蛋白酶体与帕金森病

1、蛋白酶体概述
1.1蛋白酶体的结构
蛋白酶体是由Goldberg等人首先分离出来，它包括两种形式：一个分子质量为700 ku的20S蛋白酶体复合物和两个分子质量均为700 ku的19S蛋白酶体复合物，而26S蛋白酶体由20S核心颗粒（core particle，CP）和19S调节颗粒（regulatory particle，RP）组成，20S核心颗粒由α环和β环组成，在真核生物中，α环和β环在结构上是相似的[7]。其分别由7个亚基组成，按α1-7β1-7β1-7α1-7排列成圆桶状结构[8]。其中α环位于两端，β环位于中间，α环中心有一孔道与圆桶内部相连，环口中央被N末端肽链占据，但β亚基的N末端肽链将此孔道完全封闭，防止不该被降解的蛋白质进入圆桶内部而被水解破坏[9]，而β环包括组成型的β1，β2，β5和免疫型的β1i，β2i，β5i；19S调节颗粒位于20S核心复合物的一侧或者两侧，由19个不同的亚基组成，可分为非ATPase类亚基Rpn（regulatory particle non-ATPase protein，Rpn1～13）和ATPase类亚基Rpt（regulatory particle triple-A protein，Rpt1～6）两大类，这两类亚基共同组成了盖子和基底两部分[10]。其盖子由Rpn3，5～9，11，12，15组成，基底由3个Rpn亚基（Rpn1、Rpn2、Rpn13）和6个Rpt亚基（Rpt1～6）组成[11]，基底的Rpt1～6ATPase类亚基形成异源六聚圆环，与20S核心颗粒的α环相连[12]。
2、蛋白酶体与帕金森病
目前，帕金森病的发病机制尚不明确，但近年来大量研究均提示蛋白酶体功能障碍在PD发病机制中起着重要的作用[19]。而蛋白酶体是真核细胞内依赖ATP蛋白质水解途径的重要成分，负责细胞内包括α-synuclein在内的大多数蛋白质的降解[20]，蛋白酶体对蛋白质进行有选择性的降解，这对维持细胞正常的生命活动起着至关重要的作用。Clarke[21]解剖非遗传性帕金森病患者尸体脑部时发现黑质区蛋白酶体的活性降低。有研究发现阻滞26／20s蛋白酶体的功能可导致Pcl2细胞死亡及细胞内包涵体形成[22]。2001年，Rideout等[23]报道蛋白酶体活性受到抑制可诱导PC12细胞凋亡并伴有胞质内泛素、a-synuclein免疫反应阳性包涵体的形成。杨卉，陈生弟等[24]报道利用蛋白酶体抑制剂lactatystin能诱导多巴胺能细胞PC12发生凋亡，蛋白酶体的功能缺陷在帕金森病发病机制中可能发挥重要作用。研究也证明蛋白酶体抑制剂lactatystin能特异性损伤PCI2细胞，结果表明Lactacystin对DA能神经元有明确毒性作用，可诱导DA能神经元变性[25]。赵静等[26]在注射蛋白酶体抑制剂Lactacystin至大鼠黑质部位实验中，发现大鼠黑质部位的α-synuclein mRNA表达量和蛋白表达水平均增加，结果显示蛋白酶体的功能的受损和α-synuclein蛋白的聚集有密切的联系。张宇新等[27]在蛋白酶体抑制剂ALLN（N-acetyl-Leu -Leu -Norleucinal）处理α-synuclein转染的体外培养SH-SY5Y细胞实验中提示蛋白酶体系统功能缺陷可能在PD患者多巴胺能神经元变性、蛋白积聚及包涵体形成过程中发挥重要作用。McNaught等[28]发现，在散发性PD黑质细胞中，蛋白酶体活性明显减弱，其糜蛋白酶样活性下降了39%、胰蛋白酶活性下降了42%、肽酰谷氨酰样水解酶活性下降了33%；McNaught等[29]于2002年进一步研究发现，在散发型PD黑质多巴胺神经元中，20S蛋白酶体α亚单位丢失，蛋白水解功能下降，而脑区的其它部位正常。因此，Mc Naught等[30]认为蛋白酶体介导的蛋白水解功能下降，削弱了黑质细胞对α-synuclein、泛素等蛋白的降解与清除，这可能与散发性PD中Lewy小体形成有关。随后，Snyder H和Manseh K等[31]发现聚集状态的a-synuclein可以与蛋白酶体S6’亚单位结合，从而直接抑制蛋白酶体的活性。李琳，刘振国等[32]构建和克隆野生型和突变型a-synuclein基因得出类似的结论。2004年，MeNaught等[33]报道：给大鼠系统地注射蛋白酶体抑制剂后，经过l-2周大鼠出现了渐进性的帕金森样症状，如震颤、僵直、运动迟缓等，阿朴吗啡和左旋多巴对这些症状有效；病理上大鼠脑内出现了以黑质为主的多巴胺神经元变性，而蓝斑、迷走神经运动背核及Meynert基底核部位亦有神经元变性。残存神经元内存在类似Lewy小体的α-synuclein、parkin免疫阳性包涵体。而后大量研究也得出了与之相同的结论[34，35]。另外，有报道证实PD患者的外周血淋巴细胞的蛋白酶体活性降低[36]。以上发现均提示了蛋白酶体活性下降是神经元内蛋白质聚集及黑质多巴胺能神经元死亡的一个重要过程。
蛋白酶体与帕金森病
摘要】帕金森病是以黑质多巴胺能神经元进行性缺失及α-synuclein聚集和路易小体（LBs）的形成为主要特点的神经系统变性疾病。目前为止，对帕金森病的病因和发病机制研究得并不是很清楚，最近，许多证据显示泛素-蛋白酶体系统功能障碍与PD发病机制之间存在密切关系。而蛋白酶体是泛素-蛋白酶体系统中的降解系统，它主要降解被泛素化了的蛋白质，其活性的变化，会引起靶蛋白不能被正常识别，蛋白水解不能正常进行，靶蛋白在细胞内沉积，形成Lewy小体，最终导致多巴胺能神经元变性坏死。这可能是引起帕金森病发病的原因之一。本文就蛋白酶体与帕金森病的关系做一综述。
1.2蛋白酶体各亚基的功能
蛋白酶体是真核生物中最终的清除装置，它是生物体内的一种重要降解途径，通过降解受损伤的或错误折叠的蛋白质进而调节整个细胞过程，如细胞周期、细胞凋亡、信号转导和免疫应答等[13]。有研究表明[14]尽管有核生物和细菌每个环的亚基组成不同，但它们的催化位点均在20S蛋白酶体的β亚基，蛋白酶体核心部分20S的β5亚单位，具有糜蛋白酶样活性，是蛋白酶体所具有的三大主要的酶活性之一[15]；能够识别蛋白质或多肽底物中大的疏水性残基C端肽键。β2亚基具有胰蛋白酶样活性，能够识别蛋白质或多肽底物中的碱性氨基酸残基，并切断该残基后的肽键；β1亚基具有肽酰谷氨酰样蛋白水解酶活性，能够识别蛋白质或多肽底物中的酸性氨基酸残基，并切断该残基后的肽键。上述各个亚基的活性位点并不是孤立的。研究发现：多肽底物与糜蛋白酶样位点结合时，增强了另外2个位点的活性；而当肽酰谷氨酰样与另2个位点结合时，糜蛋白酶样位点的活性下降，揭示底物一般先由糜蛋白酶样活性位点切割，接着再由其它位点切割，直到产生足以释放的含7-9个氨基酸的小寡肽[16]。20S的α亚单位没有催化活性，其功能是调控被降解蛋白进入20S蛋白酶体的催化核心，并可结合蛋白酶体活化因子PA700（19S），改变20S蛋白酶体的蛋白水解活性，阻止非目的靶蛋白质进入20S内被降解。19S调节颗粒的主要功能是起调节作用，特异性的识别并结合泛素化的靶蛋白，改变靶蛋白构象，泛素化的的蛋白被识别后转移至核心而后通过一系列的去泛素化、去折叠过程将其运送到降解腔，最终实现蛋白质的降解[17]，而负责标记靶蛋白的泛素被解离下来，释放到胞质中循环重复利用，这些过程均需要ATP的参与。其基底位于20S蛋白酶体两侧，可加速底物泛素化及α环的开启；其盖子是多具泛素链的受体，其功能是将已捕获的蛋白去泛素化，从而进入降解腔，完成蛋白质的降解[18]。
【关键词】帕金森病；蛋白酶体
[中图分类号] R977.1+3 [文献标识Байду номын сангаас] A [文章编号]1672-5018（2016）02-254-02
帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种缓慢发生的以静止性震颤、肌强直、运动迟缓、姿势步态异常为典型临床变现、以Lewy小体形成为主要的病理特点的选择性中脑黑质多巴胺能神经元丧失和纹状体多巴胺（DA）含量显著减少的老年神经系统退行性疾病。它的发病机制并不明确，最近在UPS中PD发病机制中的作用已经成为研究的热点，而蛋白酶体是泛素-蛋白酶体系统最终的清楚装置，它是存在于真核生物的细胞浆、内质网、细胞核周区和细胞核中的一类具有多亚基、多催化活性的蛋白酶类[1]，其主要功能是清除细胞内突变的、异常折叠的、被氧化的及被损坏的蛋白质，从而避免了这些异常蛋白对细胞的损害[2]。在过去的几十年中，有越来越多的证据表明蛋白酶体系统在细胞老化和衰老中具有重要意义[3-6]。最近的大量研究发现蛋白酶体功能下降会导致神经元内异常蛋白聚集，功能紊乱，并进一步造成黑质多巴胺神经元的凋亡，这可能参与了PD的发病。本文就蛋白酶体活性的变化和帕金森病的发病关系进行阐述。