石鄭浩 王洪財(cái) 葛汝麗

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 山東 濱州 256603

軸漿運(yùn)輸是神經(jīng)元向遠(yuǎn)端軸漿和神經(jīng)終末提供必需的成分、并將蛋白質(zhì)回收到細(xì)胞體內(nèi)的一個(gè)過程，線粒體作為軸漿運(yùn)輸細(xì)胞器的組成成分，通過軸漿運(yùn)輸提供神經(jīng)元活動(dòng)所需的能量，它們對(duì)包括神經(jīng)元在內(nèi)的所有有氧細(xì)胞的功能是必不可少的，它們產(chǎn)生ATP，緩沖胞漿鈣和隔離凋亡因子，當(dāng)軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體出現(xiàn)障礙時(shí)，可導(dǎo)致線粒體定位或功能缺陷，神經(jīng)元變性或者死亡[1]，因此，線粒體和許多其他細(xì)胞器一樣，必須正確定位以滿足細(xì)胞的需要。線粒體傳遞一般在代謝需求較高的區(qū)域，例如突觸、遠(yuǎn)端起始段、髓鞘邊界、脫髓鞘區(qū)域、軸漿蛋白合成等部位，這些部位具有較高的能量活動(dòng)水平，因此，線粒體的適當(dāng)定位和分布對(duì)維持神經(jīng)元的穩(wěn)定至關(guān)重要，嚴(yán)格調(diào)節(jié)線粒體軸漿運(yùn)輸對(duì)于維持神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能是重要的。

線粒體的功能破壞可能與其在軸漿中的轉(zhuǎn)運(yùn)方式不斷改變有關(guān)，其轉(zhuǎn)運(yùn)的方式主要有兩種：一是由運(yùn)動(dòng)蛋白介導(dǎo)的從胞體向軸漿末端進(jìn)行的順行轉(zhuǎn)運(yùn)，其主要在突觸處提供能量；二是從軸漿末端向細(xì)胞體進(jìn)行的逆行軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)，其主要涉及清除受損的線粒體[2-3]。在軸漿的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，線粒體的運(yùn)動(dòng)是雙向的，線粒體可以在順行和逆行運(yùn)動(dòng)之間快速切換，主要以順行轉(zhuǎn)運(yùn)為主[1]。根據(jù)軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)的速度，其還可分為快速轉(zhuǎn)運(yùn)和緩慢轉(zhuǎn)運(yùn)兩部分，線粒體在軸漿中的運(yùn)輸主要為快速轉(zhuǎn)運(yùn)[2]。

1 線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控機(jī)制

1.1 線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)的內(nèi)在調(diào)控機(jī)制 線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)需要一種蛋白質(zhì)復(fù)合物，其主要包括線粒體外膜蛋白、適配器蛋白和運(yùn)動(dòng)蛋白，驅(qū)動(dòng)蛋白(kinesin)和結(jié)合蛋白(dynein)作為適配器蛋白有助于線粒體和微管之間的連接，從而促進(jìn)線粒體的軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)[1]。有大量直接和間接的證據(jù)表明Kinesin主要參與線粒體的順行軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)，而dynein主要參與線粒體的逆行軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)，且已證明dynein的重鏈和副蛋白與線粒體的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，抑制dynein蛋白可以改變軸漿中線粒體的運(yùn)動(dòng)和分布[4]。此外線粒體的復(fù)雜、協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)表明，它們有一個(gè)更大的蛋白質(zhì)工具包用于調(diào)節(jié)運(yùn)輸，六個(gè)運(yùn)動(dòng)蛋白家族的成員1、2、3、4、13和14參與了軸漿細(xì)胞器的轉(zhuǎn)運(yùn)，其中兩個(gè)參與了線粒體的運(yùn)動(dòng)[5]。廣泛表達(dá)的與線粒體有關(guān)的運(yùn)動(dòng)蛋白1家族參與了線粒體運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)蛋白1家族的特異性抑制使果蠅軸漿中大多數(shù)線粒體的運(yùn)動(dòng)停止，并能顯著改變其分布。運(yùn)動(dòng)白-3家族的一個(gè)成員與小鼠的線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)更相關(guān)，它在神經(jīng)元中富集線粒體，在那里它與線粒體共定位并結(jié)合[6-7]。

1.2 線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)的外在調(diào)控機(jī)制 神經(jīng)元的外在干擾可以阻止整個(gè)軸漿的線粒體運(yùn)動(dòng)，兩種神經(jīng)毒性藥物培養(yǎng)可抑制神經(jīng)元中線粒體的運(yùn)動(dòng)，即谷氨酸可通過N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDA)觸發(fā)Ca2+通道，減少線粒體運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞內(nèi)鋅離子的升高在不影響跨膜電位濃度的情況下可使線粒體運(yùn)動(dòng)停止[8]。局部刺激軸漿還可導(dǎo)致線粒體的局部積累，這依賴于胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶(phosphatidylinositide 3-kinases，PI3K)活性和肌動(dòng)蛋白的完整性。上述證據(jù)提示外在因素在線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)中也發(fā)揮著重要作用。

2 線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)障礙與PD

2.1 α-突觸核蛋白聚集與PD α-突觸核蛋白(α-synuclein, α-syn)在多巴胺神經(jīng)元中聚集是PD主要病理特征[2]，α-syn聚集被證明通過破壞微管和運(yùn)動(dòng)蛋白之間的相互作用直接干擾線粒體的軸漿運(yùn)輸[9]，此外，在神經(jīng)元丟失之前，在α-syn過度表達(dá)聚集的小鼠和PD患者中，觀察到介導(dǎo)線粒體順行轉(zhuǎn)運(yùn)的Kinesin水平降低[10]，這些研究都表明，α-syn聚集導(dǎo)致的軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體障礙可能是PD發(fā)病的早期事件。除了α-syn聚集直接影響線粒體的軸漿運(yùn)輸，α-syn聚集可能通過損傷線粒體間接干擾線粒體的軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)[11]。此外，與氧化應(yīng)激相關(guān)的線粒體損傷可以觸發(fā)突觸核蛋白的積累進(jìn)而干擾線粒體的軸漿運(yùn)輸[12]。以上研究提示，α-syn的聚集直接或間接的干擾了線粒體的軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)，線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)障礙導(dǎo)致了線粒體難以被傳遞到軸漿代謝需求較高的區(qū)域，例如突觸、遠(yuǎn)端起始段、髓鞘邊界、脫髓鞘區(qū)域、軸漿蛋白合成部位，進(jìn)而導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元出現(xiàn)代謝不足、氧化損傷甚至死亡[13]。

2.2 線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)障礙與PD軸突變性 與傳統(tǒng)觀念認(rèn)為黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元(DA)凋亡是PD發(fā)病機(jī)制不同，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論是PD患者還是神經(jīng)毒素介導(dǎo)的PD模型中，多巴胺能神經(jīng)元軸突變性是PD早期關(guān)鍵病理變化，而且慢性軸突損傷得不到糾正，即可引起軸突變性甚至導(dǎo)致逆行性神經(jīng)元死亡[14]，其變性的原因可以歸結(jié)為軸突膜通透性增強(qiáng)、線粒體功能障礙及軸漿運(yùn)輸中斷這三大因素，其中線粒體功能障礙及軸漿運(yùn)輸中斷在其中扮演了重要角色[15]。線粒體負(fù)責(zé)產(chǎn)生ATP，以促進(jìn)各種能量依賴的細(xì)胞過程，線粒體的損傷降低了ATP的產(chǎn)生，損害了它們定位到高能量需求位點(diǎn)的能力，導(dǎo)致能量穩(wěn)態(tài)失衡和軸突變性[16]。線粒體功能的損害可能會(huì)導(dǎo)致線粒體逆行轉(zhuǎn)運(yùn)的凈增加，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體發(fā)生遠(yuǎn)離突觸的轉(zhuǎn)運(yùn)和隨后突觸ATP水平的耗盡，導(dǎo)致能量的缺乏和軸突的變性[17]。雖然改變的線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)和PD的神經(jīng)變性之間的直接聯(lián)系尚未被證明，但這與黑質(zhì)紋狀體多巴胺神經(jīng)元死亡是通過從終端到細(xì)胞體的“死亡”機(jī)制是一致的[13]。因此，線粒體膜去極化、活性氧(ROS)的產(chǎn)生過量、ATP的產(chǎn)生減少導(dǎo)致的線粒體的損傷影響了線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)而導(dǎo)致軸突變性，多巴胺能神經(jīng)元死亡等[18]，進(jìn)一步導(dǎo)致了PD的發(fā)生。

2.3 線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)障礙與PD中膠質(zhì)細(xì)胞活化間的關(guān)系 膠質(zhì)細(xì)胞，包括小膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，都可能在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮直接或間接作用，特別是其釋放的炎癥細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子(TNF)，被證明通過啟動(dòng)神經(jīng)元炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)干擾線粒體的軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)[19]。神經(jīng)元分泌的α-syn激活小膠質(zhì)細(xì)胞，增強(qiáng)神經(jīng)炎癥過程中小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)，也可能是一種導(dǎo)致PD軸漿損傷的繼發(fā)性機(jī)制[20]?？傊@表明活化的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放的炎癥分子可以通過激活細(xì)胞因子受體信號(hào)通路直接干擾神經(jīng)元中線粒體的軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致PD的早期發(fā)生。

綜上，線粒體的適當(dāng)定位和正確分布在神經(jīng)元發(fā)揮了重要作用，因?yàn)檫@種細(xì)胞器提供了維持細(xì)胞功能所必需的能量和代謝物，而其適當(dāng)定位及分布則受軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)的制約，其中α-syn聚集及線粒體損傷在線粒體軸漿轉(zhuǎn)運(yùn)障礙中扮演了重要角色，其最終導(dǎo)致的線粒體的定位或分布異常，進(jìn)而導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元出現(xiàn)代謝不足、氧化損傷甚至死亡[21]。