中国学术杂志网

生物学功能与应用研究进展

 论文栏目:生物学论文     更新时间:2018/9/14 10:11:38   

突触后致密物(postsynapticdensity,PSD)是位于中枢神经系统突触后膜的特殊结构,是突触后信号转导和整合的关键物质[1]。根据分子质量不同,可将其分为:突触后致密蛋白-95(postsynapticdensity-95,PSD-95)、突触后致密蛋白-93(PSD-93)、突触相关蛋白-97(synapse-associatedproteins-97,SAP-97)和突触相关蛋白-102(SAP-102)。其中PSD-95也称突触相关蛋白-90(SAP-90)[2],是1992年在谷氨酸能突触PSD中发现的一种特殊蛋白质,是PSD的主要成分,因分子量95KD,而命名为PSD-95,属于膜相关鸟苷酸激酶(membraneassociatedguanylatekinases,MAGUK)家族中的一员。PSD-95本身并无蛋白酶活性,主要通过不同结构域与相关受体及信号分子结合,形成信号复合物发挥作用,具有参与突触连接的形成、维持突触的可塑性、参与疼痛的调控等多种生物学功能,现将PSD-95的生物学功能及其与疾病关系研究进展综述如下。

1PSD-95的分布与表达调控

PSD-95首先由Cho等(1992年)在构建cDNA文库时于谷氨酸能突触连接处中发现,Hunt等(1996年)运用免疫金电子显微镜证实PSD-95位于PSD,同时,还证实广泛分布于中枢神经系统,主要存在于成熟的兴奋性谷氨酸能突触内[2,3]。综合文献研究结果提示,PSD-95广泛分布于人脑,包括海马、大脑皮层、杏仁核、纹状体、丘脑等,在大鼠海马区主要表达在CA1、CA3区,大脑皮层主要在II-III、V-VI层锥体细胞表达[4-6]。此外,另有研究提示,PSD-95在正常脊髓灰质和白质中均有表达。在脊髓灰质中,PSD-95主要定位于前脚运动神经元和突起及后角板层,而在脊髓白质中,PSD-95在神经纤维和胶质细胞中均有表达[7];Fa-soli等[8]通过免疫组化证实在大鼠视网膜TH细胞,神经节细胞也有PSD-95的表达;沈爱国等[9]使用改良Allen's法建立大鼠急性脊髓损伤模型研究结果提示中性粒细胞、巨噬细胞中也存在PSD-95表达。Niethammer等(1998年)研究发现CRIPT结构可以通过与微管蛋白结合进而调控PSD-95蛋白随微管的分布。Yoshii等[10]在基因干预的细胞模型中发现,PSD-95的表达受脑源性神经营养因子(brain-derivedneurotrophicfactor,BDNF)及其受体TrKB的激活调控,主要通过:MAPK/ERK信号通路调节PSD-95的转录;PI3K/Akt信号通路调节PSD-95的突触传递;PLC-PKC信号通路调节PSD-95在细胞质合成后的棕榈酰化及表达。Dalva等[11]通过高分辨率成像技术、生物化学技术、光脱色荧光恢复技术证实,肝配蛋白B3(ephrin-B3)通过PDZ结构域与PSD-95结合调控神经元活动度。Park等[12]采用蛋白质组学、酵母双杂交技术、GST融合蛋白沉降等技术研究发现,门冬氨酸能够通过活化门冬氨酸受体,促进PSD-95的泛素化降解;此外,E3泛素连接酶也通过Mdm2参与PSD-95的泛素化降解过程,进而调节神经元发育,兴奋性突触传递及突触可塑性[13]。

2PSD-95的结构及生物学功能

PSD-95是一种胞质内蛋白质,分别由N端的3个重复的PDZ(PSD-95/Discslarge/zonaoccludens-1,PSD-95/Dig/ZO-1)结构域,分别为PDZ1、PDZ2、PDZ3,中间的SH3(Srchomology3,SH3)结构域以及C端无活性的鸟苷酸激酶(guanylatekinase-likes,GK)结构域[14]组成。其中PDZ结构域是PSD-95发挥功能最重要的结构域,SH3结构域的主要功能是识别配体PxxP核心序列[15],C端的GK结构域不具有激酶活性,但可与各种蛋白相互作用,从而影响细胞信号转导。PDZ结构域是一种常见的蛋白质相互作用的结构域,它的名字来源于最早发现含有此结构域的3种蛋白质:Postsynapticdensity-95(PSD-95),Discs-largeprotein(DLG-A)和Zonulaoccludens-1(ZO-1)首字母的缩写。PDZ结构域能够特异性识别并结合配体C末端的4个核心氨基酸残基,在蛋白质定位、信号转导和蛋白复合体形成等方面发挥重要作用。PDZ结构域可以通过2种方式结合受体或信号分子:①与受体或信号分子羧基端直接结合并折叠形成串联体。如Glu6R/PSD-95/MLK复合物的形成,是由PSD-95的PDZ1结构域与GluR6受体结合,SH3结构域与JNK上游激酶MLK3结合形成,该复合物参与缺血、缺糖诱导的海马神经元凋亡[16]。②2个PDZ结构域之间形成同源或异源PDZ-PDZ二聚体。如NMDAR/PSD-95/nNOS复合物的形成,是由PSD-95的PDZ1结构域识别并结合NMDAR亚基NR2的羧基端序列E-S-D-V,PDZ2结构域与神经元型一氧化氮合酶(nNOS)的PDZ结构域结合形成PDZ-PDZ二聚体,该复合物介导的信号通路称为PSD-95信号通路,是调控神经元功能的重要信号途径,与神经突触可塑性密切相关,参与维持突触可塑性、调节学习记忆、脑缺血、氧化应激、疼痛调控等过程并起重要作用[17]。Doyle等(1996年)最先提出PSD-95的PDZ3的三维结构,Passafaro等(1999年)发现PDZ3结构域可与CRIPT结构的末尾4个氨基酸序列发生相互作用,CRIPT通过与微管蛋白结合进而调控PSD-95蛋白随微管的分布情况。新进研究发现,Roh等[18]通过融合蛋白沉降技术和免疫共沉淀技术证实PSD-95通过PDZ1、PDZ2结构域与Neph2蛋白结合,形成Neph2/PSD-95/SynGAP1复合物,负性调节兴奋性突触传递及海马齿状回神经元突触发生及功能。Ramón等[19]发现PSD-95能通过PDZ结构域与电压门控钾通道亚型Kv1.3结合,稳定钾离子通道蛋白并抑制PKC信号通路调控的免疫抑制作用。PSD-95本身并无蛋白酶活性,主要通过不同结构域与相关受体及信号分子结合,如与N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDAR)、钾离子通道蛋白、酪氨酸激酶和细胞黏附分子等结合,形成信号复合物发挥作用,具有调控突触及神经元可塑性、神经递质以及其他神经营养因子的合成、调控神经元对神经传导信号的免疫应答,神经元及突触生成,调节学习记忆,参与疼痛调控等生物学作用。基于PDZ结构域在结合受体或中间序列的作用及其抑制剂在若干疾病模型中显示出的治疗潜力,随着研究的深入,可以此为靶点研发新型药物,用于相关疾病的临床治疗。

3PSD-95与相关疾病关系的研究进展

3.1神经退行性疾病神经退行性疾病是慢性进行性

神经系统疾病,多发于中老年人,以神经元退化和消失为主要病理生理基础。神经退行性疾病的发病机制复杂,近年来研究发现,PSD-95作为神经元兴奋性突触后膜上重要脚手架蛋白,参与神经退行性疾病的发生、发展。3.1.1阿尔兹海默病阿尔兹海默病(Alzheimer'sdiseas,AD)是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病,早期临床表现为记忆力减退,而记忆力减退与突触数量减少、突触可塑性降低密切相关[20]。β淀粉样蛋白(Aβ)在AD发生、发展中起关键作用。Bus-tos等[21]通过Dlg4/PSD95基因编辑证实,表观遗传编辑Dlg4/PSD95基因能够改善衰老及AD小鼠的认知功能。Kim等[22]通过PSD-95与Aβ蛋白结合,以PSD-95为标志物,证实人脐带血间叶干细胞能通过调节分泌血小板反应蛋白-1缓解突触功能障碍。Watremez等[23]通过以PSD-95为标志物分别检测其在前额、前皮质、纹状体、海马背侧及腹侧的表达证实低水平的Aβ蛋白对认知、炎症、突触功能障碍的缓解作用。以上为AD治疗提供了新思路和临床治疗靶点。3.1.2帕金森病帕金森病(Parkinson'sdisease,PD)是一种中老年人多发的、以运动障碍为主要表现的神经系统退行性疾病,其发病原因与中脑黑质多巴胺能神经元变性死亡,进而引起的纹状体多巴胺含量明显减少密切相关。新进研究表明PD模型小鼠脑内PSD-95表达明显降低,增加脑内PSD-95表达具有保护黑质神经元的作用。Park等[12]通过Dorfin基因敲除小鼠动物模型实验证实,PSD-95与E3连接酶相互作用在神经元发生、突触长时程增强、恐惧条件反射损害中发挥重要作用,提示其在PD中的作用。2018年,南昌大学第一附属医院神经内科课题组通过构建脂多糖诱导神经炎症致PD的动物模型,证实PSD-95的恢复能够缓解海马区损伤,通过抑制TLR4/NF-κB信号通路进而发挥神经保护作用[24]。为PD治疗提供了新思路和治疗靶点。3.1.3亨廷顿病亨廷顿病(Huntingtondisease,HD)是一种以认知缺陷及影响运动功能为主的迟发型神经退行性疾病,与亨廷顿蛋白(Huntingtin,HTT)基因突变有关,属于常染色体显性遗传疾病。临床表现为以舞蹈症为特征的运动障碍,认知功能受损及精神行为症状为主。2015年,Murmu等[25]通过建立树突缺失致HD动物模型证实,躯体感觉功能缺失时,皮质区PSD-95含量减少,进而影响突触传递功能。Giralt等[26]通过海马区酪氨酸激酶2(Pyk2)HD动物模型证实,Pyk2可以促进PSD-95与NMDAR的结合,调节海马区兴奋性突触功能,进而改善HD的认知功能损害,为HD治疗提供了新思路和治疗靶点。

3.2缺血性脑卒中

脑卒中是一种高致死率、高致残率、高复发率的疾病,其中70%~80%为缺血性脑卒中。脑缺血引起的谷氨酸兴奋性毒性损伤,近些年在脑缺血神经保护研究中受到较多关注,脑缺血引起的兴奋性神经递质谷氨酸增多,进而激活NMDAR,促进Ca2+内流,一方面激活下游信号通路级联反应,另一方面促使NMDAR-PSD-95-nNOS复合物形成,进一步激活nNOS,导致NO大量产生,最终引起神经元损伤。2016年,有研究通过建立新生小鼠缺氧、缺血性脑损伤模型,给予PSD-95抑制剂治疗,证实PSD-95抑制剂对新生小鼠的缺氧、缺血性脑损伤具有显著的保护作用,并且对缺氧、缺血性新生小鼠生长发育障碍亦有明显的改善,并提出其脑保护作用可能是通过阻断PSD-95,从而抑制细胞凋亡[27]。2017年,南京医科大学药学课题组通过使用小分子化合物ZL006阻断PSD-95与nNOS的结合,证实能够有效缓解缺血损害,促进神经干细胞分化,减轻兴奋性毒性,增加神经形成,具有神经保护和抗缺血损伤作用,明显改善患者预后[28]。

3.3神经病理性疼痛

神经性病理性疼痛(neuropathicpain,NP)是临床最常见的慢性疼痛,目前仍缺乏有效治疗手段,发病机制未明。临床表现以自发性疼痛、痛觉异常和痛觉过敏为主要特点,是一种难治性慢性疾病。NP的发生是多因素相互作用的复杂过程,目前已经明确的发病机制与中枢敏化、受损部位离子通道积聚、炎症因子的释放等因素密切相关[29]。Andreasen等[30]通过脊神经结扎和完全福氏佐剂诱导炎性疼痛致小鼠痛觉过敏动物模型证实,PSD-95抑制剂UCCB01-144通过干扰NMDAR/PSD-95/nNOS复合物形成,增强血脑屏障通透性,显著改善神经病理性疼痛的发生和发展。新进研究表明,阻断PSD-95与NMDAR的NR2B亚单位结合能够通过抑制CaMKII和CREB信号通路,缓解神经病理性疼痛[31]。以上为寻找慢性疼痛的治疗手段提供了研究方向及基础。

4总结与展望

随着研究的深入,PSD-95在神经系统相关疾病的发生和发展过程中的作用,以及PSD-95在相关疾病中的作用机制得到初步阐明。然而目前针对PSD-95在疾病中作用的研究主要集中在神经系统。随着蛋白质组学、高通量技术及生物信息技术的发展,进一步研究如何有效调控PSD-95在特定组织或部位表达,并进一步认识其在相关疾病中的作用和机制,对帮助相关疾病早期诊断、病情判断及预测预后,具有重要的学术价值,为临床开辟了新路径。

作者:王雪岩 郭易楠 阴赪宏 单位:首都医科大学附属北京妇产医院消化内科

学术网收录7500余种,种类遍及
时政、文学、生活、娱乐、教育、学术等
诸多门类等进行了详细的介绍。

生物学论文
@2008-2012 学术网
出版物经营许可证 音像制品经营许可证
主机备案:200812150017
值班电话
0825-6697555
0825-6698000

夜间值班
400-888-7501

投诉中心
13378216660
咨询电话
唐老师:13982502101
涂老师:18782589406
文老师:15882538696
孙老师:15982560046
何老师:15828985996
江老师:15228695391
易老师:15228695316
其它老师...
咨询QQ
89937509
89937310
89903980
89937302
89937305
89937307
89937308
业务
综合介绍
在线投稿
支付方式
常见问题
会员评价
官网授权
经营许可
关于我们
网站简介
版权声明
友情链接
人员招聘
联系我们
博评网