α-突触核蛋白在帕金森病发病机制中的研究进展

刘柯婷,贺泽民,杨百元,钟成清,苟 伟,肖 莉

（1. 成都市第七人民医院神经内科，四川 成都 610213；2. 四川大学华西空港医院胸外科，四川 成都 610200；3. 成都医学院人体解剖与组织胚胎学教研室/发育与再生四川省重点实验室，四川 成都610500）

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种不可逆的以多巴胺能神经元进行性丢失为病理特征的中枢神经系统退行性疾病[1]。α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）是由SNCA 基因编码的单体可溶性小分子蛋白，在大脑中高度表达。病理状态下，α-syn错误折叠，导致蛋白结构改变，形成异常聚集体，破坏多巴胺能神经元，与PD 发病相关[2]。近年来，随着对PD 发病机制的研究增多，异常聚集α-syn 如何形成，在神经元中如何传播受到越来越多的关注。本文就α-syn 在PD发病机制中的作用进行概述，以期α-syn 能作为PD 的干预靶点进行更多的研究。

1 α-syn的生理结构及功能

α-syn 是由SNCA 基因编码的单体可溶性小分子蛋白，位于4 号常染色体上长臂q21-23区，由140 个氨基酸组成，分子量14 kDa。单体蛋白分为3 个主要区域[3]；第1～60 个氨基酸形成具有11 个不完全重复的六聚体基序(KTKEGV)的N-末端的α-螺旋区；第61～95个氨基酸形成疏水性非淀粉样组分区域；最后是C-末端酸性尾巴。在正常生理状况下，α-syn 为稳定的α-螺旋折叠四聚体结构，不仅参与中枢神经系统的突触发育、突触前囊泡转运、分化神经元表型的确定、突触连接的建立、突触传递调节，还参与调节多巴胺能神经元中多巴胺的合成释放，发挥分子伴侣功能[2,4]。

2 病理性α-syn致病机制

α-syn 主要分为单体、寡聚体以及纤维聚体等亚型。目前认为，一些因素可以改变α-syn 的构象，导致其形成几种不同形式的聚集体，从寡聚体到淀粉样纤维[2,5]。α-syn 寡聚体是最有害的亚型[2]，其可通过以下途径损伤神经细胞：①α-syn寡聚体毒性作用不仅影响神经元细胞内，还可以影响到神经元细胞外。病理状态下，神经元释放到胞外的α-syn 寡聚体可激活邻近的小胶质细胞和星形胶质细胞，诱导神经炎症的发生[6-7]。②α-syn 寡聚体还能抑制神经干细胞的增殖与分化，阻碍神经元的再生修复进程。③α-syn寡聚体可导致纹状体和中脑黑质的多巴胺受体1 表达降低[8]。④PD 病理过程中，神经元内可溶性α-syn 单体异常积聚形成寡聚体，进而聚集成原纤维，最终形成纤维缠结发挥毒性作用[6]。⑤α-syn 的硝化可能会导致二聚体和寡聚体的形成，这可能会阻碍其与膜结合[9]。⑥SNCA 基因突变可消除溶酶体的功能，降低自噬通量，阻碍病理性α-syn 寡聚体自噬消除[10-11]。⑦寡聚体不仅可以引起自身的病理性聚集，同时可引起接受细胞出现一系列病理变化，最终导致细胞死亡[12]。α-syn动态失衡的机制：α-syn以可以折叠的单体与富有弹性的有序四聚体2 种形态存在，并且处于一种动态平衡[2]。任何扰乱这一平衡的刺激都可能导致形成具有随机结构的单体，并进一步促进其纤维化，如pH 变化、应激阈值、神经元活动模式、蛋白平衡变化，甚至年龄增长，都会导致选择性细胞丢失[12]。纤维聚体致病机制：纤维聚体的α-syn 是PD 重要的致病因素，纤维状α-syn 可以存在于一系列神经元结构中，包括路易小体（lewy bodies,LBs）、神经内型LBs、Lewy 神经突起、轴突球体，有时也存在于星形胶质细胞中。

3 病理性α-syn的转运和扩布

病理性α-syn 的细胞间传播最早由Braak 等[1]提出，错误折叠的α-syn 通过突触耦合在大脑网络中并在PD 患者脑中形成LBs。。病理性α-syn 也可能通过轴突逆行、跨突触扩散、类朊蛋白、胞吐胞吞作用等方式传播[2]。事实上，α-syn 错误折叠的聚合体通过从细胞扩散到细胞，导致损伤在细胞间传播。Luk 等[13]提供了朊蛋白样传播的实验证据，单次注射合成的α-syn原纤维导致LBs样病理在解剖学紧邻区域的细胞间传递。朊蛋白传播的原理之一是错误折叠的蛋白长久保持自我的构象[12]，并且在宿主细胞或接受细胞中，错误折叠的蛋白也可以通过模板精准地复制错误折叠的蛋白构象。细胞模型发现，α-syn聚集体可以通过轴突运输至其他大脑区域，并通过外泌作用释放到细胞外空间，然后被相邻的神经元摄取，并且在新宿主细胞内聚集形成内源性α-syn 聚集体，导致新宿主细胞死亡或活性丧失[14]。研究发现，正常神经元可胞吞携带毒性α-syn 的外泌体，造成正常神经元出现病理性α-syn 蓄积及小胶质细胞激活，促进PD 发展[15]。在实验条件下，非应激状态时，单体和聚集的α-syn 都可以通过胞吐作用从神经元细胞中分泌出来，相邻神经元再通过胞吞作用使α-syn 传播到更多的神经元。现已证实几乎所有细胞都具有外泌作用，且分泌的外泌体可在人体体液（如血液、脑脊液）中大量分布[16]。体内试验证实，中枢神经系统来源的外泌体含有α-syn[18]。有报道指出，将PD 患者脑脊液来源的外泌体加入正常细胞中，细胞可发生α-syn 寡聚化改变[16]。同时，有研究利用标记外泌体的方法证实，外泌体可由中枢转移至外周，再释放到细胞间液中[15]。PD 和路易体痴呆患者的脑脊液中α-syn 可自体外诱导α-syn 寡聚，说明α-syn在体外有很强的自我聚集倾向。研究表明，移植非患病神经元以进行细胞替代治疗的PD 患者中，病理性α-syn可以从宿主传递至移植神经元[6]。

4 病理性α-syn肠脑轴传输

PD患者出现运动症状之前数年至数十年，漫长的神经变性过程已经开始。Braak 等[1]通过分析110 例PD患者死后病理发现，其病理变化是由外周神经逐渐累及延髓、脑桥、丘脑、皮层等，并提出PD 的病理分期。同时，Braak 等[1]认为病理性α-syn 可能起源于肠道，从肠神经系统通过迷走神经上传至中枢神经系统，损伤多巴胺能神经元，并引起一系列临床表现。后续也有研究认为，α-syn 的聚集可能始于胃肠道，沿迷走神经逆向传播经周围自主神经系统至嗅球再累及黑质[17]。这一研究结果支持Braak 等[1]的PD 病理分期，即PD 早期累及周围自主神经系统，导致出现便秘、嗅觉减退等非运动症状，然后逐渐发展至累及黑质、基底节并出现运动症状，再累及大脑皮层出现精神症状、痴呆等。确诊的PD 患者和病前接受肠道活检并随后诊断为PD 的受试者的胃肠神经元组织中均有α-syn的沉积[18]。

Kim 等[18]为证实Braak 假说，通过在小鼠十二指肠和幽门肌层注射病理性α-syn 预制纤维，将α-syn 的129 位丝氨酸磷酸化来观察病理性α-syn 在神经系统的扩散，结果显示，α-syn 从胃肠道注入后首先出现在背侧运动核，随后出现在后脑尾部，包括基底外侧核、蓝斑、杏仁核、中缝背核和黑质致密部，这进一步验证了PD 的Braak 分期的正确性。多巴胺能神经元的丢失，小鼠的PD 样运动和非运动症状也以类似的时间轴呈现[18]。躯干迷走神经切断术[17]和α-syn 缺乏症可以防止α-syn 从肠道向脑扩散，同时阻断PD 相关的神经变性和运动症状。 Kim 等[18]的研究表明，病理性α-syn 可以从胃肠道以特定方式通过迷走神经运输至大脑，并引起特发性PD 的临床表现，包括运动症状和非运动症状。该研究还提出：①病理性α-syn 通过迷走神经从肠到脑的传播导致PD；②PD 病理性α-syn肠-脑模型可引起多巴胺能神经元退化；③肠道注射病理性α-syn会导致PD样运动和非运动症状；④PD样病理和症状需要内源性α-syn 扩布至相应脑组织区域。

Rietdijk 等[19]的研究指出，肠道中的微生物或产物触发α-syn 的聚集，异常聚集的α-syn 通过肠脑轴传播，即肠道-迷走神经-中枢神经系统。关于肠道微生物组的研究表明，由胃肠道微生物产生的短链脂肪酸和细胞外纤维可能影响α-syn 聚集和运动功能障碍，一旦被神经元吸收，α-syn 原纤维可以作为内源性α-syn 蛋白聚集的模板[19]。在PD 患者中，较高相对丰度的肠杆菌科细菌与更多的姿势和步态症状以及更少的震颤有关[20]。Sampson 等[20]的研究表明，肠道微生物可促进α-syn 异常聚集并介导脑病理学和运动缺陷，且在神经炎症中起着关键作用。因此，推断调节肠道菌群，改善肠道菌群-肠脑轴功能，可能对PD 的预防和治疗具有积极作用。

5 α-syn在PD中的作用

α-syn在正常生理状态下广泛表达于脑组织中，并参与中枢神经系统发育、突触前囊泡转运、神经递质释放，协助多巴胺能神经元中多巴胺释放，与多巴胺转运体结合等[4]，保障正常的躯体活动。多种因素可能导致α-syn 在细胞内异常聚集，如肠道病毒感染、神经炎症、SNCA 基因突变、铁超载、氧化应激等[7,12,16,21]。病理性α-syn 具有神经毒性，能够在神经元中异常聚集，形成LBs，导致神经元凋亡。病理性α-syn 可能通过轴突逆行、跨突触扩散、类朊蛋白、胞吐胞吞等传播方式由异常神经元扩布传播至正常神经元，导致神经元级联式死亡，进而导致患者逐渐出现周围自主神经系统-脑桥-中脑基底节区-丘脑皮层神经元受累，表现出运动前期-典型PD样运动症状-PD样中晚期临床症状。

随着病理性α-syn 肠脑轴传输的广泛提出，我们大胆提出以下假设：肠道中的微生物及其产物触发α-syn 的聚集，异常聚集的α-syn 通过类朊蛋白以及其他传播途径由肠道经由迷走神经传播到中枢神经系统，引起PD 的各种非运动症状及典型运动症状。对于潜在PD 患者出现便秘、嗅觉障碍、快速动眼睡眠期睡眠行为异常、体位性低血压、疼痛、认知下降、精神行为异常等非运动症状时，通过检测大便菌群、体液α-syn、脑脊液α-syn等PD 可能生物标志物识别超早期患者，并针对大便微生物群、饮食习惯、α-syn异常聚集等制定干预措施，是否可以延缓或避免PD 的发生，减轻PD患者痛苦，尚需进一步的研究证实。

6 总结与展望

PD是一种复杂的疾病，其具有高发病率和高致残率的特点，目前医学界尚无特效的治疗手段。该疾病在临床上能够得到合理准确的诊断，且对症治疗效果尚可。随着PD 分期的确立，大家认识到PD 出现典型临床症状时，其病理进展（如α-syn 的异常折叠、聚集和扩布）已有数年甚至数十年之久。如何通过更有效的生物标志物来早期识别潜在患者，并尽早对PD 患者病程进行干预，避免或有效延缓病情进展，是目前亟待解决的问题。