付新維綜述，肖 爭審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，重慶400016）

Dynamin 在突觸傳遞中的作用及其與疾病的關(guān)系

付新維綜述，肖 爭審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，重慶400016）

動(dòng)力蛋白質(zhì)； 突觸傳遞； 突觸囊泡蛋白； 阿爾茨海默??； 肝腫瘤； Sezary綜合征； 綜述

神經(jīng)傳遞依賴于通過局部質(zhì)膜循環(huán)而持續(xù)供給突觸囊泡循環(huán)[1]，突觸囊泡在胞吐后進(jìn)行的內(nèi)吞對(duì)中樞神經(jīng)元神經(jīng)傳遞的維持十分重要[2]。而一個(gè)內(nèi)吞囊泡的形成需要從細(xì)胞質(zhì)中回收各種蛋白質(zhì)，這些蛋白能調(diào)控質(zhì)膜使其向內(nèi)彎曲形成一個(gè)很深的內(nèi)陷的芽，隨后促進(jìn)芽與質(zhì)膜分裂。在整個(gè)內(nèi)吞過程中，囊泡膜要經(jīng)過剪切才能形成游離囊泡，該過程需要鳥苷三磷酸（GTP）水解提供能量。Dynamin作為一種GTP水解酶能調(diào)節(jié)質(zhì)膜內(nèi)陷，水解GTP供能，促使囊泡從突觸前膜分離完成剪切過程，以完成囊泡的內(nèi)吞[3]。若Dynamin功能發(fā)生異常，內(nèi)吞等其他相關(guān)的生理功能也會(huì)失衡，最終將導(dǎo)致疾病的發(fā)生。本文將對(duì)Dynamin的功能及不同Dynamin亞型與疾病的關(guān)系作一綜述。

1 Dynamin簡述

Dynamin最初是作為一種微管相關(guān)蛋白從小牛大腦中分離出來的[4]，其在內(nèi)吞中的作用是在后來的黑腹果蠅shibire基因研究中才被證實(shí)。在非許可溫度下，shibire果蠅的神經(jīng)末梢缺乏突觸囊泡，并有網(wǎng)格蛋白小窩在突觸前膜上積累[3]。這一發(fā)現(xiàn)使人推測，Dynamin對(duì)網(wǎng)格蛋白包被小泡在質(zhì)膜上的形成過程至關(guān)重要[5]。

目前研究證實(shí)，Dynamin存在5個(gè)結(jié)構(gòu)域：氨基末端GTP水解域（G域）、中間或“莖”結(jié)構(gòu)域、普列克底物蛋白同源結(jié)構(gòu)域（PH域）、GTP水解酶效應(yīng)區(qū)域（GED域）、羧基末端富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（PRD域）[6]。其中G域是Dynamin家族中高度保守的區(qū)域。與小GTP結(jié)合蛋白相比，Dynamin具有較低的GTP親和力（10～100 μM）和高效GTP水解酶活性（1～20 min-1）。一旦Dynamin綁定到相應(yīng)的作用位點(diǎn)，其他內(nèi)吞相關(guān)因子就會(huì)觸發(fā)該區(qū)域強(qiáng)大的GTP水解作用，導(dǎo)致囊泡形成和Dynamin到細(xì)胞質(zhì)的再分配[5]。中間結(jié)構(gòu)域在Dynamin形成二聚體的過程中起連接作用，并且使二聚體中2個(gè)GTP水解酶結(jié)構(gòu)域處于交叉相反的狀態(tài)[7]，這可能是Dynamin參與囊泡剪切過程中發(fā)揮作用的特殊構(gòu)象。PH域來源于普列克底物蛋白，其在質(zhì)膜上通過其自身的正電荷表面與帶負(fù)電荷的磷脂、特別是磷脂酰肌醇4，5-二磷酸結(jié)合。當(dāng)PH域發(fā)生寡聚體化時(shí)，其脂質(zhì)結(jié)合能力顯著增強(qiáng)[8]。GED域如同其名字一樣，能直接與Dynamin的G域相互作用，對(duì)其GTP水解活性起正向調(diào)節(jié)作用。向未組裝的Dynamin中添加獨(dú)立的GED片段，可刺激其GTP水解酶活性增加50倍[9]；PRD域包含許多SH3結(jié)合位點(diǎn)，這些位點(diǎn)均有一段PXXP序列（X可代表任何一種氨基酸）。在內(nèi)吞過程中，PXXP序列與許多包含SH3結(jié)構(gòu)域的內(nèi)吞相關(guān)蛋白相互作用，并將Dynamin錨定在內(nèi)吞位點(diǎn)。

哺乳動(dòng)物的基因組中存在 3種 Dynamin基因[6]。Dynamin 1在腦、神經(jīng)元突觸連接部位及神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞中選擇性地高水平表達(dá)[1]，其含有8個(gè)剪接變體[6]，已被定位在人類染色體的9q34基因上。Dynamin 2在全身廣泛表達(dá)[1]，含有 4個(gè)剪接變體[6]。Dynamin 3主要在睪丸和腦（其表達(dá)水平較Dynamin 1低很多）內(nèi)表達(dá)，但在其他組織中也有發(fā)現(xiàn)，比如肺臟[10]，Dynamin 3含有13個(gè)剪接變體[6]。盡管這3種Dynamin亞型聯(lián)系緊密，在總體上有80%的同源性，但不同的Dynamin亞型存在著不同的剪接變體，這可能是其表達(dá)和功能存在差異性的原因[6]。

2 Dynamin與疾病

鑒于Dynamin在介導(dǎo)突觸囊泡內(nèi)吞過程中的特殊功能，越來越多的學(xué)者開始對(duì)其與疾病的聯(lián)系進(jìn)行研究，并發(fā)現(xiàn)Dynamin的異常功能在基因遺傳疾病中可能具有重要作用。

2.1 Dynamin 1與癲癇 Dynamin 1基因突變可導(dǎo)致小鼠癲癇發(fā)生和聽力損傷[11]，這種發(fā)生在Dynamin 1中間結(jié)構(gòu)域可變剪接區(qū)的錯(cuò)義突變（Ala408Tyr），可能影響了Dynamin 1的寡聚化[3]。用這些有錯(cuò)義突變的老鼠的神經(jīng)元做電生理記錄發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)刺激后γ-氨基丁酸（GABA）能神經(jīng)傳導(dǎo)有一定缺陷[11]，這與Dynamin 1敲除小鼠細(xì)胞表現(xiàn)的缺陷相似[1]。在難治性顳葉癲癇大鼠急性期及慢性期的腦組織中，磷酸化Dynamin 1蛋白表達(dá)較同時(shí)期對(duì)照組顯著降低[12]。另一個(gè)研究也發(fā)現(xiàn)，無論病程長短，Dynamin 1均存在于耐藥性癲癇患者和癲癇動(dòng)物模型的顳葉皮質(zhì)中，與對(duì)照組相比，其mRNA、蛋白質(zhì)的表達(dá)顯著增高，而Dynamin 1特異性抑制劑dynasore能明顯減少模型鼠癲癇發(fā)作及癲癇腦片中的癇樣放電[13]。綜上，不影響生活的Dynamin功能微缺陷可增加癲癇發(fā)作易感性，Dynamin應(yīng)被視為人類癲癇特發(fā)病因的候選基因[3]。

2.2 Dynamin 1與阿爾茨海默?。ˋD） 近年來發(fā)現(xiàn)，Dynamin 1在AD患者額上回腦組織中的RNA和蛋白質(zhì)水平均較健康人降低。細(xì)胞外淀粉樣蛋白（Aβ）堆積形成的老年斑是AD主要的病理改變，而體外培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元在受到Aβ刺激后，會(huì)引起Dynamin 1蛋白水平的下降，尤其是受到寡聚體形式的Aβ刺激后，Dynamin 1的下降更為明顯。盡管在AD模型鼠中均得到了Dynamin 1在蛋白水平下降的結(jié)果[14]，但是在mRNA水平下降程度并未與蛋白水平表現(xiàn)一致，提示可能動(dòng)物模型與人的AD發(fā)病機(jī)制并不完全一致。

2.3 Dynamin 2與組織特異疾病 進(jìn)行性神經(jīng)性腓骨肌萎縮（CMT）是一種以四肢肌無力和神經(jīng)軸突傳導(dǎo)受損為特征的周圍神經(jīng)病變[15]。中央核性肌?。–NM）是一組以進(jìn)行性肌萎縮為表現(xiàn)的先天性肌病[16]，分為成年發(fā)病的輕微型和新生兒發(fā)病的嚴(yán)重型。在這2種常染色體顯性遺傳疾病患者體內(nèi)確定了Dynamin 2中間結(jié)構(gòu)域、PH域、莖區(qū)存在多個(gè)錯(cuò)義突變或刪除[15-16]。其中輕微型CNM的發(fā)病原因之一就是Dynamin2的突變[17]。Dynamin2的突變增加了基因毒性，進(jìn)而可能導(dǎo)致疾病的遺傳[3]。

Dynamin 2突變是如何導(dǎo)致系統(tǒng)功能紊亂的機(jī)制尚不清楚。但有趣的是，CMT患者體內(nèi)Dynamin 2的PH域上的突變更多地發(fā)生在氨基末端，而CNM患者Dynamin 2的PH域上的突變則更多地定位在羧基末端[18]。

2.4 Dynamin 2與AD 有研究發(fā)現(xiàn)，Dynamin 2基因內(nèi)含子1和3非編碼區(qū)的單核苷酸多態(tài)性與遲發(fā)型AD顯著相關(guān)，說明Dynamin 2可能也是引起遲發(fā)型AD的因素之一[19]。有研究認(rèn)為，Dynamin 2的下降引起了淀粉樣前體蛋白在細(xì)胞膜的聚集，在脂伐（lipid raft）或早老素1的作用下，導(dǎo)致Aβ分泌增加。提示Dynamin 2與Aβ的異常代謝有關(guān)。同時(shí)，該研究還在82例AD患者外周血白細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，Dynamin 2的mRNA水平與11例對(duì)照患者相比顯著下降[20]，這為Dynamin 2作為AD篩查的生物學(xué)指標(biāo)帶來可能性。

2.5 Dynamin 3與肝細(xì)胞肝癌（HCC） HCC是世界上第六大常見腫瘤和第三大癌癥死亡原因[21]。通過對(duì)HCC患者組織進(jìn)行甲基化分析得出，與鄰近的正常組織相比，腫瘤組織的Dynamin 3呈現(xiàn)高甲基化狀態(tài)。而腫瘤組織中的Dynamin 3表達(dá)水平有所降低，并且與無Dynamin 3表達(dá)下調(diào)的患者相比，腫瘤組織中Dynamin 3降低的患者預(yù)后較差，疾病特殊存活率降低。這一研究結(jié)果提示，Dynamin 3可能是HCC的一種抑癌基因參與HCC的發(fā)生發(fā)展[22]。

2.6 Dynamin 3與Sezary綜合征 皮膚T細(xì)胞淋巴瘤中有2個(gè)經(jīng)典分型：蕈樣肉芽腫（MF）和Sezary綜合征。與MF相比，Sezary綜合征具有更強(qiáng)的侵襲性。皮膚T細(xì)胞淋巴瘤患者的存活率與疾病累計(jì)的血液、皮膚、淋巴結(jié)、內(nèi)臟器官有關(guān)[23]。有研究對(duì)Sezary綜合征患者外周血單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了基因芯片差異性分析，發(fā)現(xiàn)包括Dynamin 3在內(nèi)的7種基因具有顯著差異，而且Sezary綜合征相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子c-myb可調(diào)控Dynamin 3的表達(dá)。而對(duì)Sezary綜合征患者和MF患者的研究中得出，Dynamin 3只在Sezary綜合征患者的外周血和皮膚標(biāo)本中存在上調(diào)。提示Dynamin 3與Sezary綜合征存在密切關(guān)聯(lián)，其表達(dá)情況可能影響Sezary綜合征患者的存活率，而Dynamin 3也有望成為Sezary綜合征早期診斷的新指標(biāo)[24]。

3 小結(jié)與展望

目前，Dynamin的功能在體內(nèi)和體外已被廣泛研究，為揭示Dynamin在細(xì)胞生理事件比如內(nèi)吞中的作用提供了強(qiáng)有力的見解。首先，Dynamin的5個(gè)結(jié)構(gòu)域的基本功能已經(jīng)大致顯露，其寡聚體化后的結(jié)構(gòu)及功能狀態(tài)也有所闡述。但Dynamin的不同亞型參與囊泡內(nèi)吞的具體分子機(jī)制等仍然是幾十年來懸而不決的問題。其次，Dynamin不同亞型與人類各種疾病之間也存在著不可忽視的聯(lián)系。作者相信，隨著認(rèn)識(shí)的深入和科技的發(fā)展，Dynamin的5個(gè)結(jié)構(gòu)域在突觸傳遞中的相互聯(lián)系，不同亞型參與囊泡內(nèi)吞及其在疾病中所扮演的角色將一一得到解析。

[1]Ferguson SM，Brasnjo G，Hayashi M，et al.A selective activity-dependent requirement for dynamin 1 in synaptic vesicle endocytosis[J].Science，2007，316（5824）：570-574.

[2]Clayton EL，Evans GJ，Cousin MA.Bulk Synaptic Vesicle Endocytosis Is Rapidly Triggered during Strong Stimulation[J].J Neurosci，2008，28（26）：6627-6632.

[3]Ferguson SM，De Camilli P.Dynamin，a membrane-remodelling GTPase[J]. Nat Rev Mol Cell Biol，2012，13（2）：75-88.

[4]Shpetner HS，Vallee RB.Identification of dynamin，a novel mechanochemical enzyme that mediates interactions between microtubules[J].Cell，1989，59（3）：421-432.

[5]Hinshaw JE.Dynamin and its role in membrane fission[J].Annu Rev Cell Dev Biol，2000，16：483-519.

[6]Cao H，Garcia F，McNiven MA.Differential distribution of dynamin isoforms in mammalian cells[J].Mol Biol Cell，1998，9（9）：2595-2609.

[7]Faelber K，Posor Y，Gao S，et al.Crystal structure of nucleotide-free dynamin[J].Nature，2011，477（7366）：556-560.

[8]Bethoney KA，King MC，Hinshaw JE，et al.A possible effector role for thepleckstrin homology（PH）domain of dynamin[J].Proc Natl Acad Sci USA，2009，106（32）：13359-13364.

[9]Sever S，Muhlberg AB，Schmid SL.Impairment of dynamin′s GAP domain stimulates receptor-mediated endocytosis[J].Nature，1999，398（6727）：481-486.

[10]Raimondi A，F(xiàn)erguson SM，Lou X，et al.Overlapping role of dynamin isoforms in synaptic vesicle endocytosis[J].Neuron，2011，70（6）：1100-1114.

[11]Boumil RM，Letts VA，Roberts MC，et al.A missense mutation in a highly conserved alternate exon of dynamin-1 causes epilepsy in fitful mice[J]. PLoS Genet，2010，6（8）：e1001046.

[12]張慈柳，尹飛，楊治權(quán)，等.dynamin-1和磷酸化dynamin-1在內(nèi)側(cè)顳葉癲癇患兒及大鼠海馬組織中的表達(dá)[J].中國當(dāng)代兒科雜志，2013，15（2）：133-137.

[13]Li YY，Chen XN，F(xiàn)an XX，et al.Upregulated dynamin 1 in an acute seizure model and in epileptic patients[J].Synapse，2015，69（2）：67-77.

[14]Kelly BL，Vassar R，F(xiàn)erreira A.Beta-amyloid-induced dynamin 1 depletion in hippocampal neurons.A potential mechanism for early cognitive decline in Alzheimer disease[J].J Biol Chem，2005，280（36）：31746-31753.

[15]Züchner S，Noureddine M，Kennerson M，et al.Mutations in the pleckstrin homology domain of dynamin 2 cause dominant intermediate Charcot-Marie-Tooth disease[J].Nat Genet，2005，37（3）：289-294.

[16]Bitoun M，Romero NB，Guicheney P.Mutations in dynamin 2 cause dominant centronuclear myopathy[J].Med Sci：Paris，2006，22（2）：101-102.

[17]Cowling BS，Toussaint A，Muller J，et al.Defective membrane remodeling in neuromuscular diseases：insights from animal models[J].PLoS Genet，2012，8（4）：e1002595.

[18]Durieux AC，Prudhon B，Guicheney P，et al.Dynamin 2 and human diseases[J].J Mol Med：Berl，2010，88（4）：339-350.

[19]Aidaralieva NJ，Kamino K，Kimura R，et al.Dynamin 2 gene is a novel susceptibility gene for late-onset Alzheimer disease in non-APOE-epsilon4 carriers[J].J Hum Genet，2008，53（4）：296-302.

[20]Kamagata E，Kudo T，Kimura R，et al.Decrease of dynamin 2 levels in late-onset Alzheimer′s disease alters Abeta metabolism[J].Biochem Biophys Res Commun，2009，379（3）：691-695.

[21]Ferlay J，Shin HR，Bray F，et al.Estimates of worldwide burden of cancer in 2008：GLOBOCAN 2008[J].Int J Cancer，2010，127（12）：2893-2917.

[22]Inokawa Y，Nomoto S，Hishida M，et al.Dynamin 3：a new candidate tumor suppressor gene in hepatocellular carcinoma detected by triple combinationarray analysis[J].Onco Targets Ther，2013，6：1417-1424.

[23]Klemke CD，Mansmann U，Poenitz N，et al.Prognostic factors and prediction of prognosis by the CTCL Severity Index in mycosis fungoides and Sézary syndrome[J].Br J Dermatol，2005，153（1）：118-124.

[24]Booken N，Gratchev A，Utikal J，et al.Sézary syndrome is a unique cutaneous T-cell lymphoma as identified by an expanded gene signature including diagnostic marker molecules CDO1 and DNM3[J].Leukemia，2008，22（2）：393-399.

2015-07-29）

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81471320）。

付新維（1989-），女，四川安岳人，碩士研究生，主要從事癲癇的研究；E-mail：570538321@qq.com。

肖爭（E-mail：xiaozhenghf@126.com）。

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.22.014

A

1009-5519（2015）22-3402-03