α—突触核蛋白与帕金森病相互关系研究进展

α—突触核蛋白与帕金森病相互关系研究进展α-突触核蛋白是一种可溶性小分子蛋白主要在中枢神经系统的突出前末梢
表达。

近年来关于α-突触核蛋白和帕金森病等神经退行性病的密切关系被广泛报道越来越多。

在本综述中，详细介绍了α突触核蛋白的构成、生理功能和作用、病理生理、聚合机制等方面的研究进展，从α-突触核蛋白的角度理解帕金森病的发生机制。

标签：α-突触核蛋白；中枢神经系统
帕金森病（Parkinson’s Disease，PD）发病率在65岁以上人群中高达1%，神经系统退行性疾病中排在第二位，尤其男性罹患为多[1]。

PD的临床特点集中在严重的运动性症状，包括静止性震颤、肌强直、姿势反射异常以及运动减少[2-3]。

这些症状障碍可以与自主神经功能障碍、抑郁障碍、痴呆等其他神经精神功能障碍伴发[4]。

病理学上PD特点为黑质致密部多巴胺神经元显著的退行性变，导致纹状体投射区或脑干多巴胺神经元投射的减少以及一系列运动皮质系统有关的运动功能障碍。

这一神经退行性变伴随着存活多巴胺神经元和受累神经细胞胞浆和突触中路易小体的表现，但具体机制目前尚不清楚[5]。

尽管许多研究者试图阐明选择性多巴胺神经退化的机制，但PD仍是一种病理研究不明的散发性神经退行性疾病。

基因和环境危险因素目前收到广泛的关注，但神经退行过程的始动因素目前仍不清楚[6]。

基于目前研究，迟发型原发性PD是由于复杂的多重易感基因和环境因素引起的。

此外，若干PD单基因家族类型以發病早和显性或隐性以遗传染色体病为特征。

在众多与PD可能的基因中，四种PD有关的突变包括α-synuclein[7]、parkin[8]、泛素羧基末端水解酶（ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L-1）[9]和DJ-1[10]。

尽管伴有特殊基因缺陷的家族性PD患者只占所有发病人群的一小部分，但对这些病例的研究可以有助于我们发现造成多因素散发性PD的核心蛋白通路。

与α-syn编码有关的基因突变受到的重视，原因就在于在大多数家族性或散发性PD患者中，病理发现其路易小体中存在大量α-Syn纤维沉积[11-12]。

这一观察发现说明了尽管α-syn属于PD患者中不常见突变，但通过一些不正常的代谢性过程的积累，这些蛋白在家族或散发性PD的病例中起到了重要作用。

1 α-syn的分布和结构
α-Syn和β-Syn、γ-Syn同属于synuclein家族[13]，该家族蛋白只存在于脊椎动物中。

α-Syn在脑部（尤其是新皮层、海马、纹状体、丘脑和小脑）的突触前末梢中广泛表达[14-15]。

α-syn基因定位于4q21[16]。

所有突触核蛋白的基因排序均类似，但是只有alfa-Syn与疾病相关。

α-Syn最初在太平洋电鳗”加州电鯆”的放电器官中被发现。

数百种保守的α-syn蛋白类似物存在于人类、鸟类、小鼠、
小牛、大鼠等物种之中，但在果蝇、线虫等地等生物中则未发现。

人类α-syn在突触前蛋白中占大多数，并在细胞核周围位置被非Aβ成份识别（NAC，non-Aβcompon ent）识别，NAC在阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease，AD）患者胞外广泛沉积。

α-Syn是一种极耐热小分子蛋白（14kDa），由140个氨基酸残基组成[13]。

α-Syn是可溶性、非自发折叠性蛋白，主要结构为随机螺旋[17]，但在与其他配体蛋白结合后可引起原结构状态改变和折叠，获得二级结构元件[18]。

α-syn的序列可分为三个结构域。

高度保守的氨基末端α-syn域（1-65残基），包括6段，由11个氨基酸不完全重复拷贝KTKEGV序列，该结构域在溶液中无法单独存在，但可以α螺旋结构（该结构由两个不同的α螺旋构成，易被阻断）[19-20]。

该α双股螺旋是A2脂蛋白结合域的位点[21]。

与其结构特征相匹配，alfa-syn倾向于结合于负电荷的磷脂双分子层并形成α螺旋[17-18，21]，提示该蛋白通常为膜相关性。

最近研究发现，脂质环境可以促进α-syn折叠并且加速α-syn沉积，提示脂质相关性的α-syn的异常折叠有关，α螺旋形成域上可能形成两个无意义突变。

在p53位点将丙氨酸改为苏氨酸，在p30位点将丙氨酸改为脯氨酸，以上这些突变被发现是引起早发性PD的染色体改变。

A53T突变发现于意大利-希腊家族PD患者的路易小体中，而A30P突变则发现于德国的小型PD 家族内[22]。

以上这些突变造成了α-syn更易于随机螺旋，进而使沉积更易发生。

有研究发现A30P和A53T突变增加α-syn的寡聚化的比率，A53T增加纤维形成率，而A30P则降低之[23]。

α-syn中心疏水域（66-95残基）称为NAC，这也是AD淀粉样蛋白的第二大组成部分[24]。

它可以淀粉样形成倾向，可以是随机螺旋改变为β片层结构并形成Aβ样蛋白原纤维或蛋白纤维[25]，这也是α-syn和β-syn以及γ-syn的显著区别。

NAC在Ser87位携带一个磷酸化位点[26]。

α-syn酸性C末端（96-140残基）没有确认的结构元素，但拥有强烈的负电荷酸性氨基酸。

与其余两个区域的高度保守不同，C末端在不同物种中表现在体积和次序方面差异巨大[27]。

C末端含有一个酸性区域（125-140残基）对于α-syn 的伴侣样生理所用至关重要，研究发现C末端的突变后α-syn的伴侣作用消失[28]。

C末端在Tyr-125、-133、-136和Ser129区域发现了磷酸化位点[29]。

Tyr-125残基可被两个Src家族蛋白酪氨酸激酶，c-Src[30]和Fyn[31]磷酸化。

被Src家族激酶磷酸化有不会阻止和促进alfa-syn的多聚化。

α-Syn在体外环境下已被证明为蛋白酪氨酸激酶p72syk显著的底物。

一旦被syk或其他酪氨酸激酶酪氨酸磷酸化，α-Syn会出现失去寡聚化的能力，这说明酪氨酸有明确的抗神经退行性病变的作用。

考虑到α-syn需要C末端来完成伴侣样作用，可以想象到这一区域被酪氨酸磷酸化后可能使alfa-syn作用受到影响。

然而这一过程在体内尚未被完全证实。

α-Syn可以被蛋白激酶CKI和CKII等丝氨酸磷酸化[26]。

Ser-129残基也可以被G蛋白偶联受体蛋白激酶（G-coupled receptor protein kinases，GCRP）磷酸化[32]。

研究发现磷酸化的Ser-129通过改变α-synC末端电势分布和疏水性来促进alfa-syn纤维细丝的寡聚化[33]。

分布广泛且选择性的α-syn在Ser-129位点上的磷酸化在包括路易小体在内的许多突触核蛋白病理损伤中被发现。

另一些C 末端残基翻译后修饰包括Ser-129位点的甘氨酸化[33]以及Tyr-125、-133和-136
位点的硝酸化[34]均可引起α-syn的沉积。

2 α-syn的生理功能
一些研究发现α-syn在突触前膜水平有膜整合的有关功能。

在斑马禽中，α-syn在其学习歌曲的关键时间段于相应区域有短暂性表达。

在小牛脑中，α、β-syn是D2磷酸化酶的抑制剂，可以催化磷脂酰胆碱水解为磷脂酸（Phosphatidic Acid，PA），进而可以启动分泌性囊泡的产生。

α-Syn可以在PA高水平情况下与之结合，可能参与分泌性囊泡的膜定位。

α-Syn敲除小鼠只在成对电刺激下展现出黑质末梢多巴胺分泌增加，提示alfa-syn是活性依赖的多巴胺的负性调节因子。

α-Syn已被发现结合与快速轴浆转运囊泡。

从培养的原代海马细胞中清除α-syn，可以在电镜中看到远端突触前膜内囊泡的减少。

3 α-syn的伴侣样作用
分子伴侣是蛋白通过在活体调节结合与释放作用，避免不可逆聚集和促进非本体蛋白正确折叠的蛋白。

α-Syn可以同脂质分子层一样与多种配体和细胞蛋白结合，提示其可以在体内发挥伴侣作用以调节配体和细胞蛋白的活性。

近年来的报道称α-syn氨基末端与分子伴侣14-3-3拥有40%同类氨基酸，提示这两种蛋白可能具有相同的功能。

分子伴侣14-3-3在脑内大量存在，构成脑内1%的可溶性蛋白。

伴侣14-3-3在路易小體中聚集，参与神经发生和细胞生长，以及通过拮抗BAD抗凋亡。

α-Syn与伴侣14-3-3结合同样的蛋白[43]，其中包括三种影响细胞生存能力的蛋白PKC、BAD、ERK。

α-Syn与14-3-3相互结合，两种蛋白在PD脑内形成54-84kDa的蛋白复合物[42]。

该复合物选择性地在黑质而非小脑或皮层增多。

因此，α-syn可能与14-3-3结合，使14-3-3蛋白减少，进而组织其抗凋亡的作用，增加细胞应激状态下的易感性[42]。

14-3-3和α-syn均可与酪氨酸羟化酶（Tyrosin Hydroxylase，TH）结合，该酶是儿茶酚胺合成的限速酶，14-3-3可以刺激TH的作用，而α-syn则抑制TH的作用[36]。

α-syn和14-3-3的生理功能同样性提示α-syn发挥蛋白伴侣作用，对抗应激反应。

然而野生α-syn过量表达或其突变体A53T和A30P过量表达则会产生毒性，可能与其抑制PKC或者α-syn与BAD、ERK等蛋白相关。

4 α-syn的病理生理
α-syn和神经系统退行性疾病的联系最早由Ueda等提出[13]提出。

他们提出在AD患者淀粉样斑块中提纯出的一种称为NAC的短肽，就是α-syn。

α-syn基因的两类无意义突变A53T[7]和A30P[22]，与欧洲发现的早发型家族性PD有关。

据报道称这些异常α-syn蛋白在多巴胺神经元的沉积和积累引起了虽有的神经退行性病[22]。

关于三者形成的纤维缠结的结构基础目前研究甚少。

目前已知A53T和A30P 与α-syn一样在生理状态下并不聚集，但在何种情况下改变正常的聚合状态目前还不得而知[7]。

α-syn沉积也不只出现于早发PD中，往往在经典PD、AD、LBD、MSA等神经退行性病中也有发现。

α-syn的聚合伴随着其由随机缠结向β片层过渡的过程[8]。

X光纤维和电子衍射研究发现α-syn纤维细丝便显出一种典型的淀粉样结构形态-cross-β形成物[49]。

PD患者中存活的多巴胺神经元的通常形式是LBs和LNs[50]，后者不只存在于黑质，也存在于迷走神经背核、Meynert基底核以及蓝斑中[51]。

LBs不是正常细胞内的包涵体，直径5～25 μm，由致密核和外周清晰的晕构成。

光镜下，LBs包括一个嗜酸性粒细胞核心和一个放射状纤维细丝颗粒物为背景。

α-Syn是LBs纤维细丝和畸形LNs的主要组成部分[47]。

5 α-syn的聚合机制
在老年脑病和其它退行性疾病中蛋白的异常聚集较为常见，但机理往往不明。

在体外模型中，α-syn可以模拟PD患者脑内聚合形成的纤维细丝[52]。

α-syn 疏水区分离出的蛋白NAC则至AD斑块的第二大来源[53]。

正常α-syn和A53T、A30P有随机缠结的形态，并且在低浓度是不能形成二级结构，但在更高浓度是则表现出自发聚合形成纤维斑块的倾向[54]。

目前已有各种关于PD相关突变蛋白之间的聚合状态各不相同的报道[55]。

就单体α-syn在体外通过挂句话形成稳定的纤维态寡聚化比例而言，突变蛋白要高于野生型蛋白，A30P纤维化率高于A53T[56-57]。

α-syn聚合的机制已经提出，其中最受广泛关注的包括泛素蛋白水解酶系统（UPS）和氧化应激。

UPS是正常或异常的胞内蛋白首要的降解途径[58]。

该途径功能功能障碍导致蛋白沉积和细胞死亡[59]。

通过UPS降解包括两个连续的过程：首先，蛋白水解底物被多种泛素分子通过泛素结合酶结合，随后标记蛋白被26S蛋白水解酶水解，并重新释放出泛素[58]。

26S蛋白水解酶属于多重催化蛋白酶家族，位于胞浆内质网和核周质[60]。

越来越多的证据显示泛素以来的蛋白降解可能在多种神经退行性病中发生。

PD和DLBD的关键病理特征为泛素化胞浆内涵体[61]。

在PD中，LBs在黑质致密部的多巴胺神经元中形成。

在DLBD中，生化分析尸检组织的皮层发现，LB-泛素以多重泛素链形式存在而非单体存在[62]。

这些发现提供多链蛋白可能由于蛋白水解酶降解途径障碍而形成。

除泛素外，LBs还包括α-syn、26S 蛋白酶亚基，以及其他蛋白复合物如parkin、14-3-3蛋白和synphilin-1，后者形成含有α-syn的复合物，然后由E3泛素连接酶活化使之泛素化[63]。

尽管LBs 不存在，单纯选择性的毒性αSP22积累在parkin相关的PD脑中存在[8]，提示parkin突变可能更易使α-syn在可溶性非纤维化的形式积累。

总结起来。

这些发现说明UPS活性下降可能与PD形成的神经退行性疾病有关。

α-syn聚集的另一个机制可能包括氧化应激。

该机制不仅引起α-syn聚集，并可能通过动态平衡合成达到毒性寡聚物的形成[64-65]。

其它体外实验也显示α-syn的过度表达引起胞内离子依赖的异常聚集[66]。

6多巴胺和α-syn
一种觀点认为PD病理与ROS的作用有关，可以引起氧化应激和线粒体损伤导致细胞死亡[67]。

黑质神经元多巴胺代谢产生ROS和其它过氧化物如多巴
胺醌和各种氧化物，通过自氧化或单氨氧化酶街道的氧化去氨基作用[68-69]。

ROS和多巴胺醌的产生导致离子复合增加[70]、超氧化物歧化酶增多[71]、脂质氧化、谷胱甘肽减少、DNA受损、线粒体呼吸链活性下降以及细胞死亡[72]。

α-syn过度表达特别是突变可能通过胞内ROS的过度表达增加多巴胺神经元的易感性引起细胞死亡[73]。

多巴胺神经元的退行性变也可由于脑内清除过氧化物能力下降。

抗氧化能力下降已在PD中报道[74]。

由于突变诱发培养的多巴胺神经元凋亡可引起α-syn的积累，但非多巴胺神经元凋亡率则下降[42]。

α-syn突变引起的神经毒性在低浓度即可，但在野生型多巴胺神经元中则需要更高浓度，并且突变的皮层神经元中的蛋白保持作用也减弱[42]。

多巴胺选择性α-syn毒性与内源性多巴胺产生和随后产生的ROS相关，因为TH抑制剂可以阻止α-syn引起的多巴胺神经元毒性。

多巴胺以来的神经毒性由54～83 kDa可溶性蛋白复合物α-syn和14-3-3蛋白水平升高诱导，14-3-3蛋白活性降低可以增加由多巴胺代谢引起的ROS危害易感性。

已经报道野生型α-syn过度表达可能调节多巴胺的生物合成，表现出一些酶在不同作用。

TH的作用，作为催化儿茶酚胺的生物合成的限速酶[75]，可能因α-syn的结合或减少其基因表达被负性调节[76]。

另外，在野生型α-syn多度表达也引起芳香酸多巴脱羧酶基因表达减少[77]。

因此，对于催化作用，TH需要四氢生物蝶呤（BH4）作为共同因子。

任何减少BH4的因素可以减少多巴胺合成。

野生型α-syn过度表达也可能通过抑制BH4产生的关键酶（包括GTP和墨蝶呤）达到减少多巴胺的目的[77]。

可溶性α-syn的减少可能发生于α-syn mRNA下调或刺激引起纤维形成。

α-syn活性的失抑制可能导致多巴胺浓度并进一步引起ROS产生。

总之，这些数据说明α-syn调节多巴胺的合成。

由于PD引起的聚集或合成减少引起α-syn功能减少，可能选择性干扰多巴胺合成并负性影响多巴胺神经的存活[76]。

总之，目前有大量证据报道证明遗传和环境因素参与PD的发生与发展。

在PD众多的病因中，α-syn越来越受到重视。

尽管α-syn在正常情况下为调节突出前膜的可塑性，但在研究进展中发现病理状态下对于多巴胺神经元的毒性使之成与PD密切相关的重要因素。

在未来PD病因的研究中α-syn可能成为另一个要点。

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編辑/张燕。