α―Syn寡聚体在帕金森症中的毒性及潜在生物标识物的功能分析.doc

a -Syn寡聚体在帕金森症中的毒性及潜在生物标识物的功能分析摘要：中枢神经系统的蛋白聚集被认为是引起 神经退行性疾病的重要特征许多神经退行性疾病， 包括帕金森症（PD），阿尔兹海默症（AD），都与特殊 病原蛋白错折叠形成寡聚体相关，这些小分子蛋白的 聚集体，可能是导致祌经退行性疾病的潜在原因，a -synuclein （a-突触核蛋白，简称a-Syn）蛋白被认为 是导致PD的发病机理，然而，a -syn同样会形成特定 的对细胞具有毒性的寡聚体结构，这些蛋白寡聚体对 细胞的毒性作用，可能成为研宄PD及相关混乱的新 的临床诊断和处理策略本文将讨论a -syn寡聚体在 PD中的毒性机制，并且讨论其成为PD中生物标识物 的可能性关键词：a -synuclein；寡聚体；生物标识物；毒 性"突触核蛋白H这一名词是在1988年首次被提出 来的，它是一类新的含有140个氨基酸的膜蛋白，主 要是从神经组织的突触前末端和神经元细胞核中分离 出来的突触核蛋白家族包括a-syn、0-syn和y-syn三类高度同源的蛋白质，其中a-syn异常的聚集行为 与帕金森病（PD）有一定的关系当前，临床上对PD 患者的诊断和治疗依赖于患者的基本运动面貌：休息 性震颤，僵硬，运动徐缓，并且丧失姿势反射。

该方 法在疾病的早期阶段是有限的诊断方法中最好的，其 准确率是可以达到90%o更重要的限制是与PD相关 的祌经退行性过程之前的约70%的神经元在腹侧中脑 黑质在电机的特点是电机症状开始出现了越来越多 的认识确定非运动性的特征可以先于运动性特征，这 可以为PD的治疗提供早期的诊断［1］在生理条件下，ct -syn富集在突触前端被认为对 神经传递素的弃放起重要作用，还具有保护神经终端 不受伤害的功能［2］在临床诊断之前，a-syn寡聚体 可以作为个人PD鉴定的风险性因子ct -syn寡聚体的 检查也可以监控疾病级数，并且对治疗作回应的标识 如果a -syn寡聚体毒性可以引起PD中神经元的死亡， 那么，这些寡聚体在临床症状出现以前就已经呈现出 来，这些呈现出来的特点就可以为PD患者的诊断提 供重要的暗示也就是说，a-syn蛋白寡聚体可能潜 在生物标识物的功能本文将讨论a -syn寡聚体潜在 的毒性机制，并且在此基础上讨论PD病中ct -syn蛋白 寡聚体作为生物标识物的可能性，这将为PD早期阶 段的诊断和治疗提供一定的参考1 a-Syn蛋白寡聚体脑中a-syn主要的生理形式是未折叠的单体，a -syn在天然构象中却会呈a -螺旋的折叠四聚体结构， 这种病源的a-syn蛋白从单体到包涵体，需要经过多 级的过程，这与阿尔兹海默病中的P -淀粉样蛋白相似， 起初都是因为蛋白的错折叠，导致寡聚体的形成并且 最终形成纤维和包涵体。

N-端重复区域由氨基酸残基1-60组成，此区域为 高度保守区，它包括6个两性的含11个氨基酸的重复 序列，即KXKEGV此区域为a-螺旋结构，由于区域 里的赖氨酸分子之间存在静电吸引力，它能结合带负 电的磷脂所以，此区域也是a-syn与膜结合发生相 互作用的重要区域此外，N-端重复区域里还存在两 个突变位点，它们分别是A30P和A53T，研究表明，这两个突变型使a -syn更容易发生聚集，形成寡聚体 处于ci-syn中心区域的为非A 0复合物区（NAC），这 个区域也是a -syn区别于P -syn和y -syn的特征区域， 它由非极性链组成，主要与a-syn发生聚集和产生细 胞毒性有关，研究发现，3 -syn由于缺失NAC区域而 不易发生聚集此区域能促进a-syn发生聚集，形成片层结构，从而形成类似于AP的纤维酸性C-端区域（残基96-140）包含15个羧化物，显酸性在 残基125-140这一小段区域里，包括4个磷酰化位点， 它们分别是Tyr-125、-133、-136和Ser-129，这些位 点有的可以被Src家族蛋白激酶磷酰化，有的也可以 被G蛋白耦联受体磷酰化研究表明，这写磷酰化位 点可能与a -syn伴侣蛋白的行为有关［3］。

两个或多个单体的聚集会形成可溶性的寡聚体， 也被称为原纤维，因为它是纤维形式的中间体，a-syn 寡聚体最初的特点描述来自体外实验，a-syn自发形 成聚集体，并且高浓度的a-syn更加容易发生聚集， 原子力显微镜可以直接观察4〜24 nm的寡聚体，各种 各样的寡聚体形态被观察到，包括球状的、链状的、 环形的、以及管状的寡聚体结构在体外形成纤维后 这些寡聚体消失，a-syn寡聚体形成过程与形态相似 于体外形成的其它寡聚体，包括淀粉质蛋白及突变 的亨廷顿蛋白，支持它们共同的聚集过程［4］2 ot-syn寡聚体潜在的毒性机制及处理策略2.1 a-Syn寡聚体的生理功能生理条件下，a -syn可以通过与SNARE家族成员相互作用从而响突触 小泡的释放；在病理条件下，a-syn会发生进行性聚 集形成寡聚体，这种寡聚体具有细胞毒性，会导致神 经元衰退或死亡，从而导致PD及其他神经元变性疾 病在牛脑中，Cl -syn和0 -syn组成了磷脂酶D2的抑 制剂，而这种酶可以催化磷脂酰胆碱水解为磷脂酸，并促进运输分泌囊泡的生成研究表明，在高浓度的 磷脂酸的条件下，a-syn可与分泌囊泡结合，通过与 囊泡结合的这种方式，a -syn能对膜的运输进行调节。

被敲除a -syn基因的老鼠，与野生型的老鼠相比较， 其表现性并未发生改变但是对敲除a -syn基因的老 鼠进行细胞培养，却发现老鼠的多巴胺释放水平发生 了改变，且突触小泡的数量也发生了改变所以，a -syn可调节多巴胺的释放和突触小泡的运输［5］2.2 a-Syn寡聚体的毒性机制cl-Syn寡聚体如何 调节细胞的死亡，尚未完全阐明，可能涉及到许多不 同的细胞内和细胞外的机制①在细胞质中，蛋白平 衡通过细胞分裂错折叠的蛋白质，或者降解那些难以 折叠的蛋白，蛋白降解主要是通过溶酶体和分子伴侣 系统来维持平衡a -Syn寡聚体可能通过抑制这些调 节系统和破坏蛋白平衡来促进细胞的死亡；②过量表 达a -syn同样可以抑制溶酶体酶葡糖脑苷脂酶，a -syn 调节的细胞毒性与内质网的慢性应激存在一定的联系， 最近使用转基因老鼠研究表明，a-syn寡聚体可以在 ER的腔内产生，并且聚集在ER内，使神经元对于慢性应激非常敏感；③PD患者的尸检显示，a-syn寡聚 体在ER分隔内聚集，暗示，毒性的ct-syn寡聚体在细 胞空间内聚体，可能会调节神经退化是通过ER的慢性 应激作用④ct-Syn寡聚体在细胞外空间展示不同的 细胞毒性，依靠他们的形态学，环形的寡聚体具有形 成孔道的活力。

使用环形构象的a-Syn寡聚体处理多 巴胺能的细胞系或培养的神经元原代细胞，结果发现 在细胞内出现钙离子而a-Syn单体没有效果；⑤通过 改变谷氨酸盐受体，细胞外对培养的海马神经元采用 这些寡聚体，会增加AMPA受体调节的兴奋性后突触 电流的幅度;⑥在PD中a -syn种子和prion-like的过 程通过多组健康的多巴胺能神经元转入PD脑中并且 最终形成LBs;⑦a -syn从细胞内的空间释放进入细胞 外，可以通过被动的方式释放，例如，膜的分裂及泄 漏同时伴随着细胞的死亡，活性过程包括，胞吐作用 和钙依赖的包涵体分泌机制，同样可以调节细胞内a -syn的释放［5］邻近的细胞吸收细胞外的a -syn主要 是通过内吞作用来完成，总之，这些发现表明，a-syn 寡聚体种类在朊蛋白样在PD神经退行中存在2.3可以减少a -syn寡聚体毒性以减缓和阻止神经退 化的潜在处理策略蛋白聚集过程中会有许多步骤，这 些策略就是针对各个步骤产生的，包括细胞内和细胞外的a -syn寡聚体池最主要的目标是直接或间接地 减少毒性a -syn寡聚体的含量，并且破坏已经形成的 寡聚体，促进寡聚体的降解，或者使毒性的寡聚体转 变为非毒性的寡聚体形式，还可以通过抗体或基于细 胞机制去隔离或清除这些寡聚体，以阻止细胞与细胞 之间的传递。

总之有以下可行的办法：①a-syn的翻 译后修饰可以影响形成低聚物的倾向，可能会导致降 低寡聚物药物的产生；②使用小分子或者合成肽来直 接阻碍或破坏ct -syn寡聚体的形成是减少寡聚体导致 神经退化的另一种策略，小分子酚类化合物姜黄素， 一种在香料姜黄中发现的多酚复合物，最近被证明对 a -syn单体具有高亲和力；③不同于小分子和合成肽 可以特异性地识别氨基酸或蛋白的短序列，抗体却可 以针对蛋白的构象并且有助于发展寡聚体特异性的耙 治疗；④一种间接的以降低有毒a -syn寡聚体为策略 的办法是，上调细胞内和细胞外负责调节低聚物含量 的系统特异性的分子伴侣包括Hsp70可以减少a -syn 寡聚体很可能是多种机制［6］3 a-syn寡聚体可能作为PD生物标识物 如果a -syn寡聚体毒性真的可以引起PD中神经元的死亡，这些寡聚体在临床症状出现以前就已经呈 现出来，那么这些呈现出来的特点就可以为PD患者 的诊断提供重要的暗示当前临床上对PD患者的治 疗依赖于患者的基本的运动面貌：休息性震颤，僵硬 的，运动徐缓，并且丧失姿势反射该方法在疾病的 早期阶段是有限的诊断方法中最好的，其准确率是可 以达到90%o a -Syn寡聚体可以充当一个生物标志物， 在临床诊断之前，可以作为个人PD鉴定的风险性因 子。

a-syn寡聚体的检查也可以监控疾病级数，并且 对治疗作回应的标识4 a-syn寡聚体作为PD生物标识物可行性分析 a-syn寡聚体作为一个有用的生物标识物，可靠地检测患者脑中寡聚体的含量必须做到可靠，便宜， 没有侵害性确定血浆和/或脑脊液中的a -syn寡聚体 是不是真正作为生物标识物用于诊断PD在早期阶段 或作为预期无临床症状的潜在性的PD患者，还需要 大量的具有很好控制的研究其它的对于流动的生物 标记还没有开始研宄，包括一些研宄测试唾液和尿液 中a -syn寡聚体的浓度但是a -syn寡聚体在体内含 量的测试可能会受到限制，因为它们在体外会随着时 间和浓度发生改变在体内，还需要更多的充分的有 用的技术可以用来直接测量a-syn寡聚体浓度，放射 配体结合脑成像技术，例如PET和SPECT技术，对于 患者脑中的a -syn寡聚体可能提供一个非侵害性的方法[7]5结论蛋白质聚集在神经退行性疾病中普遍存在，致病 蛋白与神经退行性疾病的聚集体之间的关系认识的不 断发展，目前研究的a -syn寡聚体在PD的发病机制中 的作用，在PD等神经退行性疾病的蛋白质包涵体， 不代表唯一的神经毒性蛋白实体，寡聚体作为毒性实 体，可能在神经退行性疾病的起到重要的作用，如果 a -syn寡聚体的假说是正确的，它将有可能作为生物 标识物，在神经保护疗法中，实现对PD和其他神经 退行性疾病进行保护性治疗。

参考文献：[1] Hughes AJ， Daniel SE, Lees AJ. Improvedaccuracy of clinical diagnosis of Lewy body Parkinsons disease[J].Neurology, 2001，57: 1497-1499.[2] Ueda K， Fukushima H, Masliah E， et al. Molecular cloning of cDNA encoding an unrecognized component of amyloid in Alzheimer disease[J].Proc Natl AcadSci，1993, 90： 11282-11286.[3] J. Ignacio Gallea, M. Soledad Celej， et al. Structural insights into amyloid oligomers of the 。