丁施燕 ，顧曉松

（1 南京中醫(yī)藥大學醫(yī)學院整合醫(yī)學學院，江蘇210023；2 南通大學江蘇省神經(jīng)再生重點實驗室）

囊泡單胺轉運蛋白 2 （vesicular monoamine transporter 2，VMAT2）作為囊泡單胺轉運蛋白家族成員之一，參與單胺類神經(jīng)遞質轉運，其功能喪失會引發(fā)神經(jīng)、消化、內分泌等系統(tǒng)多種疾病。隨著分子生物學、電生理學、影像學等多學科領域的發(fā)展，對VMAT2 分子結構、生物學特征、作用機制等研究不斷深入，為VMAT2 相關疾病的生理病理學研究和治療提供了更多的依據(jù)和思路。

1 囊泡單胺轉運蛋白家族

囊泡單胺轉運蛋白（VMATs）是神經(jīng)元和內分泌細胞分泌囊泡脂質雙層膜的重要蛋白。其功能是傳遞乙酰膽堿及生物胺到分泌囊泡中，再通過胞吐作用轉移至細胞外。VMATs 家族分為VMAT1、VMAT2和囊泡乙酰膽堿轉運體（vesicular acetylcholine transporter，VAChT）[1]，這三種蛋白具有相似的同源序列，但發(fā)揮不同的作用。VMAT1 主要存在于各種神經(jīng)內分泌細胞，在腸嗜鉻細胞的致密核心囊泡中也有表達[2]。VAChT 與產(chǎn)生乙酰膽堿的生物合成酶、膽堿乙酰轉移酶（choline acetyltransferase，ChAT）在神經(jīng)元中共同表達。VAChT 是一種獨特的標記物，可以對膽堿能突觸和神經(jīng)效應器連接進行標記[3]。VMAT2 主要在含有多種單胺能細胞的腦、交感神經(jīng)系統(tǒng)、肥大細胞中表達，也在含有組胺的腸中表達[4]。

2 VMAT2 的結構

VMAT2 是一種酸性蛋白，表觀分子質量為70kDa[5]。VMAT2 晶體結構尚未明確，但蛋白質氨基酸疏水圖顯示VMAT2 由515 個氨基酸構成，具有12 個跨膜結構域的跨膜蛋白[6]。VMAT2 結構與功能關系主要通過誘變和光親和標記確定。

3 VMAT2 的分布

3.1 VMAT2 在周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的表達 VMAT2 在靈長類動物腎上腺髓質的嗜鉻細胞中均有表達，然而在嚙齒類動物中只在“神經(jīng)旁節(jié)”型細胞中表達。在胰島、小葉內和小葉間導管以及外分泌軟細胞組織中的靜脈曲張神經(jīng)纖維中也可檢測到WMAT2[7]。

兼有去甲腎上腺素能和膽堿能的神經(jīng)元是否存在VMAT2，明顯影響其傳遞神經(jīng)遞質的功能，這一影響具有物種特異性，且在發(fā)育過程中發(fā)揮至關重要的作用[8]。目前研究較多的是來源于牛腎上腺嗜鉻顆粒的VMAT2[9-10]?？茖W家證實單胺類物質的轉移受濃度梯度和電化學梯度的共同作用，胞漿胺向內轉運伴隨兩個質子的流出耦合[11-12]。第一質子從顆?；|流出，產(chǎn)生在胞質相中具有高親和力胺結合位點的轉運蛋白構象。第二質子的流出與第二大構象變化相結合，導致胺從胞質相向基質相的移動，同時伴隨胺結合親和力的降低[13]。

3.2 VMAT2 在嚙齒動物和靈長類動物腦中的表達 VMAT2 在嚙齒動物和人腦的單胺多巴胺（DA）、去甲腎上腺素（NE）、組胺（His）和 5-羥色胺（5-HT）神經(jīng)元以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)肥大細胞中均有表達。依據(jù)現(xiàn)有實驗研究，在絕大多數(shù)成年嚙齒動物和靈長類動物中，VMAT2 陽性細胞分布無明顯的物種差異，然而在發(fā)育不同階段VMAT2 陽性細胞具有差異性[14]。研究發(fā)現(xiàn)，嚙齒動物自胚胎形成后VMAT2會在丘腦皮質的神經(jīng)纖維中瞬時表達，胚胎16 天至出生6 天VMAT2 可以從細胞外清除5-HT[15]，但未發(fā)現(xiàn)靈長類動物VMAT2 在丘腦皮質具有瞬時表達作用[16]。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，VMAT2 在嚙齒動物中腦黑質區(qū)和腹側背蓋區(qū)域表達，免疫金標記法顯示與黑質致密部（substantianigrapars compacta，SNpc）相比，腹側背蓋區(qū)（ventral dorsal tegmental，VTA）樹突中VMAT2 的表達量更高[17]。放射性研究發(fā)現(xiàn)，VMAT2在紋狀體中的表達量最高。此外，免疫組織化學及蛋白質印記技術研究發(fā)現(xiàn)，VMAT2 在紋狀體沿腹側至背外側表達量最高[18]。

3.3 VMAT2 在消化系統(tǒng)中的表達 消化系統(tǒng)中含單胺細胞主要包括腸神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元、腸的腸嗜鉻細胞和胃的腸嗜鉻細胞細胞。胃的腸嗜鉻細胞表達VMAT2，并從食物中合成和儲存組胺。胃的腸嗜鉻細胞中His 和5-HT 高表達，從而使得腸的腸嗜鉻細胞中出現(xiàn)單胺[19]。人類胰腺β 細胞也表達VMAT2，但胰島素瘤或胰腺內分泌腫瘤通常使VMAT2 無法表達[20]。VMAT2 在肥大細胞和腸道中的肥大細胞瘤中也具有較高的表達量[21-22]。在整個腸神經(jīng)系統(tǒng)中均存在VMAT2 神經(jīng)元，研究者認為VMAT2 神經(jīng)元可代表經(jīng)典的“5-羥色胺能腸神經(jīng)系統(tǒng)”假說[23]。然而事實上，VMAT2 與TH 和色氨酸羥化酶的協(xié)同作用揭示除了5-羥色胺能神經(jīng)元亞群外，人類腸道還有大量的多巴胺能神經(jīng)元。

4 VMAT2 的作用機制

4.1 翻譯后修飾 VMAT2 翻譯后修飾主要包括磷酸化和糖基化。VMAT2 的N 端和C 端胞質區(qū)均被磷酸化，雖然磷酸化的作用尚不清楚，但是初步研究發(fā)現(xiàn)VMAT2 的N 端磷酸化對維持VMAT2 單胺類攝取是必要的，可能對于刺激性誘導的突觸小泡單胺類流出也至關重要[24]。對VMAT2 的N 端結構研究初步確定N 端磷酸化的蛋白激酶為PKA 和PKC，而C 端磷酸化激酶主要為磷酸化激酶Ⅰ和Ⅱ，這兩種激酶有助于VMAT2 留在致密核囊泡中[25-26]，可見C末端磷酸化在VMAT2 定位到單胺能突觸小泡中起重要作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，除了N 端和C 端存在磷酸化外，第六和第七個跨膜結構域之間的胞質連接區(qū)域也存在一些具有激酶結合基序的氨基酸，但目前無證據(jù)表明這些氨基酸也參與VMAT2 的調控。

VMAT2 囊泡靶向主要由于第一、第二跨膜結構域之間連接區(qū)和C 末端的N-連接糖基化。VMAT2在內質網(wǎng)中合成，在高爾基體中糖基化。如果只有兩個跨膜區(qū)域糖基化是不能將VMAT2 轉運到致密核心的囊泡中的，若沒有C 端和連接域糖基化，VMAT2 只能被轉運至小囊泡中。多巴胺終端的VMAT2 主要儲存在小的突觸小泡中，意味著只有一小部分VMAT2 在高爾基體中糖基化，從而在多巴胺能細胞中會被分選成大而致密的核心小泡，另外一部分非糖基化VMAT2 會被分選成組成性分泌囊泡。這些分泌囊泡隨后被運輸?shù)捷S突并整合到質膜上，進一步形成VMAT2 突觸小泡。

4.2 VMAT2 與蛋白質的相互作用 關于VMAT2與蛋白質相互作用機制的研究較少。依據(jù)現(xiàn)有的研究，VMAT2 與 TH、芳香氨基酸脫羧酶（aromatic amino acid decarboxylase，AADC）形成復合物，其中TH 和AADC 分別是多巴胺合成的限速酶和終止酶，可以直接和多巴胺腦區(qū)分離的突觸小泡上的VMAT2 相互作用[27]。VMAT2-TH-AADC 復合物表明多巴胺在突觸前終端內受到空間限制，如果該復合物丟失，則會導致突觸前終端功能障礙。

此外，VMAT2 也可與熱激伴侶蛋白 70（heat shock chaperone70，Hsc70）相互作用。Hsc70 是一種熱休克蛋白，它主要的作用是去除囊泡中的網(wǎng)格蛋白層，進而進入內吞途徑[28]。研究發(fā)現(xiàn)，Hsc70 與VMAT2 在突觸小泡中結合會降低單胺攝取量，這意味在內化和突觸小泡重組的特定階段，VMAT2 的功能可能受到抑制。因此，如果VMAT2 所在的突觸小泡在不恰當?shù)臅r機釋放，會損害轉運體的功能。

4.3 突觸前定位 VMAT2 轉運功能與其在突觸小泡中的位置有關。例如，精神刺激劑在膜結合和細胞質粗大的突觸囊泡組分之間差異性地重新分配VMAT2，會改變VMAT2 的攝取和囊泡多巴胺的含量。雖然還不清楚VMAT2 重新分布是引起VMAT2減少的原因還是結果，但是突觸前的定位在調節(jié)VMAT2 螯合單胺的能力中起著關鍵作用。

5 VMAT2 的功能

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中VMAT2 可以將神經(jīng)元的神經(jīng)遞質轉移至突觸前末端的囊泡中。VMAT2 充當信使，將某些神經(jīng)遞質、激素、旁分泌或自分泌因子從細胞質轉運至突觸小泡中，最終釋放至胞外。VMAT2不僅參與遞質的傳遞、釋放等，還負責多巴胺儲存。多巴胺在神經(jīng)元中合成后，被VMAT2 隔離至囊泡[29]。未被包裝的多巴胺被單胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）降解為 3，4-二羥基苯乙醛（3，4-dihydroxyphenylacetaldehyde，DOPAL），并被醛脫氫酶進一步氧化為3，4-二羥基苯乙酸（3，4-dihydroxyphenylacetic acid，DOPAC）[30-31]。負責運輸多巴胺的囊泡通過運動蛋白轉移到質膜，并與一系列蛋白質復合物相互作用，進一步引發(fā)囊泡膜融合[32]。

6 VMAT2 與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病

6.1 遲發(fā)型運動障礙 遲發(fā)型運動障礙（tardive dyskinesia，TD）是一種由于多巴胺受體阻滯而引起的運動障礙性疾病[33]，癥狀表現(xiàn)為面部和舌頭的不自主運動，如咀嚼、舔唇以及四肢的舞蹈狀運動等。TD 病理生理機制尚未清楚，但大多數(shù)研究表明是由于多巴胺受體長時間受阻造成。對遺傳標記進行檢測后發(fā)現(xiàn)，VMAT2 抑制劑可以緩解TD。由于管腔囊泡的 pH 較低，VMAT2 可以將 DA、NE 以及 5-HT 轉運至突觸小泡中，VMAT2 抑制劑參與單胺氧化酶中斷單胺的運輸和降解，從而降低單胺含量。突觸后多巴胺受體的超敏性會引起TD，因此VMAT2 對研究TD 病理生理具有重要意義[34]。臨床上可使用VMAT2抑制劑纈苯那嗪和二苯嗪靶向治療TD 患者。

6.2 亨廷頓病 亨廷頓?。℉untington disease，HD）是一種常染色體顯性遺傳的神經(jīng)退行性疾病，影響運動及精神功能，嚴重者最終會死亡，目前尚無有效方法治療HD。研究發(fā)現(xiàn)采用VMAT2 抑制劑可以減少多巴胺釋放，從而緩解HD。2008 年美國FDA 批準四苯那嗪用于治療HD。此外，氘化四苯那嗪、氘苯丁嗪也可以改善TD。

6.3 帕金森病 帕金森?。≒arkinsondisease，PD）是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，主要集中在老年人。隨著多巴胺能神經(jīng)元顯著缺失和路易小體形成，患者表現(xiàn)為靜止性震顫、肌強直、運動遲緩和姿勢步態(tài)異常等經(jīng)典運動癥狀，也會出現(xiàn)非運動癥狀，如睡眠障礙、焦慮、抑郁和便秘等，患者生活質量嚴重下降[35]。PD 病理特征是黑質區(qū)域多巴胺損害以及紋狀體區(qū)域多巴胺的耗竭[36]。研究發(fā)現(xiàn)，VMAT2 是神經(jīng)末端多巴胺的重要調節(jié)因子，它可以利用電化學梯度將多巴胺包裝成突觸核泡，從而提高多巴胺的含量[37]。

7 VMAT2 與糖尿病

糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）患者主要臨床表現(xiàn)為高血糖，分為1 型糖尿?。═1DM）和2 型糖尿?。═2DM），兩者共同點是β 細胞的質量下降，對β 細胞質量檢測成為監(jiān)測糖尿病的一個重要方面，通過正電子發(fā)射斷層掃描可以測量β 細胞的質量。在糖尿病動物模型中，研究者發(fā)現(xiàn)可以使用VMAT2 作為胰島素的組織特異性替代標志物，還可利用11C二氫丁苯那嗪作為特異性放射配體。VMAT2 作為標記物既可以對β 細胞進行無創(chuàng)成像，又可以直接將β 細胞可視化。此外，體外研究也表明VMAT2 也可以進行胰腺成像。原位雜交、免疫組織化學和共聚焦顯微鏡等技術顯示，VMAT2 和胰島素共定位在人胰島β 細胞中。

8 展 望

既往關于VMAT2 的研究多局限于微觀，大多集中于細胞之間或單系統(tǒng)，如VMAT2 在腦、消化系統(tǒng)特定細胞中作用機制的探討。如今關于腦-腸軸理論，代謝組學、轉錄組測序技術、生物信息學技術的發(fā)展為更廣泛深入研究VMAT2 提供了新的工具和方法。隨著對VMAT2 進一步研究，將為解答諸多生物學問題，開發(fā)新的治療神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)疾病的藥物帶來曙光。