李莎 崔春愛

延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室 （吉林延吉 133000）

神經(jīng)退行性疾?。╪eurodegenerative disease，NDD）分為腦缺血（cerebral ischemia， CI）、腦損傷（brain injury， BI）、癲癇在內(nèi)的急性神經(jīng)退行性疾病和阿爾茨海默?。╝lzheimer′s disease， AD）、帕金森?。╬arkinson′s disease， PD）、亨廷頓?。╤untington's disease， HD）及肌萎縮側(cè)索硬化癥（amyotrophic lateral sclerosis， ALS）在內(nèi)的慢性退行性疾病，而后者與腦內(nèi)特定蛋白異常引起錯(cuò)誤折疊、聚集和大量沉積有關(guān)［1］。研究表明，興奮性毒性、神經(jīng)炎癥、線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激是與許多神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的常見機(jī)制，急性氧化應(yīng)激會(huì)激活A(yù)KT/Foxo3a 通路，增強(qiáng)FoxO3a 磷酸化，抑制其轉(zhuǎn)錄激活，導(dǎo)致細(xì)胞的氧化損傷［2］；同時(shí)，叉頭框蛋白O3a（forkhead box protein O3a，F(xiàn)oxO3a）也可參與調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞極化表型，保護(hù)神經(jīng)元，顯示其抗炎作用［3］；FoxO3a 可以通過PI3K-AKT-FoxO3a、SIRT1-FoxO3a、AMPK-FoxO3a-MnSOD 等途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞分化和增殖、抑制細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、調(diào)控自噬與線粒體功能［4-5］，其研究主要集中在癌癥和腎損傷領(lǐng)域，在神經(jīng)退行性疾病中的研究較少。本文將通過總結(jié)FoxO3a在神經(jīng)退行性疾病中的相關(guān)通路，闡述其在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展中的作用機(jī)制，為神經(jīng)退行性疾病的防治提供新靶點(diǎn)。

1 FoxO3a 的結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)概述

叉頭框蛋白O（forkhead box protein O， FoxO）是于2000 年發(fā)現(xiàn)的Fox 轉(zhuǎn)錄因子家族中一員，由一個(gè)約110 個(gè)氨基酸的叉頭框DNA 結(jié)合域、保守的核定位、輸出序列的短的保守序列以及包括了反式激活結(jié)構(gòu)域的無序的區(qū)域構(gòu)成［6］，包括FoxO1、FoxO3a、FoxO4 和FoxO6，其中FoxO3a 作為其核心成員參與應(yīng)激反應(yīng)，與細(xì)胞的凋亡、自噬和炎癥有關(guān)，能夠影響人類的衰老與長(zhǎng)壽，被稱之為“長(zhǎng)壽基因”［7-8］。FoxO3a 由一個(gè)剛性的“頭”和一個(gè)靈活的“尾巴”構(gòu)成，有多達(dá)75%的無序區(qū)域，包含了CR1、CR2、CR3 等保守區(qū)域，其中CR3 可能是作為FoxO3a 與DNA 結(jié)合時(shí)的轉(zhuǎn)錄激活因子或抑制因子，與共激活因子密切相關(guān)，F(xiàn)oxO3a 活性主要在基因的表達(dá)、翻譯后修飾、與共調(diào)節(jié)因子的相互作用及亞細(xì)胞定位四個(gè)水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)［9］。

研究表明，F(xiàn)oxO3a 受Akt 磷酸化調(diào)節(jié)，有助于細(xì)胞質(zhì)易位、增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性、觸發(fā)降解等；FoxO3a通過乙酰化調(diào)節(jié)，可促進(jìn)細(xì)胞存活。研究［10］表明，F(xiàn)oxO3a 與PD 模型多巴胺神經(jīng)元凋亡和存活以及AD 淀粉樣蛋白斑塊密切相關(guān)；此外，F(xiàn)oxO3 激活有利于胎兒大腦神經(jīng)干細(xì)胞分化［11］。總之，F(xiàn)oxO3a作為一種有多種功能的調(diào)節(jié)因子，在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

2 FoxO3a 在神經(jīng)退行性疾病中的功能

2.1 可抑制神經(jīng)元凋亡神經(jīng)元必須在生物體中存活以確保神經(jīng)系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行。當(dāng)應(yīng)激源激活神經(jīng)元中細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致神經(jīng)功能衰退，成為神經(jīng)退行性疾病進(jìn)展的基礎(chǔ)［12］。FoxO3a 是PI3K/AKT 信號(hào)通路下游的重要轉(zhuǎn)錄因子，當(dāng)AKT 途徑被抑制時(shí)，去磷酸化的FoxO3a 大部分進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)不同的凋亡靶目標(biāo)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［13］。提取自肉豆蔻科高大喬木植物Myristica fragrans Houtt 的單體成份肉豆蔻木酚素可通過PI3K 介導(dǎo)的FoxO3a 信號(hào)通路，調(diào)控鼠性小膠質(zhì)細(xì)胞的M1 型極化和海馬神經(jīng)元的凋亡［2，14］。ZHAO 等［15］學(xué)者體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，錳（manganese， Mn）通過FoxO3a-Bim/PUMA 信號(hào)軸，調(diào)控FoxO3a 活化和乙?；?，誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，影響神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生與發(fā)展。此外，YI等［16］的研究表明，源自大豆肽（soybean peptides，SBP）的單肽SWGEDWGEIW 可以通過激活SIRT3/FoxO3a 信號(hào)通路，從而減少PC-12 細(xì)胞線粒體障礙和氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。腺苷酸活化蛋白激酶 （amp-activated protein kinase， AMPK）是參與調(diào)控細(xì)胞能量代謝的關(guān)鍵激酶，通過激活A(yù)MPK/FoxO3a 通路，防止黑質(zhì)紋狀體神經(jīng)元凋亡和緩解七氟烷介導(dǎo)的神經(jīng)毒性［17］。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明FoxO3a 介導(dǎo)的信號(hào)通路在神經(jīng)元凋亡中發(fā)揮著重要的作用。

2.2 可抑制氧化應(yīng)激大腦需氧量過大，極易因神經(jīng)元氧化還原信號(hào)失衡，而引起活性氧（reactive oxygen species， ROS）的積累，導(dǎo)致氧化應(yīng)激，而FoxO3a 可調(diào)控氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性［18］，解救神經(jīng)元。研究［19］表明，在氧化應(yīng)激刺激下，激活的SIRT1 和SIRT3 與FoxO3a 轉(zhuǎn)錄因子相互作用，通過上調(diào)內(nèi)源性抗氧化酶、調(diào)控細(xì)胞凋亡來降低ROS 水平；在高氧條件下，芝麻素和芝麻酚可以激活SIRT1-SIRT3-FoxO3a 的表達(dá)，減輕氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)元損傷［20］。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，小膠質(zhì)細(xì)胞是活性氧（reactive oxygen species， ROS）的主要來源，且小膠質(zhì)細(xì)胞的慢性激活與衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病有關(guān)［21］。研究［22］發(fā)現(xiàn)，SIRT3-FoxO3a信號(hào)軸可直接影響小膠質(zhì)細(xì)胞ROS 的產(chǎn)生，從而表現(xiàn)抗氧化防御機(jī)制。

2.3 可調(diào)控神經(jīng)元自噬自噬是降解真核細(xì)胞中受損細(xì)胞器和錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的必要過程，神經(jīng)元可依賴自噬來維持體內(nèi)平衡。突變和錯(cuò)誤折疊的蛋白在細(xì)胞內(nèi)、外的不當(dāng)積累是神經(jīng)退行性疾病最明顯的標(biāo)志，而自噬在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用［23］。研究［4］發(fā)現(xiàn)，七葉膽苷XVII（Gypenoside XVII， GP17）可通過SIRT1-FoxO3a/Hif1α-BNIP3 信號(hào)通路調(diào)控缺血缺氧誘導(dǎo)的的線粒體自噬，保護(hù)神經(jīng)元；KCNQ1OT1 可通過FoxO3/ATG7 途徑，調(diào)控腦缺血/再灌注誘導(dǎo)的神經(jīng)元自噬［24］；在腦缺血再灌注研究［25］顯示，黃芪的生物活性成分Calysoin（CA）可以通過STAT3/FoxO3a 途徑抑制自噬減輕腦損傷。此外，AMPK-FoxO3a-SKP2-CARM1 信號(hào)通路可以調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)預(yù)處理介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子EB（TFEB）激活，恢復(fù)自噬通量，從而保護(hù)細(xì)胞［26］。

2.4 可調(diào)控線粒體功能線粒體是維持神經(jīng)元生長(zhǎng)和突觸功能的主要能量來源，支持神經(jīng)系統(tǒng)的高能量消耗，線粒體功能障礙是中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)退行性疾病的一個(gè)關(guān)鍵特征［27］。臨床研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)退行性疾病患者的大腦中存在線粒體自噬和線粒體功能障礙，很可能是神經(jīng)退行性過程的基礎(chǔ)。CHECLER 等［28］通過探討早老素蛋白PSEN1 和PSEN2 對(duì)PINK1 的分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)FoxO3a 會(huì)觸發(fā)PSEN1 對(duì)PINK1 轉(zhuǎn)錄和功能的調(diào)節(jié)；PARK2 能上調(diào)PSEN1 表達(dá)水平，同時(shí)，PINK1也能將PARK2 募集到受損的線粒體中，PARK2-PINK1 相互作用在病理?xiàng)l件下可能破壞的線粒體自噬過程。近期［29］研究認(rèn)為SIRT3-FoxO3a-PGC1α軸是線粒體錳超氧化物歧化酶（Mn-superoxide dismutase， MnSOD）的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，F(xiàn)oxO3a 可通過增加MnSOD 的表達(dá)起到神經(jīng)保護(hù)作用，是重要的研究靶點(diǎn)。目前研究認(rèn)為通過SIRT3/FoxO3a 介導(dǎo)的線粒體動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)和線粒體吞噬作用［30］，可以改善心肌缺血誘導(dǎo)的心衰，但在神經(jīng)退行性疾病中的調(diào)控機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

3 FoxO3a 與神經(jīng)退行性疾病

3.1 ADAD是一種無法治愈的神經(jīng)退行性疾病，磷酸化的β-淀粉樣蛋白（β-Amyloid protein， Aβ）和Tau 蛋白的積累、氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥是其致病因素。研究［31］表明，白藜蘆醇（resveratrol， RES）可通過激活SIRT1/FoxO3a 促進(jìn)神經(jīng)元發(fā)育，保護(hù)神經(jīng)元免受氧化應(yīng)激的有害影響，減少海馬神經(jīng)元中Aβ 的聚集及其毒性；淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）是Aβ 的前體跨膜蛋白，而FoxO3a 作為APP 的下游效應(yīng)因子，APP 的AICD片段通過啟動(dòng)FANCD2 信號(hào)通路，增強(qiáng)FoxO3a 在細(xì)胞核內(nèi)的穩(wěn)定性，認(rèn)為FoxO3a 是反映APP 活性變化的早期轉(zhuǎn)錄因子［32］，并通過調(diào)控PI3K/AKT/FoxO3a 信號(hào)通路，改善AD 小鼠的神經(jīng)炎癥反應(yīng)及認(rèn)知障礙［33］。靶向調(diào)控FoxO3a 的表達(dá)，可影響蛋白磷酸酶Mg2+/Mn2+依賴性1F（protein phosphatase Mg2/Mn2 dependent 1F， PPM1F）的表達(dá)，其過表達(dá)會(huì)加速APP/PS1 轉(zhuǎn)基因小鼠學(xué)習(xí)記憶缺陷及其病變進(jìn)程［34］，以上結(jié)果表明FoxO3a 在AD 的早期診斷、治療及發(fā)病機(jī)制研究中具有重要意義。

3.2 PDPD 是第二常見的神經(jīng)退行性疾病，以腦組織黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的退化、紋狀體多巴胺的減少及α-突觸核蛋白的積累和聚集為主要特征，多見于老年患者，表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)遲緩、姿勢(shì)步態(tài)異常、肌強(qiáng)直和靜止性震顫等運(yùn)動(dòng)功能缺陷和認(rèn)知功能缺陷［35-36］。實(shí)驗(yàn)表明，α-突觸核蛋白的輕度過度表達(dá)（相對(duì)于內(nèi)源性神經(jīng)元水平增加200%）時(shí)，可通過激活SIRT1/FoxO3a 通路，上調(diào)SOD2 蛋白表達(dá)水平，從而參與細(xì)胞抗氧化防御的調(diào)節(jié)，減輕氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)元損傷［37］。PALLABI 等［38］發(fā)現(xiàn)，miR-128 在PD 患者血漿外泌體中顯著降低；而過表達(dá)的miR-128 可以通過下調(diào)FoxO3a 的靶標(biāo)FasL 和PUMA 的表達(dá)，阻滯FoxO3a 的激活，最終達(dá)到抑制細(xì)胞凋亡的目的。此外，槲皮苷可增加FoxO3a磷酸化水平，激活PI3K/Akt/FoxO3a 信號(hào)通路，抑制PD 中的神經(jīng)細(xì)胞凋亡［39］，起關(guān)鍵靶點(diǎn)作用。

3.3 FoxO3a 與腦缺血缺氧腦缺氧缺血（cerebral hypoxia ischemia， CHI）是大腦衰老以及中風(fēng)、PD 和AD 等與年齡相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生與發(fā)展的關(guān)鍵因素［37］，會(huì)表現(xiàn)出認(rèn)知能力下降和神經(jīng)功能障礙，且病死率高。大腦中動(dòng)脈閉塞（middle cerebral artery occlusion， MCAO）小鼠研究表明，抑制FoxO3a 的表達(dá)并下調(diào)了Sirt1 的mRNA 和蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，而許多藥用植物中所含有的巖白菜素（bergenin， BGN）通過上調(diào)Sirt1 和FoxO3a 表達(dá)，激活Sirt1/FoxO3a/NF-κB 信號(hào)通路，顯示了其抗氧化及抗炎作用［40］；同時(shí)，SirT1/FoxO3a 信號(hào)通路和疏水性跨膜蛋白TSPO 與腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞保護(hù)作用相關(guān)［41］；此外，ZHOU 等［42］也證實(shí)，通過靶向miR-19a/b-3p/SirT1/FoxO3a/SPHK1 通路，可抑制缺血再灌注誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥，達(dá)到神經(jīng)保護(hù)的目的。FoxO3a 的磷酸化會(huì)抑制CREBSer133殘基的磷酸化，并誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。Swell1是小膠質(zhì)細(xì)胞容量調(diào)節(jié)陰離子通道的重要組成部分，Swell1 的開放會(huì)激活SGK1-FoxO3a/CREB，促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞存活和M2 樣極化來防止缺血性腦損傷［43］。肉豆蔻提取物則通過哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin， mTOR）信號(hào)通路和FoxO3a 的Ser314 殘基的磷酸化，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，抵抗缺血缺氧誘導(dǎo)的腦組織損傷，并通過調(diào)控AKT/FoxO3a 信號(hào)途徑，抑制慢性腦低灌注引起的腦損害，改善大鼠學(xué)習(xí)和記憶功能［12］。五加科刺五加提取物紫丁香苷（syringin， SYR）也通過促進(jìn)FoxO3a 的磷酸化，抑制其核易位，從而抑制NFκB 的活性，最終達(dá)到減少腦缺血后的神經(jīng)炎癥，對(duì)腦缺血/再灌注損傷發(fā)揮保護(hù)作用［44］。

3.4 FoxO3a 與創(chuàng)傷性腦損傷創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury， TBI）是外力引起的大腦功能和腦組織病理學(xué)變化，會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)炎癥，誘發(fā)繼發(fā)性腦損傷導(dǎo)致慢性神經(jīng)退行性疾?。?5］。研究［46］表明，在TBI 后腦組織中FoxO3a 表達(dá)水平與TBI嚴(yán)重程度、生存時(shí)間均有密切的相關(guān)性，表明FoxO3a 在神經(jīng)元自噬和凋亡以及TBI 后神經(jīng)元功能障礙中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。SUN 等［47］研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury， TBI）大鼠海馬神經(jīng)元自噬被激活，并引起FoxO3a 核易位，誘導(dǎo)FoxO3a 介導(dǎo)的神經(jīng)元自噬，引發(fā)神經(jīng)損傷；反之，敲低FoxO3a 可以抑制TBI 誘導(dǎo)的神經(jīng)損傷，具有明顯的的神經(jīng)保護(hù)作用。

綜上所述，隨著對(duì)FoxO3a 研究的不斷深入，F(xiàn)oxO3a 的功能越來越受到學(xué)者們的關(guān)注，對(duì)它的研究也不僅僅局限于癌癥、腎臟疾病，在神經(jīng)退行性疾病的診治方面也顯示出巨大潛力。異常表達(dá)的FoxO3a 通過多種相關(guān)信號(hào)通路調(diào)節(jié)神經(jīng)元凋亡、自噬和線粒體功能，從而影響神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展，但神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜。未來應(yīng)對(duì)FoxO3a 能否作為神經(jīng)退行性疾病早期診斷的標(biāo)志物以及在神經(jīng)退行性疾病發(fā)展各個(gè)階段的具體作用做進(jìn)一步的研究，為神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制提供新思路，為未來的治療用藥提供新希望。