α-突觸核蛋白與帕金森氏癥

帕金森氏癥 (PD) 是一種神經(jīng)衰退疾病，該疾病患者的大腦中可見(jiàn)α-突觸核蛋白聚集形成路易體。α-突觸核蛋白是由SNCA基因表達(dá)的一種分子量為 14-kDa 的蛋白。目前已知的α-突觸核蛋白的自然狀態(tài)可有很多種：可能是沒(méi)有折疊的單體、折疊的四聚體、或者是處于和其他寡聚體動(dòng)態(tài)共存的形式。在帕金森疾病中，這些分子量小的α-突觸核蛋白會(huì)聚集形成原纖維、纖維以及路易體，從而導(dǎo)致神經(jīng)元的病變和死亡。也有其他研究表明寡聚體和原纖維具有神經(jīng)毒性3-6而路易小體可能有神經(jīng)保護(hù)功能。

α-突觸核蛋白由三個(gè)主要區(qū)域：羧基末端區(qū)域、NAC區(qū)域、以及氨基末端區(qū)域。A53T 突變位于氨基末端區(qū)域。

什么是 A53T 突變?

A53T 是錯(cuò)義點(diǎn)突變, 也就是導(dǎo)致了氨基酸的改變：第53 個(gè)氨基酸由丙氨酸突變?yōu)樘K氨酸。該突變是由于SNCA基因 209位置的鳥(niǎo)嘌呤變成了腺嘌呤 (G209A)。

A53T 突變?cè)谂两鹕膊≈械挠绊?

A53T 突變與一種常染色體顯性遺傳的早發(fā)型 PD 相關(guān)，這種 PD 最先發(fā)現(xiàn)于意大利和希臘裔家族，也見(jiàn)于一個(gè)韓國(guó)裔家族。 A53T 變異導(dǎo)致該疾病的發(fā)病年齡比較早。雖然大部分的 PD 病例是散發(fā)型的，并非遺傳病，而且也不涉及 A53T 突變, 但是研究 A53T 突變可以幫助科研學(xué)者們更好的了解α-突觸核蛋白的聚集和發(fā)展機(jī)制，從而研發(fā)出更好的疾病模型和治療方案。

A53T 聚集

A53T 突變型α-突觸核蛋白在溶液中聚集速度要比野生型 (WT) 要快。該突變對(duì)于α-突觸核蛋白纖維原形成速率的影響比對(duì)纖維增長(zhǎng)的影響要大。A53T 和 A30P 突變都與早發(fā)型 PD 相關(guān)并且促進(jìn)纖維原的形成，說(shuō)明纖維原促進(jìn)了PD 中所見(jiàn)的神經(jīng)衰退。

為什么 A53T 突變型 α-突觸核蛋白的聚集纖維原化要比 WT 的 α-突觸核蛋白快?

丙氨酸和蘇氨酸有相似的結(jié)構(gòu)，但是α-突觸核蛋白中的丙氨酸替換成蘇氨酸對(duì)α突觸核蛋白的纖維原聚集有很大的作用。

A53T 變異只涉及到單一氨基酸改變，而且丙氨酸和蘇氨酸結(jié)構(gòu)上非常相近，那么為什么A53T突變型有這么強(qiáng)的聚集效果呢？A53T 和其他致病突變都發(fā)生在α-突觸核蛋白的氨基末端。理論模型顯示 A53T 突變會(huì)使α-突觸核蛋白的 NAC 區(qū)域和氨基或羧基區(qū)域的長(zhǎng)程相互作用消失，導(dǎo)致 beta折疊的加速形成。NMR 測(cè)量數(shù)據(jù)顯示 A53T 突變可以延長(zhǎng)并穩(wěn)定在寡聚化和纖維化中起著重要作用的 beta折疊結(jié)構(gòu)。

α-突觸核蛋白的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)顯示致病基因突變位于兩個(gè)纖維原絲的交界面。圖片來(lái)源： doi.org/10.7554/eLife.36402.001 ? 2018, Guerrero-Ferreira et al

冷凍電鏡分析顯示α-突觸核蛋白纖維由兩個(gè)纖維原絲左旋螺旋而成。A53T 突變和其他四種早老型 PD 突變都位于兩個(gè)纖維原絲的交界面。帶有親水基的蘇氨酸的加入打破了這種“立體拉鏈?zhǔn)浇唤缑妗敝率估w維結(jié)構(gòu)的改變。

A53T 突變的影響

不論A53T 突變型 α-突觸核蛋白的聚集機(jī)制是怎樣的，它都造成了毀滅性的下游效應(yīng)。A53T 突變型α-突觸核蛋白在小鼠中的表達(dá)導(dǎo)致了運(yùn)動(dòng)缺陷，麻痹和死亡。A53T 突變型 α-突觸核蛋白比 WT α-突觸核蛋白更傾向于形成環(huán)形的和管狀的纖維原，并且A53T 突變型α-突觸核蛋白纖維原與磷脂膜泡緊密結(jié)合，從而使通透性增加。這些脂質(zhì)膜泡可以通過(guò)促進(jìn)單體的集結(jié)成核作用來(lái)誘導(dǎo)纖維的生成。A53T 突變被認(rèn)為是通過(guò)改變小泡孔的結(jié)構(gòu)或者是通過(guò)促進(jìn)通透化纖維原形成來(lái)促進(jìn)了纖維的形成。

多巴胺

多巴胺是一種調(diào)節(jié)語(yǔ)言和運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)遞質(zhì)。帕金森氏癥的運(yùn)動(dòng)缺陷是由于分泌多巴胺的神經(jīng)元缺失引起的。Mice overexpressing 過(guò)度表達(dá) A53T 突變型 α-突觸核蛋白的小鼠在發(fā)生神經(jīng)衰退前經(jīng)歷了多巴胺信號(hào)傳導(dǎo)受損，表達(dá) A53T 突變型 α-突觸核蛋白的大鼠比表達(dá) WT α-突觸核蛋白的對(duì)照組大鼠展現(xiàn)出了更嚴(yán)重的多巴胺分泌神經(jīng)缺失。A53T 突變型α-突觸核蛋白的表達(dá)也被認(rèn)為會(huì)使細(xì)胞更容易受到多巴胺毒性的攻擊。

突觸

突觸是是神經(jīng)元的構(gòu)成部分，通過(guò)突觸小泡在神經(jīng)元間傳遞信號(hào)。 A53T 突變型和 WT 型 α-突觸核蛋白都可以通過(guò)耗盡突觸小泡的回收池來(lái)抑制突觸前體的信號(hào)傳導(dǎo)。A53T α-突觸核蛋白的表達(dá)也會(huì)造成突觸后赤字（突觸后信號(hào)缺失）。這種突觸后赤字是由tau的高度磷酸化和它在樹(shù)突棘的錯(cuò)誤分布引起的。

小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞負(fù)責(zé)突觸修剪還負(fù)責(zé)通過(guò)產(chǎn)生炎癥介質(zhì)來(lái)對(duì)損傷做出反應(yīng)。被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)改變形態(tài)，產(chǎn)生活性氧 (ROS), 并釋放炎癥細(xì)胞因子。在帕金森疾病中，小膠質(zhì)細(xì)胞可能會(huì)被過(guò)度激活并導(dǎo)致多巴胺分泌神經(jīng)的缺失。A53T α-突觸核蛋白激活小膠質(zhì)細(xì)胞的能力比 WT 型和其他突變型都要強(qiáng)，引起小膠質(zhì)細(xì)胞增生以及接下來(lái)的炎癥反應(yīng)。A53T α-突觸核蛋白的表達(dá)也是細(xì)胞更容易受到氧化應(yīng)激的損害。

星形膠質(zhì)細(xì)胞

當(dāng)A53T 突變型α-突觸核蛋白在小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞中選擇性表達(dá)時(shí)，迅速導(dǎo)致了麻痹。這被認(rèn)為是由于該A53T突變型在星形膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)減少了谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)而且導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。

線粒體功能障礙以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

A53T 突變型 α-突觸核蛋白誘發(fā)的炎癥和氧化應(yīng)激既影響線粒體也影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER)。A53T 突變型的表達(dá)引起的線粒體功能障礙涉及到受損的線粒體膜電位和呼吸機(jī)能。這接下來(lái)就導(dǎo)致線粒體的自噬31。過(guò)度激活的自噬反應(yīng)可能引起線粒體缺失從而導(dǎo)致神經(jīng)衰退。然而自噬反應(yīng)會(huì)清除一些聚集的蛋白從而起到一定程度的保護(hù)作用。A53T 突變型神經(jīng)元顯示出線粒體移動(dòng)性的受損，可以使用雷帕霉素（一種自噬誘導(dǎo)劑）來(lái)逆向恢復(fù)。

在分化的 PC12 細(xì)胞中, A53T 突變型 α-突觸核蛋白表達(dá)的增加可導(dǎo)致細(xì)胞死亡率升高 40%，這主要是由于細(xì)胞內(nèi)的ROS水平升高而且蛋白酶體活性又降低。在這種情況下，ER應(yīng)激和線粒體功能的障礙（包括釋放線粒體細(xì)胞色素C以及caspase-3, -9, 和 -12的活性增強(qiáng)），導(dǎo)致了細(xì)胞死亡。

潛在治療方案

預(yù)防與 A53T 突變相關(guān)的神經(jīng)衰退可能是潛在的 PD 治療方案。一種COX-1 抑制劑延長(zhǎng)了表達(dá)A53T 突變型 α-突觸核蛋白的小鼠的壽命，環(huán)孢菌素A, Z-Vad, 和 Caspase-3 以及 -9 抑制劑減少了ER和線粒體應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞死亡。雖然 A53T 突變只占 PD 病例中的少數(shù)，WT α-突觸核蛋白可能依然有類似的較低程度的纖維化機(jī)制和神經(jīng)衰退進(jìn)程。A53T 突變型α-突觸核蛋白比 WT 型更容易在大鼠中建立早發(fā)型 PD 模型。更多的了解 A53T α-突觸核蛋白纖維聚集并抑制發(fā)病機(jī)制可以幫助推進(jìn) A53T 突變型 PD的疾病治療方案，同時(shí)對(duì)其他類型的 PD 也有參考作用。

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