鐘 偵，呂錢坤綜述，黃 衛(wèi)審校

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是一種患病率隨年齡增長而增加的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，約影響65歲以上人群的1%。帕金森病病因在大多數(shù)患者中仍然未知，但目前普遍認為與環(huán)境、遺傳和年齡等因素相關(guān)，其中遺傳因素在疾病的發(fā)展進程中起重要作用。星形膠質(zhì)細胞(AS)是重要的神經(jīng)膠質(zhì)細胞，廣泛參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)的功能發(fā)育，其功能障礙將會導(dǎo)致一系列神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病,包括PD；近些年許多研究證據(jù)表明，星形膠質(zhì)細胞與帕金森病相關(guān)基因有關(guān)；由于部分基因參與調(diào)控星形膠質(zhì)細胞的病理，這些基因的突變可能改變星形膠質(zhì)細胞的功能，從而有助于帕金森病的發(fā)生和發(fā)展。因此，本文就星形膠質(zhì)細胞與這些帕金森病相關(guān)基因的相關(guān)性作一綜述。

帕金森病是繼阿爾茨海默病(AD)后第二常見的慢性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，其主要病理特征是黑質(zhì)致密部(SNpc)多巴胺能(DA)神經(jīng)元的大量丟失和路易小體的形成[1]。PD發(fā)病機制復(fù)雜，多種致病因素如環(huán)境、年齡、遺傳因素等通過氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、炎癥反應(yīng)、Ca2+穩(wěn)態(tài)失調(diào)、興奮性毒性、細胞凋亡等病理機制導(dǎo)致DA神經(jīng)元大量丟失，對PD病理的發(fā)生發(fā)展有很大的影響，其中遺傳因素的作用較為關(guān)鍵。目前已知29種帕金森病相關(guān)基因，其中常染色體顯性遺傳：LRRK2(PARK8)、SNCA(PARK1/PARK4)、VPS35(PARK17)、GCH1、ATXN2、DNAJC13(PARK21)、TMEM230、GIGYF2(PARK11)、HTRA2(PARK13)、RIC3，EIF4G1(PARL18)、UCHL1(PARK5)、CHCHD2(PARK22)、GBA、MAPT；常染色體隱性遺傳：PRKN(PARK2)、PINK1(PARK6)、DJ1(PARK7)、ATP13A2(PARK9)、PLA2G6(PARK14)、FBXO7(PARK15)、DNAJC6(PARK19)、SYNJ1(PARK20)、SPG11、VPS13C(PARK23)、PODXL、PTRHD1；X連鎖遺傳：RAB39B、GLUD2。星形膠質(zhì)細胞是維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)膠質(zhì)細胞之一，不僅參與大腦組織結(jié)構(gòu)發(fā)育、神經(jīng)元能量代謝、血腦屏障的形成和功能調(diào)節(jié)、突觸的發(fā)生，還能夠攝取谷氨酸調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的周轉(zhuǎn)以促進神經(jīng)傳遞[2]。

研究表明，星形膠質(zhì)細胞通過釋放多種神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF、GDNF等以及抗氧化劑谷胱甘肽(GSH)對神經(jīng)元發(fā)揮保護作用[3]。然而，在病理條件下，誘導(dǎo)活化的星形膠質(zhì)細胞釋放的一氧化氮(NO)、腫瘤壞死因子(TNF-α)、活性氧(ROS)等促炎因子和細胞毒性因子將對中樞系統(tǒng)神經(jīng)元造成損傷[4]。近年來大量研究致力于探討遺傳因素造成的星形膠質(zhì)細胞病理改變對神經(jīng)退行性疾病(包括PD)的影響，已經(jīng)證實部分帕金森病相關(guān)基因DJ-1、SNCA、PINK1、LRRK2、PRKN、ATP13A2、MAPT、PLA2G6、GBA參與調(diào)控星形膠質(zhì)細胞病理，這些基因的突變很可能改變星形膠質(zhì)細胞的功能，從而有助于帕金森病的發(fā)生和發(fā)展。因此本文綜述了這部分基因與星形膠質(zhì)細胞的相關(guān)性及對PD病理發(fā)展的影響。

1 帕金森病相關(guān)基因在星形膠質(zhì)細胞病理中的作用

1.1 DJ-1基因 DJ-1基因是PD的致病基因之一，其編碼的DJ-1蛋白在抗氧化活性、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、分子伴侶、蛋白質(zhì)降解等多方面具有重要功能[5]。DJ-1基因主要通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子SOX9和STAT3的水平來調(diào)控星形膠質(zhì)細胞的增殖，它是Sox9和STAT3的正調(diào)節(jié)劑。然而有趣的是， STAT3和Sox9因子獨立調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細胞增生，當給予STAT3抑制劑時，發(fā)現(xiàn)其并不影響Sox9的mRNA水平，而Sox9 siRNA也不影響STAT3磷酸化，提示STAT3和Sox9可能是DJ-1的獨立靶點[6]。DJ-1基因也可調(diào)控星形膠質(zhì)細胞的抗炎反應(yīng)。用脂多糖(LPS)處理小鼠原代星形膠質(zhì)細胞的培養(yǎng)物后，發(fā)現(xiàn)DJ-1敲除的星形膠質(zhì)細胞比對照組產(chǎn)生更多的炎癥因子NO、COX2、IL-6，而慢病毒重新引入DJ-1減弱了對LPS的炎癥反應(yīng)。進一步的研究分析指出，LPS誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞活化后產(chǎn)生的促炎反應(yīng)是由TLR4-ASK1-p38MAPK通路所介導(dǎo)的，DJ-1的缺失可以選擇性阻遏這種通路，引起iNOS和COX-2分泌失調(diào)，從而導(dǎo)致過量神經(jīng)毒性NO和前列腺素的形成[7]；DJ-1基因介導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞的神經(jīng)保護能力也已經(jīng)在一些病理模型研究中得到證實。在魚藤酮誘導(dǎo)的帕金森病病理模型中，過表達DJ-1的星形膠質(zhì)細胞能夠減弱多巴胺能神經(jīng)元受到的神經(jīng)毒性損傷，然而這種保護機制并不是單一的，它可能包括保護線粒體功能、抑制氧化應(yīng)激、抑制神經(jīng)炎癥、減少分子伴侶介導(dǎo)的自噬途徑損害以及阻止α-突觸核蛋白的積累[8]。此外一項研究揭示了這種神經(jīng)保護作用的另一種機制。通過閉塞大鼠中動脈以模擬腦缺血再灌注損傷， DJ-1缺失的星形膠質(zhì)細胞周圍神經(jīng)元活力明顯下降，并導(dǎo)致腦修復(fù)延遲，之后重新引入DJ-1產(chǎn)生了相反的結(jié)果。這種神經(jīng)保護機制可能涉及Nrf2/ARE通路的調(diào)節(jié)：DJ-1敲除后減弱了Nrf2/ARE結(jié)合活性，并降低了Nrf2/ARE驅(qū)動基因GCLC、GCLM和GSS的表達，下調(diào)了細胞內(nèi)外GSH水平，導(dǎo)致細胞抗氧化活性明顯減弱[9]。

1.2 SNCA基因 SNpc區(qū)域中死亡多巴胺神經(jīng)元的細胞質(zhì)中檢測到稱為路易體的蛋白質(zhì)聚集體，這些蛋白質(zhì)聚集體的主要成分是α-Synuclein，由SNCA基因編碼。雖然星形膠質(zhì)細胞自身表達非常低水平的α-Synuclein，但是有研究提出星形膠質(zhì)細胞能夠?qū)Ζ?Synuclein進行攝取，將內(nèi)吞的α-Synuclein定位于溶酶體上，并對其進行清除和降解,然而，星形膠質(zhì)細胞對α-Synuclein的攝取并不依賴于TLR4受體，但是目前尚不清楚其它受體也介導(dǎo)了星形膠質(zhì)細胞對α-Synuclein的內(nèi)吞作用[10]。研究表明，在原代星形膠質(zhì)細胞的培養(yǎng)物中α-Synuclein可以通過TLR4信號激活星形膠質(zhì)細胞從而產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[11]。當神經(jīng)元分泌α-Synuclein時，星形膠質(zhì)細胞可以通過內(nèi)吞作用將其攝取并降解，但是一旦星形膠質(zhì)細胞內(nèi)的α-Synuclein濃度達到某個閾值后，細胞外的α-Synuclein便誘導(dǎo)活化膠質(zhì)細胞，使其產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，進一步導(dǎo)致PD病理的發(fā)展。此外，除了誘導(dǎo)炎癥產(chǎn)生損傷，野生型(WT)或突變型α-Synuclein的過表達還可以通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)狀(ER)應(yīng)激、氧化應(yīng)激、線粒體損傷等機制誘導(dǎo)細胞死亡。在一項研究中，Liu 等發(fā)現(xiàn)在星形膠質(zhì)細胞中的突變體α-Synuclein(A53T和A30P)通過蛋白激酶RNA樣ER激酶/真核翻譯起始因子2α(PERK/eIF2α)信號通路觸發(fā)ER應(yīng)激，并以CHOP(CCAAT-增強子-結(jié)合蛋白同源蛋白)介導(dǎo)的途徑誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細胞凋亡。與此同時，還觀察到GDNF的水平的降低，神經(jīng)突向外生長部分受到抑制。提示α-Synuclein降低了星形膠質(zhì)細胞的神經(jīng)營養(yǎng)功能[12]；而在另一項研究中，當用魚藤酮處理細胞時，造成線粒體膜電位喪失，在過表達α-Synuclein突變體的星形膠質(zhì)細胞中，魚藤酮的毒性作用表現(xiàn)的更為強烈和持續(xù)，使得星形膠質(zhì)細胞對凋亡更為敏感，表明星形膠質(zhì)細胞凋亡與α-Synuclein突變體的毒性有關(guān)[13]。

1.3 PINK1基因 PINK1基因是線粒體中編碼絲/蘇氨酸激酶的核基因組，其編碼的PINK1蛋白是一種普遍存在的絲氨酸/蘇氨酸激酶。一項研究顯示，在小鼠胚胎發(fā)育時期，腦發(fā)育和神經(jīng)干細胞(NSC)分化期間的PINK1表達增加；而PINK1缺乏在這些過程中降低GFAP表達，這意味著PINK1缺陷導(dǎo)致星形膠質(zhì)細胞增殖缺陷，并減少了GFAP陽性星形膠質(zhì)細胞的數(shù)量。與此同時，在PINK1敲除的小鼠腦切片中還觀察到星形膠質(zhì)細胞在胼call體和黑質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的位置和構(gòu)型異常，這可能是導(dǎo)致PD發(fā)展的一種機制[14]。與WT相比，在PINK1缺失的星形膠質(zhì)細胞培養(yǎng)物中，其數(shù)量顯著減少；進一步研究分析指出，引起 WT和PINK1KO星形膠質(zhì)細胞增殖差異的原因可能是由于PINK1缺乏增加p38活化，而抑制AKT活化和EGFR表達造成的[15]。PINK1缺失也與膠質(zhì)細胞中神經(jīng)炎癥改變存在關(guān)聯(lián)。當用LPS/IFN-γ處理PINK1缺失的混合膠質(zhì)細胞培養(yǎng)物時，發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞中促炎介質(zhì)NO、iNOS表達顯著增加，但是在小膠質(zhì)細胞中卻出現(xiàn)了相反的結(jié)果[16]。

1.4 LRRK2基因 LRRK2基因突變與常染色體顯性遺傳性晚期帕金森病有關(guān)，其編碼的富含亮氨酸的重復(fù)激酶2(LRRK2)是一種具有活性蛋白激酶的復(fù)雜大蛋白。PD的病理標志之一是路易體的出現(xiàn)，這是細胞質(zhì)內(nèi)α-Synuclein異常積累的結(jié)果，表明蛋白清除缺陷可能有助于PD發(fā)病機制。為了支持這一點，PD患者死后腦樣本分析報告了溶酶體標記物的減少和自噬體積累的增加，提示α-Synuclein的清除涉及到自噬-溶酶體途徑，溶酶體功能障礙對PD的發(fā)病機制有很大影響[17]。在原代星形膠質(zhì)細胞中，已經(jīng)證實LRRK2能夠調(diào)節(jié)溶酶體大小、數(shù)量和功能；而 LRRK2-G2019S、LRRK2基因的致病突變，通過增加溶酶體內(nèi)ATP酶ATP13A2的表達降低溶酶體的pH值，并以激酶依賴的方式擾亂溶酶體的形態(tài)、功能[18]；此外，LRRK2突變還與細胞ER應(yīng)激有關(guān)， LRRK2-G2019S定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，其加速了用α-Synuclein處理的腦星形膠質(zhì)細胞中的ER應(yīng)激，并損害內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+穩(wěn)態(tài)，由此導(dǎo)致了細胞死亡[19]。

1.5 PRKN基因 PRKN基因編碼的E3-泛素連接酶parkin蛋白是PD病理生理學(xué)研究的主要靶點，不僅在星形膠質(zhì)細胞的增殖中起作用，而且對于維持正常的星形膠質(zhì)細胞營養(yǎng)功能也十分重要[20]。在PRKN KO的星形膠質(zhì)細胞中出現(xiàn)神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF、GDNF表達水平顯著降低，分析指出這種機制與核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域受體2(NOD2)分子有關(guān)。NOD2分子是Parkin的底物， Parkin通過調(diào)節(jié)NOD2的泛素化和降解，以維持正常星形膠質(zhì)細胞神經(jīng)營養(yǎng)功能。Parkin也與星形膠質(zhì)細胞的炎癥反應(yīng)有關(guān)：通過IL-1b的激活導(dǎo)致Parkin下調(diào)，而通過TNF-α的激活誘導(dǎo)Parkin上調(diào)[21]。

1.6 ATP13A2基因 ATP13A2基因編碼的是溶酶體型5ATPase蛋白(ATP13A2)，這種蛋白參與細胞Zn21穩(wěn)態(tài)，其表達減少將會引起Zn21失調(diào)，進而出現(xiàn)線粒體功能障礙、溶酶體損傷及α-Synuclein聚集，這與PD病理的發(fā)生密切相關(guān)[22]。Qiao等發(fā)現(xiàn)小鼠星形膠質(zhì)細胞能夠表達ATP13A2蛋白，并且在MPP+誘導(dǎo)的PD病理模型中觀察到，與WT星形膠質(zhì)細胞相比，ATP13A2-KO的星形膠質(zhì)細胞促炎細胞因子強烈表達以及神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達顯著降低，這加劇了MPP+暴露后的DA神經(jīng)元損傷；之后的研究結(jié)果指出，炎癥因子的大量釋放是由于ATP13A2缺乏的星形膠質(zhì)細胞上調(diào)組織蛋白酶B的結(jié)果，后者引起NLRP3炎癥小體的活化，從而加速了星形膠質(zhì)細胞促炎因子的分泌[23]。

1.7 MAPT基因 MAPT基因編碼的tau蛋白是一種高度可溶的微管相關(guān)蛋白(MAP)，研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TDP-17(17號染色體相關(guān)的額顳葉癡呆和帕金森綜合征)，一種常染色體顯性遺傳的神經(jīng)變性疾病和帕金森疊加綜合征，其發(fā)病機制可能涉及到tau蛋白的突變[24]。Tau蛋白的過量聚集會改變星形膠質(zhì)細胞的功能。研究發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)tau蛋白過量聚集的星形膠質(zhì)細胞中存在著膠質(zhì)谷氨酸轉(zhuǎn)運蛋白的表達降低。因此，tau蛋白積聚可以阻止星形膠質(zhì)細胞內(nèi)谷氨酸的降解和轉(zhuǎn)化為谷氨酰胺；之后隨著疾病的進展，這將導(dǎo)致更多的谷氨酸轉(zhuǎn)化為GABA(γ-氨基丁酸)，從而干擾突觸間神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞，這將對神經(jīng)元興奮性造成影響[25]。

1.8 PLA2G6基因 PLA2G6基因突變引起的磷脂酶相關(guān)神經(jīng)變性(PLAN)是一種罕見的隱性遺傳性神經(jīng)變性，伴有腦鐵蓄積。典型的PLAN最初描述于嬰兒神經(jīng)軸性疾病中(INAD)，而近年來的一些病例研究指出，PLAN變異也與早發(fā)型PD有關(guān)[26]。PLA2G6基因編碼Ca2+非依賴性磷脂酶A2(VIA iPLA2)，該酶除了影響細胞磷脂穩(wěn)態(tài)外，還能調(diào)節(jié)Ca2+的流入，對細胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)起重要作用。星形膠質(zhì)細胞炎癥激活與Ca2+信號傳導(dǎo)的改變密切相關(guān)，且ATP誘導(dǎo)的Ca2+信號傳導(dǎo)是星形細胞網(wǎng)絡(luò)信號傳遞的關(guān)鍵。用脂多糖LPS促炎刺激原代星形膠質(zhì)細胞6～24 h后，細胞內(nèi)ATP誘導(dǎo)的Ca2反應(yīng)在幅度和持續(xù)時間上顯著增加。這種增加的幅度可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)貯存中Ca2載量的顯著增加來解釋，而Ca2+反應(yīng)擴增的分子機制則是VIA iPLA2表達和活性增加的結(jié)果[27]。因此當PLA2G6基因發(fā)生突變時，這可能會破壞ATP誘導(dǎo)Ca2+反應(yīng)，從而影響細胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致不可逆的炎癥損傷。

1.9 GBA基因 葡糖腦苷脂酶基因(GBA)編碼的葡糖腦苷脂酶(GCase)，是一種參與糖脂代謝的溶酶體酶；在雙等位基因狀態(tài)下，純合或復(fù)合雜合突變可以引起戈謝病(GD)，而雜合子突變則可增加PD的患病風(fēng)險[28]；在原代GBA-KO星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元的研究中， 出現(xiàn)自噬過程中LC3 Ⅱ蛋白的減少以及泛素化蛋白、不溶性α-突觸核蛋白的累積，提示：自噬途徑和蛋白酶體降解途徑出現(xiàn)受損；此外，在本研究還觀察到Gba-KO神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞中線粒體靜息膜電位的減少，線粒體碎片的增加，表明其線粒體功能出現(xiàn)失調(diào)[29]。

2 總結(jié)與展望

現(xiàn)有的證據(jù)表明，星形膠質(zhì)細胞功能受損與PD的發(fā)病和進展密切相關(guān)，因此，其功能缺陷將增加PD的患病風(fēng)險；近些年來，許多研究致力于探究遺傳因素對星形膠質(zhì)細胞病理的作用，從而對PD發(fā)病機制的影響。在本篇綜述中，我們總結(jié)出 PD相關(guān)基因突變和或缺乏將引起星形膠質(zhì)細胞功能缺陷。例如，DJ-1、SNCA、PINK1、PRKN、ATP13A2基因都對星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生促炎反應(yīng)；DJ-1、PINK1、PRKN調(diào)節(jié)細胞增殖，DJ-1、SNCA、PRKN、ATP13A2基因促使星形膠質(zhì)細胞分泌BDNF、GDNF起神經(jīng)營養(yǎng)作用；DJ-1、SNCA、ATP13A2、GBA基因影響線粒體功能；SNCA、LRRK2調(diào)節(jié)ER應(yīng)激，而LRRK2、GBA調(diào)節(jié)溶酶體功能影響細胞自噬；然而并沒有直接證據(jù)表明PLA2G6、MAPT基因與星形膠質(zhì)細胞特定的病理相關(guān)，此外，其它PD相關(guān)基因是否對星形膠質(zhì)細胞病理存在作用也還不清楚，仍需進一步探索；相信隨著研究的深入，將會進一步加深人們對星形膠質(zhì)細胞與PD相關(guān)發(fā)病機制的認識，這可能有助于帕金森病的早期診斷以及為新的治療手段提供依據(jù)。