自噬在帕金森病中的作用与影响因素

薛陆明;陈梅玲

【摘 要】自噬是细胞清除异常聚集和错误折叠蛋白以及受损细胞器,保持细胞稳态的一种重要机制.近年来越来越多的证据提示自噬和帕金森病发病有密切关系.目前已知的帕金森病相关基因SNCA、LRRK2和PINK1/PARKIN等在帕金森病发病中起重要作用,并与自噬相关.笔者简述自噬及其影响因素在帕金森病的研究进展. 【期刊名称】《华夏医学》 【年(卷),期】2017(030)001 【总页数】5页(P176-180)

【关键词】自噬;帕金森病;帕金森病相关基因 【作 者】薛陆明;陈梅玲

【作者单位】桂林医学院,广西桂林541004;桂林医学院,广西桂林541004 【正文语种】中 文 【中图分类】R741

帕金森病(Parkinson′s disease，PD)作为神经系统第二大神经退行性疾病，老年患者发病率达2%，且85岁以上的人群发病率可达5%[1]。PD临床上以静息性震颤、运动迟缓、肌肉僵硬强直和姿势步态异常为主要特点。PD的主要病理改变是中脑黑质致密部多巴胺(dopamine，DA)能神经元变性坏死及嗜酸性包涵体即路易小体(Lewy bodies，LBs)的形成[2]，其病因及发病机制尚未清楚，目前认为，年龄、遗传因素、环境因素、线粒体功能障碍、内质网应激等因素[3-4]都与其发

病密切相关。最近的研究表明，自噬参与了帕金森病发病[5]。

自噬在真核细胞中广泛存在，是指细胞依赖溶酶体对自身受损的细胞器和异常聚集的蛋白进行降解，维持机体基本功能，从而使自身处于稳态的一种自我保护机制。在应激条件下(如营养物质缺乏，感染，氧化应激等)，自噬通常被激活，从而清除细胞内异物和异常的细胞，从而维持机体平衡。

自噬有3种形式；大自噬(macroautophagy)、小自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)[6-7]。大自噬是最重要的一种形式，通常所称为自噬，主要降解长寿命的蛋白质和受损细胞器。单一的膜结构在被降解物周围凹陷形成一个杯口状的双层膜结构，不断包裹、延伸形成一个球状，即自噬小体形成，然后与溶酶体结合形成自噬溶酶体，包裹物被溶酶体水解酶降解为小分子物质后释放至胞浆，参与细胞新陈代谢。小自噬并不形成自噬体，而是直接通过单层溶酶体膜降解包裹的内吞物。分子伴侣介导的自噬(CMA)主要特点是有选择性，HSC70特异性识别和结合含5肽序列-KFERQ的蛋白底物形成复合物，溶酶体受体LAMP-2a与该复合物识别、结合后转运至溶酶体进行降解。3种自噬类型相互协调，维持细胞的稳态。

目前，在真核生物和哺乳动物中发现了30多个自噬相关基因(autophagy related gene，Atg)，这些自噬基因编码的自噬相关蛋白构成自噬的核心分子机制。根据自噬基因及其蛋白在自噬不同阶段的作用，参与自噬分子基因及蛋白主要分为ULK1/Atg13、Vps34/PI3K-Beclin复合物、Atg5/Atg12和Atg8/LC3连接系统以及Atg4/Atg7[8]。①ULK1/Atg13：ULK与Atg13和FIP200存在于一个复合物中，受自噬分子雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的。当营养充足时，Atg13-FIP200-Atg101复合体与mTOR相互作用，mTOR 介导的ULK1磷酸化失活从而抑制自噬发生；当营养缺乏时，mTOR与Atg13-FIP200-Atg101复合体分离，对ULK1抑制作用减弱，ULK1激活并磷酸化Atg13、FIP200、Atg101，从而诱

导自噬[9]。②Vps34/PI3K-Beclin复合物: PI3K-Beclin复合物是自噬过程参与膜的形成的关联分子，能促进ATGs的聚集。PI3K复合物包括PI3K蛋白Vps34、beclin1、p150。Vps34是Ⅲ型PI3K，能通过三磷酸磷脂酰肌醇(PI3P)的生成，募集ATGs促进膜的伸展。Beclin1主要由内质网Bcl-2释放而来[10]。这两种复合物主要在自噬膜发生阶段起作用。③Atg5/Atg12和Atg8/LC3连接系统：Atg5/Atg12和Atg8/LC3这两个泛素样连接系统在自噬小体的形成过程中发挥重要作用[11]。在Atg5/Atg12系统中，Atg7(E1样酶)活化Atg12，然后转运到Atg10(E2样酶)；Atg10使Atg12和Atg5共价结合形成Atg5-Atg12复合体，该复合体与Atg16结合，形成一个位于膜表面，与膜的延展有关的大综合体，即Atg5-Atg12-Atg16多聚体。在Atg8/LC3系统中，LC3在Atg4作用下形成LC3-Ⅰ,并暴露出其羧基端甘氨酸残基。LC3-Ⅰ在Atg7和Atg3(E2样酶)的作用下与磷脂酰乙醇胺(PE)结合形成LC3-Ⅱ。LC3-Ⅱ是自噬小体形成的标志，LC3-Ⅱ在自噬小体与溶酶体结合后被降解[12]。④Atg4/Atg7: Atg7介导了Atg12、Atg5与Atg16形成复合物，该复合物可被Bclin1激活。Atg4主要用于Atg8剪切，介导LC3-Ⅱ与LC3-Ⅰ之间的转化。二者主要参与自噬体膜和自噬小体的形成过程。

自噬发生的信号调节主要包括依赖mTOR和不依赖mTOR途径。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是一种营养感受器，mTOR可以抑制自噬的发生，使用雷帕霉素可抑制mTOR活性从而激活自噬。mTOR受Ⅰ型PI3K/Akt和LKB1/AMPK等信号通路的调节[13]。Ⅲ型PI3K是不依赖mTOR的自噬通路，Ⅲ型PI3K与Bclin 1(酵母Atg6同源基因)结合，诱导自噬发生。此外自噬的调节还与胰岛素、ROS、Ca2 +等因子相关，各个通路和因子相互协调，保证自噬正常进行[14-16]。 3.1 SNCA与自噬

SNCA是第一个发现的帕金森病相关基因，主要编码α-突触核蛋白(ɑ-synuclein)，α-突触核蛋白是由150个氨基酸组成的小分子蛋白质，正常情况下，形成稳定的α-螺旋结构。PD患者突变使α螺旋结构被破坏，形成错误的β折叠，并进一步聚集，最终导致神经变性。研究通过观察ɑ-synuclein的降解途径，不溶性ɑ-synuclein主要通过自噬途径清除，可溶性ɑ-synuclein则主要通过蛋白酶降解，突变的ɑ-synuclein则通过自噬途径的激活来降解[17]。研究发现，自噬途径的抑制可导致α-synuclein在细胞内的堆积，抑制自噬作用，并导致神经退行性变的恶性循环[18]。 3.2 LRRK2与自噬

LRRK2是目前帕金森病发病机制中最重要的遗传因素，3%～7%的帕金森病患者发病的遗传因素是LRRK2的突变。目前已经发现50多个LRRK2的突变位点，其中G2019S突变是最常见的原因。LRRK2主要编码一个由2 527个氨基酸组成LRRK2蛋白，LRRK2基因突变可以增强LRRK2激酶活性，影响神经元生长参与帕金森病发病[19]。最近研究表明，野生型LRRK2可以通过CMA途径降解，而帕金森病相关基因LRRK2的突变可以抑制CMA的功能，导致ɑ-synuclein的堆积，影响帕金森病中分子伴侣介导的α-突触核蛋白自噬降解[20]。LRRK2突变抑制CMA机制主要是通过结合溶酶体表面的Lamp2影响其正常功能。在转染G2019S突变体的神经细胞中自噬囊泡明显增多并伴有突起的生长抑制，这一表型可以被Atg5或Atg7siRNA缓解，被自噬诱导剂雷帕霉素增强，提示自噬参与G2019S突变体神经生长抑制作用。 3.3 PINK1/PARKIN与自噬

研究表明，线粒体功能障碍可以引起帕金森病 [21]，功能受损的线粒体会对正常线粒体产生损伤，对机体造成损害。为应对这种应激引起的损害，机体进化出线粒体质量控制途径，即线粒体自噬。

线粒体自噬指机体在外界因素作用下，细胞内出现线粒体损伤，损伤的线粒体通过自噬途径选择性清除，以维持细胞内环境的稳定。PINK1和Parkin是帕金森病中介导线粒体自噬的两个致病基因，二者分别编码PINK1和Parkin蛋白。研究表明，PINK1位于Parkin的上游，二者共同作用，参与线粒体自噬的调节，对线粒体的质量进行。当线粒体损伤时，PINK1被募集到线粒体外膜，诱导线粒体自噬，清除受损线粒体。但在PD患者中PINK1和Parkin突变，受损线粒体募集PINK1和Parkin出现障碍，线粒体自噬清除作用被抑制，导致受损线粒体清除障碍，受损线粒体在细胞内堆积，活性氧大量产生造成神经元损伤[22]。因此，PINK1和Parkin的正常功能维持，是线粒体自噬水平正常的保障，也是减少或避免帕金森病的发生的关键。 3.4 ATP13A2与自噬

ATP13A2基因突变可以导致kufor-rakeb综合征(KRS)，是一种常染色体隐性遗传，青年发病形式的帕金森病。ATP13A2基因编码一个溶酶体的ATP酶，主要参与膜两侧阳离子的转运，目前其特异性的底物尚不清楚。ATP13A2还参与自噬底物转移至溶酶体的过程，ATP13A2突变可以降低溶酶体酶降解物质的能力，导致体内ɑ-synuclein堆积和线粒体的损伤 [23-25]。最近研究发现，ATP13A2参与体内Zn2+动态平衡转运，ATP13A2缺失可以引起细胞内Zn2+的失衡，导致溶酶体功能紊乱，溶酶体降解能力受损，进一步引起ɑ-synuclein堆积；而通过ATP13A2基因过表达则可以逆转这种情况[26]。 3.5 GBA与自噬

GBA基因编码葡糖脑苷脂酶，是一种溶酶体酶，主要功能是负责催化葡萄糖神经酰胺分解为葡萄糖和神经酰胺。GBA基因突变会引起GBA蛋白功能抑制，导致神经细胞内神经酰胺聚集，溶酶体降解受阻。目前GBA导致帕金森病机制尚不清楚，可能是GBA功能受损导致CMA通路障碍，引起ɑ-synuclein累积和神经酰胺减

少，最终引起DA神经的变性。在利用帕金森病患者脑组织标本研究表明GBA蛋白的功能在帕金森病早期就有损害，但并未随病程进展加重，可能不是引起神经细胞死亡的直接原因。有研究发现，溶酶体功能抑制可以引起ɑ-synuclein的聚集形成寡聚体，而ɑ-synuclein寡聚体则进一步影响GBA蛋白从内质网转运至溶酶体，导致溶酶体内的葡糖脑苷脂酶活性进一步下降，最终导致神经细胞死亡，这种正反馈机制加速了帕金森病的进程[27]。 3.6 VPS35与自噬

VPS35基因突变可以引起迟发性、常染色体显性遗传家族性帕金森病，VPS35基因编码一个Retromer复合体的亚基，主要参与核内体到高尔基体的逆向转运，从而促进某些膜蛋白或SNARES复合体循环再利用。Retromer还参与了肌动蛋白聚集促进复合体(WASH)聚集的过程。目前VPS3突变导致帕金森病的病理机理尚不清楚，有研究表明，表达VPS35的致病突变体D620N与WASH复合体结合减弱，影响了WSH复合体在内体的聚集。在表达D620N突变体或WASH复合体缺失的细胞中可以出现明显的自噬功能损伤，这可能与对SNARE复合体和Atg9功能影响有关[28]。

近年来，自噬在帕金森病及其他神经退行性疾病发病过程中的作用被越来越多的研究证实，随着自噬与帕金森病的研究深入，有望阐明自噬在帕金森病的作用及作用的机制，为帕金森病的防治提供全新的方法。

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