邵曉妮，吳美薇，何彭可

(西南民族大學(xué)藥學(xué)院，四川 成都 610041)

帕金森病(Parkinson′s disease，PD)是多發(fā)于中老年人的錐體外系疾病中的一種，又稱震顫麻痹，是目前僅次于阿爾茲海默癥的第二大神經(jīng)系統(tǒng)疾病，病程為慢性進(jìn)展性，尚無有效預(yù)防辦法，且會(huì)隨著年齡的增長，患病率成倍升高[1]。雖因病患者個(gè)體差異不同而出現(xiàn)首發(fā)癥狀的差異，其主要癥狀多表現(xiàn)為震顫、運(yùn)動(dòng)困難、肌強(qiáng)直、平衡或姿勢(shì)異常等，其中部分病患者后期還會(huì)出現(xiàn)認(rèn)知障礙。PD發(fā)病的主要原因是腦內(nèi)黑質(zhì)紋狀體病變?cè)斐啥喟桶纺苌窠?jīng)元中多巴胺含量降低[2]，因此，當(dāng)前多會(huì)用左旋多巴、吡貝地爾或抗膽堿藥等藥物進(jìn)行治療，或通過中腦移植進(jìn)行干預(yù)，但這些藥物僅僅能夠延緩病癥，或者僅適用于早期輕癥患者的治療，醫(yī)療干預(yù)手段同樣也出現(xiàn)了一定的弊端，都無法達(dá)到根治效果，且多會(huì)出現(xiàn)各種各樣的毒副反應(yīng)[3]。研究表明，小膠質(zhì)細(xì)胞的激活能夠加重神經(jīng)元的損傷[4]，而JMJD3則可以抑制其活化所致的炎癥反應(yīng)，以減少多巴胺水平的降低，從而抑制多巴胺能神經(jīng)元的死亡，來抑制或減緩神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生與發(fā)展。因此，JMJD3與PD之間的聯(lián)系可以作為治療帕金森病的一個(gè)新的思路展開更多后續(xù)的研究。

1 JMJD3的結(jié)構(gòu)、功能

JMJD的家族成員由鋅指結(jié)構(gòu)、Fe2+離子結(jié)合位點(diǎn)和一個(gè)含有JmjC的酮戊二酸依賴性的去甲基化酶活性結(jié)構(gòu)域組成[5]。JmjC結(jié)構(gòu)域與Fe2+、α-酮戊二酸以及O2共同參與催化組蛋白，進(jìn)而生成羥基化中間體，隨后生成不穩(wěn)定的半氨醛，并進(jìn)一步分解，產(chǎn)生去甲基化賴氨酸[6]。盡管JMJD家族成員都可以催化組蛋白的去甲基化修飾，但它們對(duì)于催化底物的選擇依然存在著一定的差異。

1.1 JMJD3的結(jié)構(gòu)JMJD3 (jumonji domain-containing protein 3)，又稱之為KDM6B (lysine (K) -specific demethylase 6B)，屬于JMJD家族成員，是一種含JmjC結(jié)構(gòu)域的組蛋白H3第27位賴氨酸二甲基和三甲基化的去甲基化酶，能夠特異性催化組蛋白H3K27去甲基化[7]。在人體內(nèi)，JMJD3基因位于17p13.1上，JMJD3蛋白含有1 641個(gè)氨基酸，且只包含了1個(gè)可識(shí)別的保守結(jié)構(gòu)域，即去甲基化酶活性JmjC結(jié)構(gòu)域的C-末端結(jié)構(gòu)片段。

1.2 JMJD3的功能研究發(fā)現(xiàn)，JMJD3在巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)的分化、細(xì)胞的異常癌變等方面都起到了一定的調(diào)控作用。JMJD3的功能主要可以分為3類：一是作為組蛋白去甲基化酶影響基因的表達(dá)。由于組蛋白的甲基化通常發(fā)生在精氨酸或賴氨酸殘基上，而這些殘基能夠影響其他組蛋白的修飾，并且可以影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變和基因的表達(dá)，而JMJD3能夠通過組蛋白去甲基化消除對(duì)于某些基因的抑制，以上調(diào)基因的表達(dá)。如H3K27的三甲基化(trimethylation of Lys27 of histone H3，H3K27me3)是基因轉(zhuǎn)錄抑制的標(biāo)志[8]，而H3K27me3是維持多能干細(xì)胞的標(biāo)志之一，通常與不活躍的基因啟動(dòng)子相關(guān)，H3K27去甲基化后可以激活基因的表達(dá)，如JMJD3能夠通過對(duì)p16INK4a啟動(dòng)子上進(jìn)行H3K27me3去甲基化，改變其轉(zhuǎn)錄的修飾狀態(tài)，促進(jìn)p16基因的表達(dá)，從而促使細(xì)胞衰老。大量體外研究表明，在細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)，如分化的過程中，JMJD3的表達(dá)呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，同時(shí)，H3K27me3的水平在與發(fā)育基因相關(guān)的區(qū)域呈現(xiàn)明顯減少，從而能夠促進(jìn)細(xì)胞分化；相反，若JMJD3的表達(dá)被抑制，則H3K27me3的含量增加，便會(huì)造成器官發(fā)育缺陷。因而得出JMJD3可能具有H3K27me2/3去甲基化酶活性[9]。二是能夠催化非組蛋白的甲基化，影響細(xì)胞分化，促進(jìn)細(xì)胞衰老。三是JMJD3具有非依賴甲基化酶活性，例如不需要JmjC結(jié)構(gòu)域催化活性的參與，可以通過調(diào)控下游蛋白來發(fā)揮生物活性[10]。此外，JMJD3還可以作為轉(zhuǎn)錄因子直接調(diào)控靶細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄[5]，同時(shí)還在調(diào)控基因表觀遺傳、細(xì)胞記憶以及細(xì)胞生長和凋亡的調(diào)控等方面也都發(fā)揮著重要作用。具體來說，JMJD3能夠影響多種細(xì)胞過程，如細(xì)胞的增殖、分化、衰老和凋亡[11-13]。并且，JMJD3的調(diào)控具有高度特異性，對(duì)基因和環(huán)境反應(yīng)十分敏感，也涉及到多種組織反應(yīng)，如脊椎動(dòng)物的生長發(fā)育、炎癥性疾病、癌癥病變和神經(jīng)退行性疾病等[9]。

2 JMJD3在小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)神經(jīng)炎癥中的作用

2.1 小膠質(zhì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能小膠質(zhì)細(xì)胞是巨噬細(xì)胞的一種，通常存在于大腦和脊髓中，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中起著免疫防御、炎癥調(diào)理以及識(shí)別吞噬等作用。小膠質(zhì)細(xì)胞能夠通過各種感染性物質(zhì)的相互作用被激活，產(chǎn)生活化并迅速發(fā)生反應(yīng)[14]。小膠質(zhì)細(xì)胞的活化可分為經(jīng)典活化(M1表型或過活化表型)和替代活化(M2表型)兩大類[15]。小膠質(zhì)細(xì)胞的M1為神經(jīng)毒性型，主要承擔(dān)抗原呈遞、吞噬和促炎的作用，其激活與許多促炎介質(zhì)的產(chǎn)生和釋放相關(guān)，這些促炎介質(zhì)包括活性氧(reactive oxygen species，ROS)、一氧化氮(nitric oxide，NO)、細(xì)胞因子等[16]。但長期或過度的小膠質(zhì)細(xì)胞M1表型的激活可能會(huì)促成病理性炎癥，這些炎癥便可導(dǎo)致PD的發(fā)病和發(fā)展。

與M1表型相反的是，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞為神經(jīng)營養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)型，具有一定的抗炎作用，能夠促進(jìn)傷口愈合和組織的修復(fù)，其中白介素(IL-4、IL-13、IL-10)以及轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β等為主要的抗炎細(xì)胞因子[17]，都對(duì)機(jī)體具有一定的保護(hù)作用。

2.2 JMJD3和小膠質(zhì)細(xì)胞與PD的聯(lián)系Zhao等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥在PD發(fā)病過程中發(fā)揮了重要的作用。前期有學(xué)者在PD患者的中腦黑質(zhì)區(qū)致密帶中發(fā)現(xiàn)了活化的小膠質(zhì)細(xì)胞，并提出小膠質(zhì)細(xì)胞活化可能會(huì)導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的變性，進(jìn)而造成神經(jīng)元死亡，引起相關(guān)神經(jīng)退行性疾病發(fā)生[18-19]。

有研究在PD患者的腦脊液中發(fā)現(xiàn)了腫瘤壞死因子α (tumor necrosis factor，TNF)-α、白細(xì)胞介素6(interleukin- 6，IL-6)等和M1型細(xì)胞相關(guān)的炎癥因子的表達(dá)呈現(xiàn)升高，且伴隨著一過性的M2炎癥反應(yīng)以及少量以精氨酸酶1(arginase 1)和CD206為標(biāo)志的M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的出現(xiàn)。且M2型小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量下降，損傷范圍呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)小膠質(zhì)細(xì)胞不同功能的M1型和M2型兩種極化表型受組蛋白H3K27me3去甲基化酶JMJD3的調(diào)控。其中，arginase1是JMJD3介導(dǎo)的M2極化的作用靶點(diǎn)，抑制JMJD3能夠抑制arginase1的表達(dá)增加。因此，當(dāng)小膠質(zhì)細(xì)胞中JMJD3水平降低時(shí)，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)受到抑制，導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞中促炎因子的表達(dá)水平大大提高，M1型的表達(dá)水平相應(yīng)上升，即M1小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，將會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元出現(xiàn)大量死亡。若下調(diào)腦內(nèi)黑質(zhì)區(qū)中的JMJD3水平，則會(huì)造成多巴胺能神經(jīng)元死亡明顯加劇[9]，并且，M2型小膠質(zhì)細(xì)胞無法阻止M1型誘導(dǎo)所致的神經(jīng)元死亡，說明通過治療M2型活化表達(dá)不能拮抗M1型小膠質(zhì)細(xì)胞所造成的炎癥反應(yīng)。同時(shí)，越來越多的證據(jù)表明，表觀遺傳機(jī)制能夠參與調(diào)節(jié)衰老相關(guān)的細(xì)胞行為[20]，而細(xì)胞衰老會(huì)導(dǎo)致中腦內(nèi)H3K27me3水平升高，JMJD3水平下調(diào)，這也將可能會(huì)促使小膠質(zhì)細(xì)胞表型從M2向M1轉(zhuǎn)變[21]，從而加速神經(jīng)元的死亡，促進(jìn)PD的發(fā)展。

研究結(jié)果共同表明JMJD3對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化是重要的、不可缺少的。因此，調(diào)節(jié)JMJD3的arginase1靶點(diǎn)可能會(huì)成為治療PD的一種有效途徑[23]。通過JMJD3的調(diào)控來維持小膠質(zhì)細(xì)胞中M1和M2型組蛋白的活化平衡狀態(tài)對(duì)于阻止PD的發(fā)生和發(fā)展有一定作用。

3 JMJD3和多巴胺能神經(jīng)元對(duì)PD的影響

多巴胺能神經(jīng)元是一種能夠合成和釋放多巴胺能作為神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)元，通過合成和分泌多巴胺來調(diào)控運(yùn)動(dòng)機(jī)制，并參與情緒的調(diào)節(jié)。Jayaraj、Isingrini等[22-23]的研究表明，PD的特征是中腦黑質(zhì)區(qū)多巴胺能神經(jīng)元變性丟失，紋狀體內(nèi)多巴胺水平降低。因此可見多巴胺能神經(jīng)元的生理狀態(tài)可以直接影響著PD的發(fā)生和發(fā)展。

越來越多的證據(jù)表明，通過去除相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)域的DNA甲基化和抑制組蛋白編碼，上調(diào)一系列多巴胺能神經(jīng)元特異性發(fā)育和表型基因可以治療PD。表觀遺傳修飾參與調(diào)控DA神經(jīng)元的發(fā)育，而H3K27me3是具有轉(zhuǎn)錄抑制作用的表觀遺傳修飾，在DA神經(jīng)元的生長分化、成熟等一系列重要的細(xì)胞生命活動(dòng)過程中都發(fā)揮著重要調(diào)控作用。有研究發(fā)現(xiàn)，與中腦早期發(fā)育過程中H3K27me3水平變化對(duì)于DA神經(jīng)元的影響不同的是，若敲減成年大鼠組蛋白去甲基化酶JMJD3使H3K27me3的水平上調(diào)，則會(huì)出現(xiàn)M1型小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量的增加，并且炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，能夠加速神經(jīng)元的死亡，增加PD的發(fā)病率。Tang等[21]通過抗酪氨酸羥化酶的免疫染色以及免疫印跡試驗(yàn)也證實(shí)了敲除JMJD3基因能夠?qū)е赂嗟腄A神經(jīng)元的死亡。此外，有研究表明去甲基化酶JMJD3能夠抑制體外培養(yǎng)的中腦源神經(jīng)干細(xì)胞(ventral midbrain derived neural stem cells，VM-NSCs)在分化過程中的H3K27me3表達(dá)水平的上升，使得VM-NSCs向DA神經(jīng)元分化，從而抑制PD的發(fā)生與發(fā)展。

與此同時(shí)，有研究提到胎兒中腦移植已被臨床應(yīng)用于PD患者，并取得了一定的治療效果[24]。然而，由于供體組織有限，治療結(jié)果不完全一致，并且出現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)障礙等副作用，使得這種方法無法廣泛應(yīng)用于PD的治療。因此，研究通過體外培養(yǎng)從中腦腹側(cè)區(qū)組織中獲得的神經(jīng)干細(xì)胞/前體細(xì)胞(neural stem cells，NSCs)，以達(dá)到能夠系統(tǒng)地控制移植DA神經(jīng)元的質(zhì)量和數(shù)量的水平。然而，因DA神經(jīng)元潛能在體外NSCs的擴(kuò)增中呈現(xiàn)嚴(yán)重下降，也使其失去了治療價(jià)值[25]。

He等[26]的研究表明，中腦特異性標(biāo)志物Foxa2、Lmx1A/B和Nurr1的表達(dá)對(duì)多巴胺能神經(jīng)元功能、存活和表型維持至關(guān)重要。研究通過含有維生素C(vitamin C，VC)的試液處理NSCs后，觀察到Foxa2和Lmx1a啟動(dòng)子區(qū)域的H3K27m3水平下降。而參與JMJD3介導(dǎo)H3K27m3去甲基化的是VC誘導(dǎo)的DA神經(jīng)元分化組蛋白去甲基化酶Fe(II)-2-oxoglutarate依賴的雙氧合酶，其活性被認(rèn)為受VC調(diào)控。這表明H3K27m3的JMJD3依賴性去甲基化是VC誘導(dǎo)多巴胺能神經(jīng)元分化的另一種表觀遺傳機(jī)制[26-27]。因此，通過VC去除相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)域的DNA甲基化和抑制組蛋白編碼，上調(diào)一系列多巴胺能神經(jīng)元特異性發(fā)育和表型基因，有治療PD的可能性；同時(shí)，若VC誘導(dǎo)JMJD3抑制H3K27me3來調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞DA神經(jīng)元的水平，能夠解決DA神經(jīng)元潛能在體外NSCs擴(kuò)增中下降的問題，為NSCs移植療法在未來治療PD中提供可能性。

4 JMJD3在PD中的作用

小膠質(zhì)細(xì)胞和多巴胺能神經(jīng)元在正常狀態(tài)下能夠構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的生理生存環(huán)境，小膠質(zhì)細(xì)胞通過激活活化，極化形成不同功能的組蛋白表型，來調(diào)控神經(jīng)元的生存和死亡，使其達(dá)到并能夠維持著正常的穩(wěn)態(tài)。但環(huán)境毒素、年齡老化、細(xì)胞凋亡等都可能打破這種平衡，從而加劇神經(jīng)元的損傷、丟失、死亡，進(jìn)而引發(fā)PD[21]。因此，維持這種平衡，減少神經(jīng)元的損失與死亡對(duì)于降低PD的發(fā)病率是十分重要的。

通過調(diào)控JMJD3的arginase1靶點(diǎn)維持小膠質(zhì)細(xì)胞組蛋白的活化平衡，即調(diào)控M1型和M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的水平，以控制神經(jīng)元的死亡，即當(dāng)JMJD3表達(dá)下調(diào)時(shí)，H3K27me3的表達(dá)會(huì)相應(yīng)呈現(xiàn)上升，同時(shí)M2型小膠質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)會(huì)受到抑制，使得M1型小膠質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)相應(yīng)升高，炎癥反應(yīng)則大大增強(qiáng)，打破生理穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而使得神經(jīng)元的死亡加劇，加大了神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生率；若使JMJD3抑制H3K27me3的表達(dá)上調(diào)，則DA神經(jīng)元的數(shù)量會(huì)相應(yīng)增加，從而在一定程度上出現(xiàn)了抑制或減緩PD發(fā)生和發(fā)展的可能性。可見，調(diào)控JMJD3的表達(dá)也能夠控制DA神經(jīng)元數(shù)量的增減，抑制JMJD3會(huì)將小膠質(zhì)細(xì)胞M2表型向有害的M1表型轉(zhuǎn)變，最終加速DA神經(jīng)元的死亡。因此，JMJD3對(duì)于調(diào)控H3K27me3的表達(dá)以及調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的活化平衡狀態(tài)是十分重要的，而這類調(diào)控能夠直接影響DA神經(jīng)元的發(fā)育，控制神經(jīng)元數(shù)量的增減，進(jìn)而影響PD的發(fā)生發(fā)展。

5 總結(jié)

綜上所述，JMJD3對(duì)于細(xì)胞增殖、分化、衰老和胚胎發(fā)育等都有著一定的作用。其作為一種組蛋白去甲基酶，同時(shí)也是H3K27me3抑制劑，能夠調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，進(jìn)而影響多巴胺能神經(jīng)元的生存環(huán)境，影響小膠質(zhì)細(xì)胞和多巴胺能神經(jīng)元的穩(wěn)態(tài)，從而對(duì)PD的發(fā)生和發(fā)展造成一定的影響。若抑制JMJD3表達(dá)水平或敲除JMJD3，會(huì)造成小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)以及DA神經(jīng)元的大量損失、死亡，進(jìn)而加劇PD的發(fā)生率。因此，通過調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞JMJD3的水平來維持小膠質(zhì)細(xì)胞的正常活化平衡，以及JMJD3能夠調(diào)控H3K27me3表達(dá)水平來調(diào)控多巴胺能神經(jīng)元數(shù)量的作用，為疾病的治療提供靶點(diǎn)，應(yīng)該視為治療PD的關(guān)鍵有效著手點(diǎn)。此外，JMJD3通過VC誘導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)修飾也為PD的治療提供了極大的可能性，有著十分重要的作用。盡管當(dāng)前的研究對(duì)于JMJD3的一些作用機(jī)制仍存在著疑問，但可以確定，JMJD3的確對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞和多巴胺能神經(jīng)元都有著一定的影響，并且對(duì)于PD的有效治療有著十分可觀的作用。