶（exopoly?phosphatase，PPX）消除細(xì)胞內(nèi)的polyP，能顯著改變哺乳動(dòng)物線粒體的功能，降低線粒體膜動(dòng)勢(shì)，抑制呼吸鏈復(fù)合物I［29］。不僅如此，在分離的線粒體和完整細(xì)胞的線粒體中，polyP 的產(chǎn)生都能被F1F0-ATP 合成酶抑制劑寡霉素所抑制［10］，表明polyP 的產(chǎn)生與ATP 的產(chǎn)生是由相同的酶所催化。在正常的生理?xiàng)l件下polyP 影響線粒體的呼吸作用［29］，表明線粒體的能源產(chǎn)生系統(tǒng)和polyP 的合成系統(tǒng)之間存在相互作用，包括3 個(gè)方面：（1）polyP 作為高能聚合物，可能是不依賴跨膜質(zhì)子動(dòng)勢(shì)的ATP 來源，因此改變質(zhì)子動(dòng)勢(shì)將改變跨膜電流，通過影響ATP 合成酶活性和呼吸鏈，從而最終影響能量轉(zhuǎn)化為ATP 的效率；（2）因?yàn)閜olyP 是二價(jià)金屬離子的強(qiáng)螯合劑，polyP 可能改變線粒體Ca2+緩沖能力，從而影響了線粒體酶的活性；（3）高電荷的多聚陰離子可能直接與線粒體蛋白結(jié)合，導(dǎo)致其活性的調(diào)節(jié)，而且polyP是復(fù)合物IV（細(xì)胞色素C 氧化酶）的重要組分，能夠催化線粒體電子傳遞鏈的最后一步反應(yīng)。

如果以Ca-polyP 納米顆粒形式將polyP 與細(xì)胞孵育，將改變線粒體的豐度和細(xì)胞內(nèi)的ATP 水平［29］，線粒體的數(shù)量和豐度顯著增加。定量結(jié)果表明，在存在polyP 納米顆粒的情況下孵育3 d，細(xì)胞內(nèi)的ATP 水平顯著增加，這些結(jié)果表明polyP 的攝取促進(jìn)了線粒體ATP的產(chǎn)生［30］。

polyP 涉及線粒體的代謝和細(xì)胞能量的產(chǎn)生可以通過在神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中的線粒體表達(dá)酵母PPX 得到證實(shí)［10］。在神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞中，通過阻止糖酵解和氧化磷酸化抑制ATP 的產(chǎn)生，同時(shí)導(dǎo)致線粒體polyP 的減少，并在更短的時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)細(xì)胞的死亡［10］。在哺乳動(dòng)物星形膠質(zhì)細(xì)胞中的研究表明polyP 的聚集與線粒體代謝和呼吸相關(guān)，而且在polyP 的產(chǎn)生和細(xì)胞內(nèi)能源代謝之間存在反饋機(jī)制，并起到相互調(diào)節(jié)的作用。

細(xì)胞內(nèi)polyP 水平與焦磷酸肌醇之間的聯(lián)系進(jìn)一步支持了polyP 調(diào)節(jié)能源代謝的觀點(diǎn)［31］。polyP 和焦磷酸肌醇在真核細(xì)胞中具有非常重要的功能［4］，焦磷酸肌醇可能調(diào)節(jié)polyP 的代謝，從而控制了細(xì)胞內(nèi)磷酸根水平，最終影響線粒體ATP合成。

4.4 細(xì)胞外能源的產(chǎn)生 在體外，細(xì)胞與polyP 孵育會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的ADP/ATP 水平增加2～3倍［32］。如果添加ALP 抑制劑左旋咪唑和腺苷酸激酶（adenylate kinase，ADK）抑制劑Ap5A，ADP/ATP 水平不再增加［33］，表明這兩個(gè)酶參與polyP 介導(dǎo)ADP/ATP的產(chǎn)生。

ALP是二聚體復(fù)合物，發(fā)生反應(yīng)時(shí)其中一個(gè)ALP亞基在polyP分子末端的P―O鍵之間裂解，形成偏磷酸中間產(chǎn)物，酶結(jié)合的偏磷酸中間產(chǎn)物親核攻擊AMP，產(chǎn)生一分子的ADP。同時(shí)，釋放了一個(gè)磷酸根的polyP 轉(zhuǎn)移到另一個(gè)ALP 分子上，并再一次裂解形成酶結(jié)合的偏磷酸中間體，然后將其轉(zhuǎn)移到新的AMP 分子上，并形成和釋放更多的ADP 分子。這個(gè)反應(yīng)不斷的循環(huán)重復(fù)直至polyP分子完全降解為止。

ALP 反應(yīng)與ADK 反應(yīng)偶聯(lián)不斷產(chǎn)生ATP 分子。因?yàn)锳LP 產(chǎn)生的ADP，隨后能夠作為ADK 的底物參與反應(yīng)，從而將polyP 儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)換為可以利用的ATP［32］。ADK 和ALP 都位于細(xì)胞外膜從而暴露于細(xì)胞外空間［32］，催化了AMP、ADP和ATP之間的可逆轉(zhuǎn)化。ALP和ADK協(xié)同作用催化產(chǎn)生的ATP存在于細(xì)胞外空間。在不同的ADK 亞型中，其中AK1β 被分泌到細(xì)胞外空間是最有可能涉及ALP-ADK 協(xié)同反應(yīng)的亞型。這些結(jié)果表明ALP 介導(dǎo)polyP 裂解釋放的磷酸根轉(zhuǎn)移到AMP 上形成ADP，隨后在ADK 的作用下轉(zhuǎn)化為ATP。

polyP作為能源載體在細(xì)胞外空間傳遞能量。雖然細(xì)胞內(nèi)的ATP 濃度很高，比如在神經(jīng)元的突觸小泡中的ATP濃度高達(dá)100 mmol/L，但細(xì)胞外空間只有10 nmol/L［34］。不僅如此，ATP 在細(xì)胞外空間的半衰期只有15 min，不能作為細(xì)胞外的能源。已知維持細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的結(jié)構(gòu)需要消耗大量的能量。從細(xì)胞內(nèi)釋放的ATP不能維持ECM的結(jié)構(gòu)。ALP-ADK 的協(xié)同偶聯(lián)作用可以將polyP 轉(zhuǎn)化為ATP，保證了細(xì)胞外空間中ATP的需求。

細(xì)胞內(nèi)能量傳輸?shù)臋C(jī)制和優(yōu)點(diǎn)已有廣泛的討論［35］。因?yàn)锳TP 和其它能源攜帶的三磷酸核苷酸（nucleoside triphosphates，NTP）通過細(xì)胞質(zhì)的擴(kuò)散是有限的，因此在細(xì)胞外空間polyP 和膜結(jié)合的ALP和ADK 形成的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，與ATP 消耗系統(tǒng)共同形成能源轉(zhuǎn)移或運(yùn)輸系統(tǒng)。由于細(xì)胞的能量需求涉及多種微空間，這種模型保證NTP 的產(chǎn)生和消耗的位置很靠近，從而允許NTP 的產(chǎn)生到NTP 消耗的直接轉(zhuǎn)移［35］。由于ALP 是持續(xù)性水解，因此其能夠產(chǎn)生大量的能量，與ADK一起協(xié)同產(chǎn)生大量的ATP，隨后能被能源消耗過程所利用。這種系統(tǒng)的好處是：兩個(gè)反應(yīng)的偶聯(lián)允許ATP 的產(chǎn)生能夠快速滿足需要ATP 的過程。在細(xì)胞內(nèi)，磷酸根的轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)甚至能夠偶聯(lián)空間上隔離的ATP產(chǎn)生和ATP消耗過程。

5 polyP發(fā)揮神經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能

5.1 polyP 影響Aβ 誘導(dǎo)的mPTP 開放 線粒體的退化是AD 的早期癥狀之一，早于神經(jīng)纖維纏結(jié)出現(xiàn)之前［36］。Aβ 對(duì)分離的線粒體具有多種直接作用，包括導(dǎo)致酶學(xué)活性的改變、呼吸鏈的損傷和mPTP 的開放［37］。mPTP 的開放要么通過促進(jìn)細(xì)胞色素C 的釋放導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，要么通過能源缺失導(dǎo)致細(xì)胞壞死。很多的研究表明腦中的線粒體存在mPTP。mPTP 是非選擇性的，跨膜的高轉(zhuǎn)導(dǎo)性通道。mPTP 的開放是神經(jīng)變性疾病導(dǎo)致細(xì)胞死亡的重要原因之一［38］，阻止mPTP 的開放是阻止病理生理?xiàng)l件下細(xì)胞死亡的有效途徑。實(shí)驗(yàn)表明mPTP 誘導(dǎo)的典型特征是膜電位的去極化和Ca2+的外流［39］。Aβ25-35通過Ca2+誘導(dǎo)的方式促進(jìn)腦mPTP 的開放［40］。polyP 本身可以作為mPTP的組成成分，實(shí)驗(yàn)表明polyP保護(hù)了細(xì)胞免受β淀粉樣蛋白的毒性，可能通過增加線粒體內(nèi)的Ca2+容量和降低這些細(xì)胞對(duì)mPTP開放的敏感性［29］。

5.2 polyP 可構(gòu)成離子通道 早期在細(xì)菌中的研究意外發(fā)現(xiàn)感受態(tài)細(xì)菌存在高濃度的跨膜復(fù)合物，由聚羥基丁酸（polyhydroxybutyrate，PHB）、中短長(zhǎng)度的polyP 和Ca2+構(gòu)成，形成由polyP-PHB-Ca2+復(fù)合物構(gòu)成的通道［41］。這種通道的精確結(jié)構(gòu)還不清楚，有人認(rèn)為通過PHB 的作用，polyP 可以穿過脂質(zhì)雙分子層，從而實(shí)現(xiàn)了二價(jià)陽離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)［42］。這種通道能夠在重組的脂質(zhì)雙分子層上重構(gòu)其作為電壓門控離子通道的功能，在二價(jià)金屬離子如Ca2+和磷酸根轉(zhuǎn)運(yùn)方面起到非常重要的作用［42］。細(xì)菌的polyP-PHBCa2+離子通道發(fā)現(xiàn)之后不久，類似的結(jié)構(gòu)也在兔肝細(xì)胞的線粒體中發(fā)現(xiàn)［43］。純化的復(fù)合物能夠在脂質(zhì)雙分子層上形成類似于mPTP?；谶@種特性，這種復(fù)合物可能是mPTP的離子轉(zhuǎn)導(dǎo)模塊。

5.3 polyP 發(fā)揮膠質(zhì)遞質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)的功能 大量的研究認(rèn)識(shí)到神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的相互關(guān)系，不僅僅是星形膠質(zhì)細(xì)胞起到支持神經(jīng)元的功能，而且還積極調(diào)控神經(jīng)元［44］。神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞之間存在快速的雙向交流。比如，從神經(jīng)末端釋放的遞質(zhì)刺激附近星形膠質(zhì)細(xì)胞表面受體并觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)鈣離子升高［45］。另外，星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的升高可能通過積極釋放膠質(zhì)遞質(zhì)（通常興奮性遞質(zhì)谷氨酸）觸發(fā)對(duì)神經(jīng)元的反饋激活［46］。該調(diào)節(jié)過程可能作為生理功能控制神經(jīng)元興奮性和突觸傳遞。然而，在病理?xiàng)l件下，相同的機(jī)制對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生有害的影響。星形膠質(zhì)細(xì)胞中谷氨酸釋放和星形膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元協(xié)調(diào)作用的改變會(huì)在特異性腦部疾病如AD中發(fā)生改變［47］。Aβ尤其是其寡聚體對(duì)谷氨酸受體具有高的親和性［48］，介導(dǎo)了重要介質(zhì)如Ca2+的流出/流入的速率。AD 疾病過程中Aβ 介導(dǎo)這些受體，尤其是N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyle-D-aspartate，NMDA）受體和α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異噁唑丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid，AMPA）受體的失調(diào)損傷了突觸的可塑性，導(dǎo)致了突觸的退化［49］。目前已獲批的治療AD 疾病的藥物如美金剛（memantine）就是NMDA 的受體拮抗劑［50］。NMDA 受體拮抗劑減少了能夠?qū)е屡d奮性中毒和導(dǎo)致細(xì)胞死亡的谷氨酸活性。polyP 調(diào)節(jié)AMPA 和NMDA 受體，并通過P2Y 受體保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞的谷氨酸興奮性中毒（如神經(jīng)變性疾病過程中導(dǎo)致神經(jīng)元損傷的最主要原因之一）［51］。而且，polyP作為膠質(zhì)遞質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)可能協(xié)調(diào)了星形膠質(zhì)細(xì)胞―神經(jīng)元之間的關(guān)系，維持了神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞之間存在的雙向交流。

研究發(fā)現(xiàn)polyP能發(fā)揮膠質(zhì)遞質(zhì)的功能。在一般的細(xì)胞中polyP主要位于線粒體、細(xì)胞核和溶酶體［7］。而在星形膠質(zhì)細(xì)胞中，polyP 大量存在于囊泡樣結(jié)構(gòu)中，以Ca2+依賴方式通過胞吐作用分泌到細(xì)胞外。分泌的polyP隨后被其它星形膠質(zhì)細(xì)胞或神經(jīng)元細(xì)胞攝取，從而起到膠質(zhì)遞質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)的作用［52］。作為膠質(zhì)遞質(zhì)，polyP介導(dǎo)了星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的通訊，通過與嘌呤型受體P2Y1 結(jié)合，導(dǎo)致磷脂酶C（phospholi?pase C，PLC）激活，從而催化PIP2產(chǎn)生IP3，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+外流，導(dǎo)致細(xì)胞的去極化，以及polyP從星形膠質(zhì)細(xì)胞中的進(jìn)一步釋放，最終傳播了信號(hào)波［53］。這種活性與polyP的長(zhǎng)度和在腦中的位置無關(guān)［52］。

研究發(fā)現(xiàn)polyP 能發(fā)揮神經(jīng)遞質(zhì)的功能。作為神經(jīng)遞質(zhì)，polyP 通過差異性調(diào)節(jié)神經(jīng)元的電壓依賴性離子通道，在外周神經(jīng)系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中誘導(dǎo)了動(dòng)作電位［54］。Stotz 等［54］發(fā)現(xiàn)，polyP 直接影響了神經(jīng)元的活性，通過改變電壓門控Na+通道對(duì)神經(jīng)元靜息膜電位的電壓敏感性，阻斷電壓門控K+通道和激活電壓門控Ca2+通道，誘導(dǎo)了外周神經(jīng)和中樞神經(jīng)的動(dòng)作電位的產(chǎn)生。另外，polyP 刺激了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的活性和誘導(dǎo)了膠質(zhì)細(xì)胞中的Ca2+離子流。polyP 存在于突觸體，通過添加氯化鉀導(dǎo)致細(xì)胞膜去極化會(huì)導(dǎo)致polyP 的釋放［54］。polyP 通過改變局部的表面電荷從而影響神經(jīng)元離子通道門控性質(zhì)。長(zhǎng)鏈polyP是高度負(fù)電荷分子，能夠增加通道周圍負(fù)電荷密度。因此，polyP 可能產(chǎn)生一個(gè)促進(jìn)Na+通道和Ca2+通道活性環(huán)境，而K+通道能夠被polyP 直接抑制。polyP 同時(shí)調(diào)節(jié)多種通道活性的事實(shí)表明polyP 的作用是導(dǎo)致通道靜電環(huán)境的改變，而不是結(jié)合到特定位點(diǎn)起作用。polyP 對(duì)神經(jīng)元離子通道的作用促進(jìn)動(dòng)作電位的產(chǎn)生，當(dāng)過量polyP 釋放可能導(dǎo)致興奮過度如癲癇病。這些結(jié)果表明polyP 可能作為神經(jīng)遞質(zhì)，以及外周神經(jīng)和中樞神經(jīng)內(nèi)源性神經(jīng)調(diào)質(zhì)在生理?xiàng)l件下發(fā)揮作用［55］。由于星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元之間的相互作用涉及神經(jīng)變性疾病，polyP 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的改變可能與中樞神經(jīng)疾病的致病機(jī)制相關(guān)。

此外，Aβ誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中的Ca2+信號(hào)，最終導(dǎo)致了神經(jīng)元的死亡［56］。Aβ1-40/42以及不同的短鏈形式Aβ25-35、Aβ25-40或Aβ1-28都能夠誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度的改變，這與任何受體或通道的活性無關(guān)［56］，而是Aβ整合到細(xì)胞膜形成孔的原因［57］。Aβ能夠形成孔并刺激鈣信號(hào)，新的發(fā)現(xiàn)表明僅僅一個(gè)寡聚體Aβ1-42分子能夠刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞的Ca2+內(nèi)流［58］。polyP 的水平影響了線粒體處理Ca2+的能力，減少了Aβ誘導(dǎo)的依賴Ca2+導(dǎo)致的神經(jīng)元細(xì)胞的死亡［29］。

6 polyP作為潛在藥物的可能機(jī)制

如前所述，polyP 能對(duì)抗淀粉樣蛋白細(xì)胞毒性，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞有保護(hù)作用，因此polyP 具有作為神經(jīng)變性疾病的潛在藥物的可能。下面我們討論polyP 的一些生物學(xué)特性，而這些特性保證其作為潛在藥物發(fā)揮作用的可能機(jī)制或理論依據(jù)。

6.1 polyP 釋放到細(xì)胞外空間 在生理?xiàng)l件下，細(xì)胞能夠分泌polyP 并參與神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的polyP 是以聚合物的形式釋放。激活的人類血小板釋放的polyP 長(zhǎng)度在60～100 個(gè)磷酸根長(zhǎng)度，可能涉及調(diào)節(jié)止血的復(fù)雜過程。動(dòng)力學(xué)研究表明血小板的polyP 的釋放/分泌遵循時(shí)間效應(yīng)類似于血小板密度顆粒分泌ATP、ADP 和血清素［59］。有趣的是，polyP 能夠在星形膠質(zhì)細(xì)胞中形成并作為膠質(zhì)遞質(zhì)，在星形膠質(zhì)細(xì)胞之間建立通訊網(wǎng)絡(luò)［52］。從這些細(xì)胞釋放的polyP 以Ca2+依賴方式，并與鄰近的星形膠質(zhì)細(xì)胞通過P2Y1 嘌呤受體相互作用，激活磷脂酶C，導(dǎo)致Ca2+離子從細(xì)胞儲(chǔ)存庫中釋放。polyP在這些神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用能夠被神經(jīng)元感應(yīng)。polyP 的這些特征表明外源添加的polyP 能夠發(fā)揮類似的功能。

6.2 polyP在細(xì)胞外空間的轉(zhuǎn)運(yùn) polyP作為藥物使用，要考慮其在細(xì)胞外空間的轉(zhuǎn)運(yùn)問題。細(xì)胞外空間由液體和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成。細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成能夠影響細(xì)胞外空間的polyP或polyP顆粒的轉(zhuǎn)運(yùn)、穩(wěn)定性和降解。細(xì)胞外基質(zhì)中的帶電纖維、膠原，以及蛋白聚糖和葡糖氨基聚糖等可能能通過靜電相互作用與多聚陰離子polyP或polyP顆粒相互作用，這可能促進(jìn)或影響了細(xì)胞外空間的polyP的轉(zhuǎn)運(yùn)和分布。

6.2.1 通過細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn) 細(xì)胞外的polyP轉(zhuǎn)運(yùn)可能是通過游離的polyP 或polyP 顆粒，或者細(xì)胞外小泡進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)［60］。如果是通過游離的polyP 或polyP顆粒進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，polyP的轉(zhuǎn)運(yùn)可能通過以下幾種方式進(jìn)行：（1）自由擴(kuò)散（濃度梯度相關(guān)）；（2）阻礙擴(kuò)散（短暫的結(jié)合或固定在細(xì)胞外基質(zhì)上的某種分子上）；（3）促進(jìn)擴(kuò)散（與促進(jìn)擴(kuò)散的細(xì)胞外基質(zhì)中的組分相互作用）。如同在細(xì)胞內(nèi)一樣，細(xì)胞外具有較高的黏度和一定的物理性質(zhì)，并不是理想的溶液環(huán)境，因此會(huì)影響各種分子的擴(kuò)散甚至是小分子的擴(kuò)散。尤其是大分子如polyP 和polyP 顆粒的擴(kuò)散還受空間限制或細(xì)胞外基質(zhì)的某種組分的影響。一般來說，顆粒在細(xì)胞外基質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)受布朗運(yùn)動(dòng)的影響。分子在細(xì)胞外基質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與其中纖維的濃度成負(fù)相關(guān)，還受細(xì)胞外基質(zhì)帶電成分靜電相互作用的影響。

根據(jù)Stylianopoulos 等提出的模型，靜電相互作用對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)中納米顆粒擴(kuò)散的影響只有在顆粒的直徑與Debye 長(zhǎng)度（溶液中帶電顆粒的靜電相互作用的測(cè)量單位）相當(dāng)時(shí)才會(huì)顯著。因此，對(duì)于負(fù)電荷分子（如葡糖氨基聚糖）來說，大小在幾個(gè)納米左右靜電相互作就有效，而對(duì)于正電荷分子（如膠原纖維）來說幾個(gè)微米靜電相互作用都不明顯。而中性納米顆粒可能比負(fù)電荷顆粒擴(kuò)散更快。因此，polyP顆粒通過細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散可以通過改變顆粒的ζ電位進(jìn)行調(diào)節(jié)［61］。

6.2.2 基于細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn) 細(xì)胞外空間中polyP 的最常見的轉(zhuǎn)運(yùn)方式可能是以血小板顆粒的形式發(fā)生［62］。最近發(fā)現(xiàn)polyP也存在于外泌體（exosome）中。外泌體是細(xì)胞外的小泡，大小在30～100 nm，作為細(xì)胞與細(xì)胞之間通訊的媒介受到越來越多的關(guān)注［63］。

6.2.3 受體介導(dǎo)的對(duì)polyP 的胞吞作用 真核細(xì)胞通過受體介導(dǎo)的胞吞作用（也叫網(wǎng)格蛋白依賴性胞吞作用）從細(xì)胞外環(huán)境攝取大分子（包括生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、激素以及低密度脂蛋白顆粒）進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)降解或成為細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)分子［64］。在骨細(xì)胞、骨髓細(xì)胞、神經(jīng)元甚至是血小板中的polyP 受體介導(dǎo)的胞吞作用的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制已得到鑒定。血小板分泌的pol?yP是完整的聚合物，然后被附近的細(xì)胞攝取。然而，對(duì)于受體介導(dǎo)的胞吞作用，被攝取的分子必需與結(jié)合到細(xì)胞表面的受體接觸，隨后允許這個(gè)復(fù)合物被網(wǎng)格蛋白覆蓋的凹陷吞入細(xì)胞內(nèi)。隨后，膜結(jié)合的受體與其配體進(jìn)入內(nèi)吞體，酸化并進(jìn)入溶酶體，在這里復(fù)合物可能被降解。在受體介導(dǎo)的胞吞作用中除了分解代謝功能外，內(nèi)吞的配體可能通過激活NFκB效應(yīng)途徑導(dǎo)致基因的激活。

按照這個(gè)假設(shè)polyP 能夠通過受體介導(dǎo)的胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞，意味著polyP 會(huì)與配體結(jié)合。有證據(jù)證明polyP 能夠廣泛和特異地與不同蛋白相互作用。Vandegrift 等［65］證明polyP 能夠結(jié)合到血清中的很多蛋白。細(xì)菌來源的一些酶能夠強(qiáng)烈與polyP 結(jié)合［66］。相互作用的強(qiáng)度與溶液中的pH值、離子強(qiáng)度和polyP的長(zhǎng)度相關(guān)。

6.3 polyP發(fā)揮功能的形式 polyP是以什么樣的形式發(fā)揮功能，這對(duì)于藥物的開發(fā)具有重要的意義。在最近十幾年時(shí)間里，polyP 在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的功能開始被認(rèn)識(shí)。涉及各種信號(hào)通路（如ERK1/2）、轉(zhuǎn)錄因子（Fra-1 和Runx2）和磷轉(zhuǎn)運(yùn)體（PiT1 和PiT2）已經(jīng)找到。然而，關(guān)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞polyP 的感應(yīng)機(jī)制知之甚少。推測(cè)細(xì)胞外的polyP 被ALP 水解為磷酸根后發(fā)揮功能。然而，細(xì)胞外空間中自由磷的濃度是受到嚴(yán)格控制，通常為10 mmol/L 左右。而polyP 對(duì)細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用只需要非常低的濃度，如激活成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（fibroblast growth factors，F(xiàn)GF）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)間質(zhì)干細(xì)胞的分化只需要1 mmol/L［67］，或在體外對(duì)骨的礦化只需要是1 μmol/L?；谶@些結(jié)果，細(xì)胞外添加的polyP 發(fā)揮功能應(yīng)該是以完整的polyP形式而不是水解產(chǎn)生的磷酸根影響細(xì)胞內(nèi)的途徑。已知細(xì)胞對(duì)大分子（如蛋白和DNA）的攝取是受到阻礙的。因此，已開發(fā)出納米顆粒以促進(jìn)這些分子進(jìn)入細(xì)胞，顆粒的最佳直徑在60 nm左右［68］。

6.4 polyP納米顆粒 為了模擬polyP攝取的生理學(xué)過程，通過調(diào)節(jié)polyP 和CaCl2的比例合成polyP 的納米顆粒［69］。在缺失Ca2+的情況下，Na-polyP 形成無規(guī)則的錐形大沉淀。將CaCl2以1∶1加入polyP中形成大小在2 μm左右的圓形顆粒。將CaCl2濃度增加到2∶1更容易形成約200 nm大小的顆粒。進(jìn)一步添加聚乙二醇［poly（ethylene glycol），PEG］到Na-PolyP和CaCl2中，形成大小在100 nm 大小的納米顆粒［70］。而對(duì)于受體介導(dǎo)的胞吞作用，直徑小于200 nm效果更佳［71］。

相比于可溶的Na-polyP，包埋進(jìn)納米顆粒中的polyP 展示了更強(qiáng)的生物學(xué)作用［8］，這些發(fā)現(xiàn)表明polyP 以100 nm 左右大小顆粒攝取進(jìn)入細(xì)胞將更為有效。為了證明polyP 的攝取是以受體介導(dǎo)的胞吞作用，用網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的胞吞作用抑制劑三氟丙嗪進(jìn)行的抑制研究表明納米顆粒的生物學(xué)作用被阻止了70%，表明這些顆粒是通過胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞［70］。

7 結(jié)語及展望

雖然已經(jīng)證明polyP 可作為淀粉樣蛋白形成過程中的調(diào)節(jié)劑，并保護(hù)細(xì)胞不受淀粉樣蛋白的毒性，但是仍然不清楚這些保護(hù)作用對(duì)神經(jīng)變性疾病能起到多大的作用。然而，年齡是神經(jīng)變性疾病最大風(fēng)險(xiǎn)的事實(shí)，而polyP 水平隨年齡逐漸下降，讓我們合理的推測(cè)polyP在神經(jīng)變性疾病中的潛在作用。

或許polyP 通過直接調(diào)節(jié)淀粉樣蛋白纖維形成、脫落和成核作用保護(hù)細(xì)胞不受淀粉樣蛋白的毒性［9］。polyP存在于細(xì)胞外空間可能阻止淀粉樣蛋白纖維進(jìn)入細(xì)胞和阻止在細(xì)胞間的傳播，因此減少其毒性和阻止了疾病的擴(kuò)散。另外，polyP 可能將成熟的纖維隔離在惰性的空間內(nèi)和/或增加淀粉樣蛋白在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)歸，因此降低了毒性寡聚體的濃度。除此之外，polyP保護(hù)細(xì)胞不受淀粉樣蛋白的毒性可能通過其能源平衡的能力和/或線粒體功能［8］。眾所周知腦組織能源平衡受損是AD的特征之一［5］，PD同樣顯示出線粒體功能障礙和信號(hào)轉(zhuǎn)換的改變。年齡和（或）疾病導(dǎo)致的polyP 水平改變可能使得細(xì)胞對(duì)線粒體功能障礙更敏感，組織和器官更易于遭受神經(jīng)變性損傷。由于polyP 已廣泛作為食品添加劑和化妝品，其作為臨床應(yīng)用應(yīng)該比較安全。因此，未來將會(huì)有更多的研究聚焦于polyP 在神經(jīng)變性疾病發(fā)育中的作用，以及恢復(fù)polyP水平是否會(huì)延遲疾病的開始或進(jìn)展。