蛋白激酶在神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機(jī)制中的作用(二)
前面介紹了蛋白激酶在阿爾茨海默病發(fā)病機(jī)制中的作用,闡述了蛋白激酶抑制劑在阿爾茨海默病臨床應(yīng)用上的進(jìn)展。這回我們繼續(xù)介紹帕金森?。≒D)與蛋白激酶的關(guān)系。

PD的主要臨床癥狀是運(yùn)動(dòng)功能障礙,以及非運(yùn)動(dòng)性缺陷,包括認(rèn)知能力下降、抑郁以及疼痛,這些都會(huì)極大地影響患者的生活質(zhì)量。PD病理特征為α-突觸核蛋白(α-syn)異常聚集形成路易小體/路易神經(jīng)突,以及黑質(zhì)致密部(SNpc)多巴胺能神經(jīng)元選擇性丟失。下文總結(jié)了幾種關(guān)鍵激酶在PD中的作用。(圖 2 )。

亮氨酸重復(fù)激酶2(LRRK2):LRRK2主要存在于細(xì)胞質(zhì)中,調(diào)節(jié)膜修復(fù)與細(xì)胞器替換之間的平衡,以維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-溶酶體的穩(wěn)態(tài),致病性突變會(huì)導(dǎo)致膜損傷,進(jìn)而破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-溶酶體的穩(wěn)態(tài)。LRRK2基因是家族性PD中最常見(jiàn)的突變基因之一,其突變也存在于散發(fā)性PD患者中。在特發(fā)性帕金森?。╥PD)患者中,SNpc的多巴胺能神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞中的LRRK2激酶活性會(huì)增加,這表明LRRK2參與了iPD的發(fā)病過(guò)程。G2019S是PD中最常見(jiàn)的LRRK2突變,占家族性PD病例的4%以及散發(fā)性PD病例的1%。這種突變會(huì)導(dǎo)致路易小體和神經(jīng)纖維中的典型α-淀粉樣蛋白聚集,以及特定腦區(qū)的神經(jīng)元損失。
絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶PINK1,線粒體(PINK1)和E3泛素蛋白連接酶(Parkin):細(xì)胞質(zhì)蛋白Parkin與泛素激酶PINK1協(xié)同作用,介導(dǎo)與線粒體相關(guān)的自噬過(guò)程。PINK1定位于受損線粒體膜,磷酸化泛素(Ser65)并激活Parkin,促進(jìn)線粒體泛素化標(biāo)記及后續(xù)自噬清除。PINK1和Parkin的突變是常染色體隱性PD的主要原因,這些蛋白質(zhì)的功能障礙會(huì)導(dǎo)致早發(fā)性PD。PINK1的G309D和L347P突變會(huì)導(dǎo)致其活性顯著降低,通過(guò)抑制細(xì)胞色素c從線粒體釋放進(jìn)而抑制其抗凋亡功能。由于PRKN(編碼Parkin)突變,病理性底物(如氨酰-tRNA合成酶復(fù)合物相互作用多功能蛋白2(AIMP2))積累隨之發(fā)生。非受體酪氨酸激酶c-Abl在Tyr143位點(diǎn)磷酸化Parkin,導(dǎo)致其活性降低。1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)誘導(dǎo)的c-Abl激活會(huì)導(dǎo)致Parkin失活,進(jìn)而引起AIMP2積累和神經(jīng)元死亡。此外,在PD患者死后腦組織中,c-Abl被激活,Parkin在酪氨酸143位點(diǎn)被磷酸化,因此,c-Abl可能通過(guò)抑制Parkin活性在PD中起到致病激酶的作用。
細(xì)胞周期蛋白g相關(guān)激酶(GAK):是PD易感基因,神經(jīng)元特異性敲除GAK會(huì)導(dǎo)致新生小鼠神經(jīng)祖細(xì)胞增殖缺陷,從而導(dǎo)致細(xì)胞損失,說(shuō)明GAK抑制與神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)。GAK通過(guò)改變線粒體網(wǎng)絡(luò)和溶酶體形態(tài)來(lái)影響與PRKN無(wú)關(guān)的線粒體自噬,從而揭示了線粒體自噬的調(diào)控機(jī)制。在果蠅中,與GAK同源的輔助蛋白的下調(diào)會(huì)導(dǎo)致果蠅爬行能力下降、壽命縮短以及多巴胺能神經(jīng)元的損失。體外實(shí)驗(yàn)表明,在過(guò)表達(dá)α-syn的細(xì)胞中敲低GAK會(huì)增加α-syn的水平,并導(dǎo)致細(xì)胞毒性,這表明GAK可能在PD中發(fā)揮保護(hù)作用。
蛋白激酶B(AKT):通過(guò)PI3K/AKT通路調(diào)控細(xì)胞存活、代謝及線粒體功能,是PD中重要的神經(jīng)保護(hù)信號(hào)分子。在PD的體外模型中,1-甲基-4-苯基吡啶離子(MPP+)會(huì)抑制AKT的活性。PINK1調(diào)節(jié)胰島素依賴型AKT信號(hào)通路的激活,可能是通過(guò)磷酸化FK506結(jié)合蛋白5來(lái)實(shí)現(xiàn)的,并且能夠修復(fù)MPP+引起的線粒體復(fù)合物I的損傷。MPTP引起的AKT激活抑制可通過(guò)Parkin的過(guò)表達(dá)得到恢復(fù)。LRRK2磷酸化AKT并通過(guò)抑制叉頭框蛋白O1來(lái)促進(jìn)細(xì)胞存活。LRRK2的G2019S和R1441C突變會(huì)降低AKT的磷酸化水平,而隨后通過(guò)AKT抑制對(duì)細(xì)胞存活的促進(jìn)作用的阻斷可能會(huì)導(dǎo)致PD中的神經(jīng)元死亡,因此,恢復(fù)AKT的功能并激活A(yù)KT信號(hào)通路,可能對(duì)PD具有保護(hù)作用。
c-Jun氨基末端激酶(JNK)和p38蛋白:在MPTP引發(fā)的PD模型中,JNK2和JNK3誘導(dǎo)環(huán)氧合酶2表達(dá)上調(diào),激活由c-Jun引起的多巴胺能神經(jīng)元的死亡過(guò)程。在α-syn轉(zhuǎn)基因小鼠中,p38 MAPK活性增加會(huì)導(dǎo)致Parkin的直接磷酸化以及隨后的線粒體功能障礙。α-syn會(huì)激活依賴于Toll樣受體4的p38 MAPK并導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞自噬功能障礙以及神經(jīng)炎癥的誘導(dǎo)。JNK和p38 MAPK可以通過(guò)LRRK2經(jīng)由MAP2K間接發(fā)生磷酸化,這可能是因?yàn)長(zhǎng)RRK2激酶結(jié)構(gòu)域與MAP3K家族成員具有高度同源性。此外,與PD相關(guān)的LRRK2-G2019S突變已被發(fā)現(xiàn)對(duì)MAP2K的磷酸轉(zhuǎn)移酶活性有增強(qiáng)作用。
凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1(ASK1):ASK1是MAP3K家族的一員,它能夠?qū)AP2K進(jìn)行磷酸化并激活其后續(xù)的MAPK,從而放大下游信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。ASK1本身也參與生理過(guò)程以及細(xì)胞死亡過(guò)程,通過(guò)調(diào)節(jié)JNK和p38的激活。在MPTP模型中,ASK1-MAPK可能是由于TNF依賴性的硫氧還蛋白1氧化而被激活的。并且,敲除ASK1可以挽救MPTP引起的運(yùn)動(dòng)障礙、多巴胺能神經(jīng)元損失以及神經(jīng)炎癥。ASK1抑制劑JNK3-N-Tat可以減輕MPP+處理的原代皮質(zhì)細(xì)胞以及MPTP小鼠模型中的線粒體損傷,并抑制多巴胺能神經(jīng)元的凋亡。此外,Apelin-36這種神經(jīng)調(diào)節(jié)肽通過(guò)抑制ASK1/JNK/caspase-3通路保護(hù)MPTP小鼠模型中的神經(jīng)元免受凋亡。ASK1的激活現(xiàn)象也出現(xiàn)在α-淀粉樣蛋白過(guò)度表達(dá)的細(xì)胞以及轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型中,這表明ASK1參與了α-淀粉樣蛋白的級(jí)聯(lián)效應(yīng)。通過(guò)刪除ASK1 能夠緩解紋狀體內(nèi)已形成的α-淀粉樣蛋白以及磷酸化α-淀粉樣蛋白的積累所引起的行為缺陷。ASK1還在被LRRK2作用于Thr832后激活細(xì)胞死亡相關(guān)通路,而且DJ-1無(wú)法激活A(yù)SK1的作用則顯示出在氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡中具有保護(hù)作用。
目前針對(duì)PD靶向蛋白激酶的藥物有:
LRRK2抑制劑:抑制LRRK2異常升高的激酶活性,恢復(fù)溶酶體功能與線粒體穩(wěn)態(tài)。FL090:通過(guò)上調(diào)微管相關(guān)蛋白1B(MAP1B)改善溶酶體功能,在 PD動(dòng)物模型中減少黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元丟失;WXWH0226、ARV-102以及DNL201/DNL151:均進(jìn)入臨床 I/II 期,其中DNL151顯示良好的血腦屏障穿透性,可降低腦脊液中α-syn水平;反義寡核苷酸(ASOs):通過(guò)下調(diào)LRRK2表達(dá),在PD小鼠模型中減少α-syn包涵體形成,處于臨床前驗(yàn)證階段。
c-Abl抑制劑:抑制c-Abl對(duì)Parkin的磷酸化,恢復(fù)其線粒體自噬功能,減少AIMP2積累。K0706:高選擇性c-Abl抑制劑,血腦屏障穿透性優(yōu)于傳統(tǒng)抑制劑(如尼洛替尼),在健康志愿者與PD患者中顯示良好耐受性,可顯著抑制腦內(nèi)c-Abl活性,目前處于II期臨床(NCT03655236);尼洛替尼:廣譜酪氨酸激酶抑制劑,在PD臨床中因血腦屏障穿透率低(最大劑量下效果有限),僅輕微改善運(yùn)動(dòng)癥狀,暫未達(dá)到臨床終點(diǎn)。
ASK1抑制劑:抑制ASK1介導(dǎo)的JNK/p38激活,減輕氧化應(yīng)激與神經(jīng)炎癥。Selonsertib(GS-4997):已在糖尿病腎病中驗(yàn)證安全性,在PD細(xì)胞模型中可抑制α-syn誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡,但尚未進(jìn)入PD臨床;JNK3-N-Tat:肽類抑制劑,在MPTP小鼠模型中減輕線粒體損傷,抑制多巴胺能神經(jīng)元凋亡,處于臨床前階段。
ROCK抑制劑(如法舒地爾,F(xiàn)asudil):通過(guò)激活A(yù)KT、抑制小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥(減少TNF-α/IL-6釋放),在SOD1-G93A PD模型中改善運(yùn)動(dòng)功能,目前在PD中的臨床探索仍在早期;
p38 MAPK抑制劑(如SB203580):在PD動(dòng)物模型中可減少α-syn誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥,但因靶點(diǎn)選擇性差(抑制所有p38亞型),未進(jìn)入臨床。


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指標(biāo)名 | 核心貨號(hào) | 指標(biāo)名 | 核心貨號(hào) |
LRRK2 | H716 | PINK1 | L057 |
AKT | C231 | JNK2 | D576 |
ASK1 | B358 | PRKN | L060 |
ERK1 | B357 | ERK2 | A930 |
PI3K | J829 | FKBP5 | E645 |
PARP1 | A279 | FOXO1 | A764 |