神经变性构象病及其分子基础.pdf

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1、综述 神经变性构象病及其分子基础* 李文伟蔡定芳 ， 任惠民 2 ( 复 旦大学附属中 山医院， 复 旦大学上海医 学院中 西医 结合研究所神经 病学 研究室， 上海2 0 0 0 3 2 ; z 复旦大学附属华山医院， 复旦大学上海医学院神经病学研究所) 摘要构象病的概念被广泛用于命名与蛋白 质的构象异常相关的疾病。随着生命科学的进步， 人 们对神经变性疾病发病的分子机制有了较好的认识， 发现几乎所有的此类疾病， 诸如阿尔采末病 ( A D ) 、 帕金森病( P D ) 、 亨廷顿病( H D ) 以及肮蛋白 病( P r D ) 等都具有一个共同的特征， 即病变细胞 中蓄积有大量错误折叠

2、并易于聚合的蛋白 质， 这符合构象病的特点， 所以又派生了 神经变性构象病 的新概念。近年来， 人们在神经变性构象病的蛋白 质错误折叠和聚合以及其细胞毒性方面的认识 越来越走向深入， 这将对寻找有效的治疗方法起到极大的推动作用。 关键词神经变性构象病; 蛋白 质错误折叠; 蛋白 质聚合; 内 质网应激; 内 质网相关性蛋白 水解 中图分类号R 3 3 8 ; Q 4 2 N e u r o d e g e n e r a t i v e C o n f o r m a t i o n a l D i s e a s e a n d I t s M o l e c u l a r B a s e

3、 s L I W e n - W e i ， C A I D i n g - F a n g ， R E N H u i - M i n 2 ( L a b o r a t o r y f o r N e u r o l o g i c a l R e s e a r c h o f I n s t i t u t e o f I n t e g r a t iv e M e d i c i n e ， Z h o n g s - h a n H o s p i t a l ; 2 I n s t i t u t e o f N e u r o l o g y ， H u a s h a n

4、H o s p i t a l ; S h a n g h a i M e d ic a l C o l l e g e ， F u d a n U n iv e r s i ty , S h a n g h a i 2 0 0 0 3 2 , C h i n a ) A b s t r a c t I n r e c e n t y e a r s ， t h e t e r m” c o n f o r m a t i o n a l d i s e a s e “ h a s b e e n u s e d t o d e s c r i b e a r a n g e o f d i

5、s o r - d e r s w h i c h a r e l i n k e d t o m i s f o l d i n g a n d a b e r r a n t s t r u c t u r a l c h a n g e i n p r o t e i n s . T h e m o l e c u l a r b a s e s u n - d e r l y i n g t h e p a t h o g e n e s i s o f n e u r o d e g e n e r a t i v e d i s e a s e s a r e g r a d u

6、a l l y b e i n g d i s c l o s e d ， a n d a l m o s t a l l o f t h e d i s e a s e s s u c h a s A l z h e i m e r s d i s e a s e ， P a r k i n s o n s d i s e a s e ， H u n t i n g t o n s d i s e a s e a n d p r i o n d i s e a s e a r e i n c r e a s i n g l y b e i n g r e a l i z e d t o h

7、a v e c o m m o n m o l e c u l a r m e c h a n i s m s i n c l u d i n g t h e a c c u m u l a t i o n o f m i s f o l d - e d o r a g g r e g a t i o n - p r o n e p r o t e i n s ， t h u s ， t h e y c a n b e t e r m e d” n e u r o d e g e n e r a t i v e c o n f o r m a t i o n a l d i s e a s e

8、 “ . T h e r e i s n o w i n c r e a s e d u n d e r s t a n d i n g o f t h e m o l e c u l a r p a t h w a y s i n v o l v e d i n p r o t e i n m i s f o l d i n g a n d a g g r e - g a t i o n a n d c e l l u l a r t o x i c i t y i n n e u r o d e g e n e r a t i v e c o n f o r m a t i o n a l

9、 d i s e a s e s . T h e s e a r e l e a d i n g t o a p p r o a c h e s t o w a r d r a t i o n a l t h e r a p e u t i c s . K e y w o r d s n e u r o d e g e n e r a t i v e c o n f o r m a t i o n a l d i s e a s e ; p r o t e i n m i s f o l d i n g ; p r o t e i n a g g r e g a t i o n ; e n d

10、 o - p l a s m i c r e t i c u l u m s t r e s s ; e n d o p l a s m i c r e t i c u l u m a s s o c i a t e d p r o t e i n d e g r a d a t i o n 许多遗传性或获得性原因可以造成蛋白 质的结 构发生异常改变， 这种蛋白质结构的改变可以导致 很多疾病。通过观察这些疾病的发生发展规律， 我 们可以 大 致将其分为两类 : 一类是由 于蛋白 质在 合成、 转运、 结构稳定性、 酶活性诸方面出现障碍， 蛋 白质丧失功能( l o s s o f f u n

11、c t i o n ) 直接导致的疾病。 另一类则是由于某个( 部分情况下为多个) 特定蛋 白质的天然构象发生异常改变， 易于聚合并沉积于 组织或细胞的腔隙内而导致的疾病。本文着重介绍 神经系统因蛋白 质构象发生改变而导致疾病发生的 分子基础、 病理特征及形成机制。 一、 构象病的概念和神经变性构象病 构象病( c o n f o r m a t i o n a l d i s e a s e ) 的概念是 1 9 9 7 年由剑桥大学的R o b i n C a r r e l l 和D a v i d L o m a s 在 柳 叶刀 上首先系统描述的。 事实上， 一年前， 同一组 上海市

12、卫生系统“ 百人计划” 资助课题( 9 7 B R 0 1 6 ) 通讯作者 生理科学进展2 0 0 6 年第3 7 卷第2 期 作者在 C h e s t 上讨论 a l 一 抗胰蛋白酶缺乏时就已 经提出了这一概念， 但没有系统阐述。当初， 构象病 的 概念是以细胞的蛋白 质组分( c o n s t i t u e n t p r o t e i n ) 经过大小和形状的变化后， 出现自身交联( s e l f - a s s o - c i a t i o n ) 并在组织中沉积为共同分子基础的。它们 具有非常一致的特征， 即相关蛋白的R 折叠结构增 多， R 折叠股( R - s t

13、r a n d ) 产生相互作用， 使该蛋白在 细胞和组织中大量的积聚或沉积。 近年来， 构象病的概念已被广泛用来描述与蛋 白 质的 构象异常相关的疾病川。这是人类自 上世 纪4 0 年代末认识到， 蛋白质会因一级结构的改变而 丧失功能并导致疾病的发生， 提出了“ 分子疾病” 的 概念后， 人类在疾病认识史上的又一次飞跃， 即认识 到蛋白 质的构象出现异常改变， 即使其一级结构完 全正常， 也会导致疾病的发生。但需要指出， 构象病 的概念并不像国内有些学者认为的那样， 仅指一级 结构正常的蛋白质出现构象异常并产生了细胞毒性 ( t o x i c g a i n o f f u n c t i

14、 o n ) 所导致的疾病， 如肮蛋白 病。 事实上， 基因突变的蛋白质更容易出现构象异常而 形成构象病 t ， 如家族性帕金森病， H u n t i n g t o n 病 等。 累及神经系统的构象病几乎都属于临床上还缺 乏有效根治手段的神经变性疾病的范畴( 表1 ) ， 所 以又派生了神经变性构象病( n e u r o d e g e n e r a t i v e c o n - f o r m a t i o n a l d i s e a s e ) 的新概念， 近年来人们才对这些 疾病的分子机制有了较好的认识。既然长期以 来已 经将此类疾病归结为神经变性疾病， 那么， 再进一步

15、 归结为神经变性构象病， 是否具有意义呢?回答是 肯定的。神经变性构象病概念的提出， 是与分子医 学发展相适应的必然结果。这不同于依照病原体或 病理特征进行分类的传统疾病， 它是在分子层次上 揭示的疾病实体， 使我们能够在分子水平上认识疾 病发生和发展的共同规律而抛开了对其不同病因和 临床特点的纠缠。现以几个在蛋白质的错误折叠和 纤维性聚合方面有代表性的神经变性构象病为例说 明。 表1 神经系统主要构象病的 相关蛋白 及病理特征 3 ,4 病名 A l z h e i m e r 病 P i c k 病 P a r k i n s o n病 L e w y 小体痴呆 进行性核上行麻痹 H u

16、n t i n g t o n 病 而o n病 脊髓小脑性共济失调 相关蛋白 T a u , A p 4 2 T a u a - s y n u c l e i n a - s y n u c l e i n T a u ， 热休克蛋白 H u n t i n g t i n P r i o n A t a x i n s l , 3 , 7 病理特征 神经纤维缠结 P i c k 小体 L e w y 小体， 神经纤丝 L ， y 小体 神经纤维缠结 核内包涵体 内含体样细胞器 核内包涵体 ( 一) 阿尔采末病( A l z h e i m e r s d i s e a s e , A D

17、 ) 该 病是导致老年人痴呆的主要原因。无论散发还是家 族性的病例， 临床表现一致。在A D患者脑中， 可发 现典型的细胞外淀粉样斑块和细胞内神经纤维缠 结。 淀粉样斑块由大小不均一的含有3 2 一 4 3 个氨 基酸残基的多肤组成， 其中含4 2 个氨基酸残基的多 肤是淀粉样前体蛋白( A P P ) 的异常酶解产物， 也即 A R 4 2 ( A (3 , a m y l o i d - p ) ， 最易导致斑块的形成 。 在体 内正常状态下， A P P 可以酶解产生A R , ， 能够在细 胞外循环， 通常不会沉积为斑块 3 。在体外生理缓 冲液中， 低浓度的A R 是以R 折叠和无规

18、卷曲( r a n - d o m c o i l ) 结构存在的， 但浓度升高时则R折叠增 加， 易于聚合 5 。散发性的A D病例， 特别是在 A p o E 4 等位基因存在的情况下， 其脑内AR,的水平 显著增高， 因此， A p 4 0 易于积聚， 并形成淀粉样斑 块 3 。家族性 A D病例， 由于A P P和早老素一 1 , 2 ( p r e s e n i l in 1 和2 ) 跨膜域上的氨基酸残基发生突 变， A P P 酶解为A p 4 2 而不是A 日 。 ， 前者比 后者更容 易产生淀粉样斑块 。 ( 二) 帕金森病( P a r k i n s o n s d i

19、 s e a s e , P D ) 该病 患者中 脑黑质致密部的残存神经元中可以发现路易 小体( L e w y b o d y ) ， 是P D主要的病理特征之一。当 然， 路易小体也存在于A D和路易小体痴呆患者的 脑中 “ 。 。 一 突 触核 蛋白 ( (x - s y n u c l e i n ) 是路易小体的 主要组分， 是由1 4 0 个氨基酸组成的酸性蛋白， 天然 状态下是一种未折叠的胞内和突触前多肤， 在与突 触囊泡连接时其分子的部分区域变成螺旋状态。 P D 病人脑中的a 一 突触核蛋白呈p 折叠结构， 易于 积聚并形成纤维状结构 6 ,7 。 ( 三) 阮蛋白 病(

20、p r i o n d i s e a s e , P r D ) 该病是一 大 组 传染性 海绵状脑病( t r a n s m i s s i b l e s p o n g if o r m e n - c e p h a l o p a t h i e s , T S E s ) 的统称， 包括人类的k u r u 病、 C r e u z f e l d t - J a c o b 病和致死性家族性失眠症， 在牛为 海绵状脑病， 在羊则为痰痒病。这些疾病是由正常 细胞蛋白p r i o n ( P r P c ) 的致病性异构体P r P s 引起 的 9 1 o P r P C 是

21、一种可溶于水的高度a 螺旋化膜性 糖蛋白， 其氨基酸序列和化学修饰与P r P s 相同， 但 蛋白质构象不同， 所以两者性质产生很大差异。 P r P C 由4 个a 螺旋组成， 无p 折叠; 而P r P s 则将2 个。螺旋转变为4 个Q 折叠， 故易于聚合， 产生对 细胞具有毒性作用的淀粉样纤维沉淀。研究发现， P r P “ 基因 的 突 变能 促使其构象从。 螺旋转换为p 折叠， 而p 折叠一旦形成， 本身就能够催化(X 螺旋 转变为R 折叠， 形成P r P s 。 外源性的P r P s 则是作 为一种催化剂或模板， 使P r P “ 转变为P r P s 而致病 的 。 M

22、a l o le p s z 。 等9 最近的 研究表明: 错误折叠的 蛋白质能够诱导正确折叠的天然态蛋白质去折叠并 进而重新折叠为错误构象， 这为阮蛋白传播( p r i o n p r o p a g a t i o n ) 提供了新的实验依据。 ( 四) 亨廷顿病( H u n t i n g t o n s d i s e a s e ， H D ) 该 病是一种迟发的神经变性疾病， 由亨廷丁蛋白( h u n - t i n g t i n p r o t e i n , h t t ) 基因的外显子1 上C A G重复序列 ( 编 码多聚谷氨酞胺， P O I Y Q ) 的扩展所

23、引 起 5 1 。 在 已知具有C A G重复序列遗传学特点的9 种神经变 性疾病中( 表2 ) , H D为机制相对清楚的疾病之一， 其蛋白质错误折叠和聚合的特点具有典型意义。 H t t 的 P O I Y Q扩展存在一种阂值效应( t h r e s h o l d e f f e c t ) 4 l ， 当 其 重复数目 感 3 5 时， 并不 致病; 当 其扩 展3 3 7 时， 就能导致 H D 。体外延长 H t t 氨基末端 的谷氨酞胺序列长度可使H t t 构象转化以R 结构为 主， 这种以R 折叠为主的蛋白 质易形成二聚体和多 聚体， 溶解度降低， 最后在胞质中形成聚合体或

24、在核 内形成包涵体。 表2 多聚谷氨酞 胺( P O I Y Q ) 扩展引 起的 神经变 性构象病 “ P o l v O数目 病名相关蛋白 P o l y Q数目 正常重复 H u n t i n g t o n 病 脊髓小脑性共济失调1 型( S C A l ) 脊髓小脑性共济失调2 型( S C A 2 ) 脊髓小脑性共济失调3 型( M J D , S C A 3 ) 脊髓小脑性共济失调6 型( S C A 6 ) 脊髓小脑性共济失调7 型( S C A 7 ) 脊髓小脑性共济失调1 7 型( S C A 1 7 ) 齿状核红核苍白球丘脑下核萎缩( D R P L A ) 脊髓延髓肌

25、萎缩( S B M A ) H u n t i n g t i n A t a x i n - 1 A t a x i n - 2 A t a x i n - 3 C a t 通道a , A 亚单位 A t a x i n - 7 T A T A 结合蛋白 A t r o p h i n - 1 雄激素受体 1 0-3 5 6-3 9 1 4-31 病变重复 3 71 2 1 4 3-8 2 3 5-5 9 1 3月 46 8一8 4 41 62 1 -2 7 71 73 81 3 0 2 5-4 24 7-6 3 5-3 5 4 9-8 5 7-3 43 9-6 8 注: 本表病名参照A d

26、 a m s a n d V i c t o r s p r i n c i p l e s o f n e u r o l o g y ( s e v e n t h e d i t i o n ， 科学出版社， 2 0 0 1 ， 北京) 二、 神经变性构象病的蛋白聚合机制 鉴于人们对于无论是野生型还是突变型a l - A T 的结构都了解的十分详细， 一般认为， a l 一 抗胰蛋白 酶( a l - A T ) 缺乏是探讨构象病中蛋白质聚合机制的 最理想模型。a l - A T是一种含量丰富的血清糖蛋 白， 是丝氨酸蛋白 酶抑制物( 抑丝酶， s e r i n e p r o t e

27、 i n - a s e i n h i b i t o r s , s e r p i n ) 家族的 成员之一。 无论在激活 状态还是抑制状态， a l - A T都是以不紧密的亚稳态 构象存在， 当其对靶分子一 丝氨酸蛋白酶产生抑制作 用时， 会出现分子重构。a 1 - A T这种先天性的不稳 定结构， 使其易于将一个分子的活性环区( l o o p ) 作 为0 折叠股插人另一相邻分子的R 折叠片中， 通过 环一 片( l o o p - s h e e t ) 的聚合形成异常结构。a l - A T分 子突变时， 这种构象转换会得到加强川。 上述现象 不仅限于。 1 - A T 分子

28、， 其他丝氨酸蛋白酶抑制物也 能出 现同 样的变形。 C h o w等 将构象病的蛋白 聚 合分为两种类型: I 型聚合为蛋白质聚合后不形成 纤维， 称为无纤维性聚合( n o n - f i b r i l l a r a g g r e g a t e ) ; I I 型聚合为蛋白质聚合后形成高度有序排列的纤维， 称为纤维性聚合( fi b r i l l a r a g g r e g a t e ) o a l 一 抗胰蛋白 酶缺乏中的a l - A T聚合就属于无纤维性聚合。无 纤维性聚合在神经变性构象病中仅有由神经抑丝酶 ( n e u r o s e r p i n ) 基因突变

29、导致的以早老性痴呆为主要 临床表现的伴神经抑丝酶包涵体的家族性脑病( f a - 生理科学进展2 0 0 6 年第3 7 卷第2 期 m i l i a l e n c e p h a l o p a t h y w i t h n e u r o s e r p i n i n c l u s i o n b o d i e s , F E N I B ) E “ 1 。 而大部分神经变性构象病， 如 A l z h e i m e r 病、 P a r k i n s o n 病、 肮蛋白病等的蛋白聚合 是纤维聚合类型。 关于蛋白的纤维性聚合， 人们迄今还只能是定 性描述。大量的文献显示:

30、 纤维形成的第一步是首 先形成二聚体， 接着聚合成四聚体、 十聚体等寡聚 体 。 不同 的 研 究小 组 都 证实 并描 述了A D 异 构体 之寡聚中间体的存在。S o r e g h a n 等( 1 9 9 4 ) 发现， A D , 或更短的A R . 在溶液中可以形成“ 颗粒” 状结 构; L a m b e r t 等( 1 9 9 8 ) 报道A D , 可以形成所谓球形 中间体( g l o b u l a r i n t e r m e d i a t e ) 。这些在聚合过程中 的中间产物现统称为球形或寡聚中间体。W a l s h 等 ( 1 9 9 7 ) 通过电 子显

31、微镜还检出了A p 异构体形成链 样的原纤维( f i b r i l o r p r o t o fi b r i l ) 。 研究发现， a - s y n u - c l e i n 和H u n t i n g ti n 也能形成类似的寡聚中间体和原 纤维。 为 精确描述构象病中蛋白 质聚合以 及淀 粉样纤维形成的动力学机制， 人们提出了很多模型， 现比较流行的有成核构象转换模型( N C C ) , O f f 途径 折叠模型( O F F ) 、 单体源性转换模型( M D C ) 、 模板 辅助模型( T A ) 和成核多聚化模型( N P ) 等五种， 这 些都适用于神经变性构

32、象病。应当指出， 现在还很 难说哪一种模型能够更好的描述蛋白 纤维的 形成过 程， 诸如A P , P r i o n , (Y - s y n u c l e i n 和h u n t i n g t i n 等也可 能同时通过上述的不同机制导致蛋白聚合的产生。 更详细确切的机制还需进一步阐明。 综合上述大量 的研究结果， 推测， 蛋白纤维的形成可能经过未折叠 或错误折叠的蛋白、二聚体。寡聚中间体、原纤维 、蛋白纤维。包涵体的过程或途径。 三、 神经变性构象病发病的可能机制 传统观点认为， 蛋白质生物功能的发挥是以空 间结构为基础的， 因此， 其空间结构的异常改变往往 导致蛋白 质生物功能的

33、丧失， 这是大多数遗传性疾 病的发病原因。然而， 如前所述， 每一种神经变性构 象病都与某种( 有时超过一种) 特定的蛋白质构象 改变相关; 并且毫无例外的是， 这些疾病并不是由于 蛋白质的功能丧失所直接引起的， 而是由于其错误 折叠、 聚合并沉积在相应的细胞和组织中， 导致受累 细胞的功能下降和死亡所导致。因此， 构象病研究 领域里的一些重大发现， 对普遍坚持的传统生物学 观点提出了挑战; 同时， 也为我们探讨神经变性疾病 的分子病理生理学机制开辟了新的道路。 正常细胞中存在着严格的蛋白质质量控制体系 以确保细胞功能的正常进行， 但环境中的很多因素 都会导致蛋白质的损伤和错误折叠。现已阐明，

34、 细 胞对蛋白 质采取质量控制的 措施主要分两步 ， ， 第 一步是内质网( e n d o p l a s m i c r e t i c u l u m , E R ) 对蛋白质 的质量控制， 内质网是一个很重要的亚细胞结构， 除 了钙的信号转导和钙储备的功能外， 还具有蛋白质 折叠和处理的功能。第二步是内质网 相关性蛋白 水 解机制( E R - a s s o c i a t e d p r o t e i n d e g r a d a t i o n , E R A D ) ， 泛素一 蛋白 水解酶降解机制是其中的中间环节， 这是 细胞内监测并清除未正确处理蛋白质的质量控制系 统。

35、 各种原因导致的未折叠蛋白或错误折叠蛋白在 内质网腔内的积聚， 被称为内质网应激( E R s t r e s s ) o 作为对内质网应激的反应， 细胞在进化过程中形成 了 高度保守的 被称为 未折叠蛋白 反应( u n f o l d e d p r o - t e i n r e s p o n s e , U P R ) 的自 我保护性信号转导通路， 涉 及到P E R K介导的能够抑制蛋白质翻译的e I F 2 。磷 酸化; 激活 A T F 6和 I R E 1 a ， 上调分子伴侣 G R P 7 8 , G R P 9 4 的 表达 ， 。 在神经变性构象病中， U P R 非

36、 但不能进行细胞修复， 相反还会启动细胞的凋亡通 路， 引起神经元的凋亡， 但机制尚 未完全阐明。 现已 知道， 内质网应激能够促进 I R E 1 介导的另一信号 分子一 转录因子 C H O P基因表达的上调从而下调 B c l 一的表达。另外， 在内质网应激中， 位于内质网 侧的c a s p a s e 1 2 也能被激活并参与凋亡的过程， 这条 凋亡通路是内质网特异性的。在U P R与A l z h e i m e r 病关系的研究方面， N a k a g a w a 等( 2 0 0 0 ) 报道， A R 介 导的细胞凋亡依赖c a s p a s e 1 2 的参与， 这提示

37、可能是 U P R 启 动了 凋亡过程; T e r r o 等 to 发现p r e s e n il in 1 的突变能够干扰细胞系I R E I 的功能， 降低分子伴 侣G R P 7 8 的表达水平， 使细胞更容易在出现内 质网 应激时发生凋亡。 应当 指出， 有关U P R与A l z h e i m e r 病关系的认识还存在着分歧， 需要进一步加以阐明。 关于帕金森病与U P R的关系， 目 前的依据主要来自 体外培养的细胞模型， 培养细胞经鱼藤酮( r o t e n o n e ) 等可能参与帕金森病发病的毒素处理后， 能够特异 性地激活内 质网 膜上的I R E I o t

38、 和P E R K “ 3 o 突变或损伤的蛋白亚单位是不能在内质网中得 到正确折叠或组装的。为保持内环境的稳态， 内质 网会将这些错误折叠的分子跨膜转到细胞浆中降 解， 泛素一 蛋白 水解酶系统参与了错误折叠蛋白质的 水解。泛素 一 蛋白水解酶系统由泛素( u b i q u i t i n , U b ) 、 特异性泛素激活酶( E 1 ) 、 泛素结合酶( E 2 ) 、 泛 素连接酶( E 3 ) 、 蛋白酶体( p r o t e a s o m e ) 组成。该系 统除了能够清除结构异常的蛋白垃圾外， 还能调节 生理科学进展2 0 0 6年第 3 7卷第 2 期 细胞周期和凋亡。运

39、用超量的错误折叠蛋白处理这 一系统， 可以直接导致蛋白酶体的其他底物大量蓄 积， 包括参与细胞周期或凋亡的调节因子， 它们的蓄 积 最终会导致细胞的死亡 ， 。 K e l l e r 等( 2 0 0 0 ) 研 究A D患者的脑组织发现， 在海马、 海马旁回、 颖上 回、 颖中回及顶下小叶等部位存在蛋白酶体活性的 下降。A R 可直接抑制蛋白酶体的活性， 这种抑制 作用受到泛素结合酶 E 2 - 2 5 K / H i p 2的调节， E 2 - 2 5 K / H i p 2 水平的 降 低可以 减轻A (3 对蛋白 酶 体活 性的抑制， A D脑中E 2 - 2 5 K / H i p

40、 2 水平与正常人相 比 是增高的 16 1 。 在对家族性P D的研究中， 已克隆 了4个基因， 分别为 a - s y n u c l e i n , P a r k i n , U C H - L 1 及D J - 1 ; 目 前认为前三者突变所致的P D与泛素一 蛋 白水解酶系统功能障碍有着密切的联系。P a r k i n 是 一种泛素连接酶( E 3 ) ， 它的突变可以导致常染色体 隐性遗传青年型帕金森综合征( a u t o s o m a l - r e c e s s i v e j u v e n il e p a r k in s o n is m , A R J P

41、) 7 ; cx - s y n u c l e i n 突变是 家族性P D的最常见原因， 突变或磷酸化和0 一 糖基 化的野生型a - s y n u c l e i n 是 P a r k i n 依赖性泛素化的 底 物 15 。 综上所述， 在神经变性构象病中， 细胞控制蛋白 质质量的内质网和泛素一 蛋白水解酶途径都出现了 功能异常， 不同的作者强调不同系统的重要性， 但事 实上， 两种系统间存在着关联性。如对三核昔酸重 复序列( t r i n u c l e o t i d e - r e p e a t ) 病变的研究表明， P O I Y Q 在细胞质中的蓄积可以通过抑制泛素一

42、 蛋白水解酶 系 统启动了内 质网 应激过程 6 ,1s a P a r k i n 能 使其底 物P a e l - R泛素化并降解。当P a e l - R在内质网中蓄 积时， 可以引起分子伴侣上调， 出现内质网应激， 而 P a r k i n 之过表达的确能够抑制内质网应激( :t u n i c a - m y c i n 等诱导) 引起的细胞死亡。况且， 在A R J P 病 人的 脑中 也观 察到了 不 溶性的P a e l - R 蓄 积 17 1 ， 这提 示未折叠的P a e l - R蓄积选择性地导致了A R J P的神 经元死亡。 倘若错误折叠的蛋白质经过上述蛋白质质量

43、控 制体系的处理后仍不能正确折叠或降解， 就易于产 生聚合。大量研究已经肯定了蛋白质聚合与构象病 发病的相关性。然而， 实验研究却证实， 在检测到蛋 白质纤维聚合之前， 动物已经表现出显著的临床症 状和组织损伤， 这提示， 不是聚合的蛋白质纤维本 身， 而是形成聚合纤维的前体， 才真正具有神经毒作 用 。 例如， R o h e r 等( 1 9 9 6 ) 对A l z h e i m e r 病的 研究 表明: A R 形成的淀粉样纤维不是最具神经毒性的 形 态， 来源于神经毡( n e u r o p i l e ) 和血管原性淀粉样沉 积物的A R的二聚体、 三聚体对培养的大鼠海马神

44、经元和胶质细胞才具有毒性作用。蛋白聚合的纤维 乃至包涵体的形成可能具有清除毒性纤维前体的保 护 效 应 19 。 H e g d e 等L20 还 发 现， 错 误 折 叠 或 部 分 折 叠的a - s y n u c l e i n 单体对细胞的毒性比其聚合形式 更强， 而聚合物形成沉积可能是细胞的自 我防卫机 制。 从蛋白的错误折叠， 泛素一 蛋白水解酶系统构成 成分自身的突变， 到蛋白寡聚物的形成， 构成了一个 十分复杂的网络。阐明这些机制以及它们之间的联 系对进一步揭示神经变性构象病的病理机制是非常 必要的。 四、 神经变性构象病概念对治疗的启示 迄今为止， 还没有基于蛋白的构象转换

45、和聚合 以及细胞的反应机制而设计的治疗措施应用于神经 变性疾病的临床治疗， 但一些实验性研究已经显示 了 广阔 的 前景。 人们在以 下方面 进行了 探索 一 : ( 1 ) 寻找非特异性构象转变抑制剂; ( 2 ) 通过特异性 多肤配体的结合方式稳定相关蛋白质的结构; ( 3 ) 应用单克隆抗体清除低聚蛋白; ( 4 ) 通过干预内质 网的功能寻找新的治疗策略等， 已经用于试验的药 物包括化学药品、 分子伴侣、 小分子多肤、 单克隆抗 体等， 我们将在今后的文章中进一步介绍。需要指 出的是， 这些措施一旦应用于临床， 不再是新的姑息 疗法， 而具有根治性的意义。 ( 本文写作过程中， 承蒙吕

46、传真教授给予重要指导， 特此 致谢。 ) 参考文献 1 K o p i t o R R , R o n D . C o n f o r m a t i o n a l d i s e a s e . N a t C e l l B o i l , 2 0 0 0 , 2: E 2 0 7一 2 0 9 . 2 C h o w M K , L o m a s D A , B o t t o m f e y S P . P r o m i s c u o u s b e t a - s t r a n d i n t e r a c t i o n s a n d t h e c o n f o

47、r ma t i o n a l d i s e a s e s . C u r r M e d C h e m, 2 0 0 4 , 1 1: 4 9 1 一 4 9 9 . 3 Z e r o v n i k E . A m y l o i d - f i b r i l f o r m a t i o n . P r o p o s e d m e c h a n i s m s a n d r e l e v a n c e t o c o n f o r m a t i o n a l d i s e a s e . E u r 1 B i o c h e m, 2 0 0 2 ,

48、2 6 9: 3 3 6 2 一 3 3 7 1 4 R o s s C A , P o i r i e r M A . P r o t e i n a g g r e g a t i o n a n d n e u r o d e g e n - e r a t i v e d i s e a s e . N a t M e d , 2 0 0 4 ， 1 0 ( S U P P I ): S 1 0 一 1 7 . 5 T r z e s n i e w s k a K , B r z y s k a M， E l b a u m D . N e u r o d e g e n e r a

49、 t i v e a s p e c t s o f p r o t e i n a g g r e g a t i o n . A c t a N e u r o b i o l E x p , 2 0 0 4 , 6 4: 4 1 一 5 2 . 6 D e v K K , H o f e l e K , B u c h m a n V L , e t a l . P a rt 1 1 ; a - s y n u c l e - i n a n d i t s m o l e c u l a r p a t h o p h y s i o l o g i c a l r o l e i n n e u r o d e g e n e r - a t i v e d i s e a s e . N e u r o p h a r m c o l o g y , 2 0 0 3 , 4 5: 1 4一 4 4 . 7 F o r l o n i G, T e r r e n i L ,