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摘要：自噬是清除病理状态下异常蛋白质的重要途径，对维持机体平衡有重要的作用，自噬异常参与多种疾病的发病机制。帕金森病 （Parkinson’s disease， PD） 是中枢神经系统退行性疾病，自噬紊乱与PD的发生发展具有密切联系，其已成为PD研究和治疗的重要方向。文章简要综述了自噬与PD，以期为今后的研究提供参考。
关键词：自噬;帕金森病相关基因;α-突触核蛋白
【中图分类号】R322.8 【文献标识码】A 【文章编号】2107-2306（2020）02-327-02
自噬在真核细胞中广泛存在，是一个吞噬自身细胞质蛋白或细胞器，使其包被进入囊泡，并与溶酶体融合，降解包裹的内容物的过程，从而实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新。在应激条件下自噬通常被激活，清除细胞内异物和异常的细胞，从而维持机体平衡。
1 自噬的分类与活性检测
根据细胞将物质运到溶酶体內的途径不同，自噬分为以下几种：①大自噬（macroautophagy），即为通常所说的自噬，由内质网来源的膜包绕待降解物形成自噬体，然后与溶酶体融合并降解其内容物; ② 小自噬 （microautophagy），不形成自噬体，由溶酶体的膜直接包裹长寿命蛋白等，在溶酶体内降解; ③ 分子伴侣介导的自噬 （chaperone-mediated autophagy， CMA）， 胞质内蛋白结合到分子伴侣后被转运到溶酶体腔中，然后被溶酶体酶消化。CMA在清除蛋白质时具有选择性，其底物是可溶性蛋白质分子，而前两种方式则无明显的选择性。
自噬体的形成对自噬的发生与发展至关重要，但只有完整的自噬流才能清除损伤的线粒体和异常聚积的蛋白。微管相关膜蛋白轻链3 （microtuble associated protein light chain 3，LC3） 是自噬体膜上的标志性蛋白，分为可溶性的LC3-I和膜性的LC3-II。当自噬信号被激活，产生大量自噬体，LC3-II结合到自噬体膜上，自噬底物蛋白死骨片1 （p62） 通过LC3-II进入自噬体内，p62水平降低，当自噬体与溶酶体结合，自噬体被降解，LC3-II浓度随之降低[1]，即自噬体的数量与LC3-II水平呈正相关，与p62水平成负相关。所以，可以采用Western blot检测LC3的含量，或通过LC3和p62水平来判断自噬流的强弱。另外，通过溶酶体抑制剂，抑制溶酶体的功能，使LC3积聚，通过比较不同组别LC3水平差异也可判断自噬流的强度。
2 自噬与帕金森病 （Parkinson’s disease， PD） 的关系
PD的典型病理特征为黑质多巴胺 （dopamine， DA） 能神经元退行性变性死亡和残存的神经元胞浆内形成路易小体 （Lewy bodies， LBs），聚集的α-突触核蛋白 （α-synuclein， α-syn）是LBs的主要结构成分。α-syn是由SNCA基因指导合成的含150个氨基酸的小分子蛋白质，正常生理状态下为稳定的α-螺旋结构，不会产生细胞毒素作用，在参与DA 的生物合成、抵抗细胞损伤方面有重要作用。多种因素都可导致α-syn错误折叠并过度聚积，产生具有神经毒性的寡聚体，增加细胞通透性促进细胞内Ca2?浓度上升，胞内离子浓度平衡被破坏，进而激活caspase蛋白酶系统，最终导致神经元变性死亡。研究发现不溶性和突变的α-syn 主要通过自噬途径清除，可溶性α-syn 则主要通过蛋白酶降解。α-syn的异常积聚抑制自噬途径，而自噬途径的抑制又导致α-syn的积聚，加重了DA能神经元的损伤情况，进而形成一个恶性循环的病理过程[2]。
3 PD相关基因与自噬
PD的致病机理复杂，是多种因素共同作用的结果。目前已经发现了20余种家族性PD相关的基因，它们可以直接或间接地影响自噬过程，进而影响PD发病过程。我们选取较为重要的几种基因与自噬的相互关系进行了综述。
3.1 LRRK2与自噬
遗传性家族PD发病的相关基因富含亮氨酸重复单位激酶2 （leucine-rich repeat kinase 2， LRRK2）可能与自噬相关。LRRK2基因突变可以增强LRRK2 激酶活性，影响神经元生长，参与帕金森病发病过程。野生型LRRK2 可以通过CMA 途径降解，突变型LRRK2则抑制CMA 降解途径导致ɑ-syn 的堆积，其主要是通过结合溶酶体表面的Lamp2 抑制其正常功能[3]。
3.2 DJ-1与自噬
DJ-1是一种由PARK7基因编码、可以调节细胞器更新速度的蛋白质。在正常生理状态下，线粒体产生ROS进而上调自噬，使衰老、损伤的线粒体被清除。而突变型的DJ-1灭活ROS，溶酶体活性降低，使线粒体自噬减弱，导致损伤线粒体在细胞内大量积聚，神经元细胞发生退行性病变，最终导致PD。
3.3 PINK1/Parkin与自噬
PTEN诱导的假定激酶1 （PTEN-induced putative kinase 1， PINK1） 和Parkin是PD中介导线粒体自噬的两个致病基因。PINK1位于Parkin的上游，二者共同调节线粒体自噬。当线粒体损伤时，PINK1到线粒体外诱导线粒体自噬，清除损伤的线粒体。但在PD患者中，PINK1与Pakin突变，PINK1到线粒体外膜的过程出现障碍，致使线粒体自噬清除作用被抑制，受损线粒体在细胞内堆积，产生大量活性氧物质 （reactive oxygen species， ROS），进而造成了神经元损伤[4]。 3.4 ATP13A2与自噬
ATP13A2可以调节溶酶体活性，清除细胞内损伤的蛋白或细胞器。ATP13A2基因缺失会导致细胞内Zn2?稳态失衡，引起溶酶体功能紊乱，降低溶酶体的吞噬降解能力，α-syn降解减少导致堆积和线粒体损伤，而ATP13A2的过表达则可以逆转此现象[5]。
3.5 UCH-L1与自噬
泛素C末端水解酶L1 （ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase L1， UCH-L1） 是一种仅在大脑、睾丸、卵巢和肿瘤周边组织中表达的蛋白质。UCH-L1的突变可以导致家族性PD，突变型的UCH-L1与CMA的底物具有高亲和力，并与之结合，抑制CMA，导致α-syn积累，从而促進PD的发病进程。
4 自噬与PD治疗
自噬与PD的密切关系提示我们，可以通过诱导激活自噬或增强溶酶体活性的方式调节自噬水平，减少α-syn聚积和受损伤细胞器的积累，抑制神经元的变性坏死，从而为PD的治疗提供一些新的治疗参考。
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 （mammalian target of rapamycin， mTOR） 是自噬的负调节因子，而雷帕霉素是药物自噬诱导剂，在哺乳动物细胞中，可以抑制mTOR的活性促进自噬，可以清除易聚集蛋白，保护细胞免于凋亡。海藻糖可以通过mTOR非依赖性途径增强自噬，抑制α-syn的聚积，避免细胞死亡，减缓PD的病理变化，同时避免了雷帕霉素产生的较大副作用。mTOR依赖性与非依赖性自噬诱导剂联合用药，会产生累加效应，而且可以降低单独用药的给药剂量，减少副作用，在帕金森症的治疗中具有十分广阔的应用前景。另外，增强溶酶体活性，维持溶酶体的正常功能也有助于改善PD的病理变化。
5 展望
自噬广泛存在于机体中，维持细胞正常自噬功能，减少α-syn的异常聚集和损伤细胞器的积累，提高神经元细胞的存活，对PD有重要作用。如何利用基因或药理手段，激活自噬，实现对PD的有效治疗，进而在不伤害机体的前提下有效激活自噬，仍是PD治疗的一大挑战。
参考文献：
【基金项目】国家级大学生创新创业训练项目（201810439041，201910439028）;山东省自然科学基金项目（ZR2019MH090）
作者简介
袁小凡，焦剑桥 为本文共同第一作者。
通讯作者： 张昭强（1980-），男，副教授，博士，主要从事帕金森病的病因与防治的研究。
关键词：自噬;帕金森病相关基因;α-突触核蛋白
【中图分类号】R322.8 【文献标识码】A 【文章编号】2107-2306（2020）02-327-02
自噬在真核细胞中广泛存在，是一个吞噬自身细胞质蛋白或细胞器，使其包被进入囊泡，并与溶酶体融合，降解包裹的内容物的过程，从而实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新。在应激条件下自噬通常被激活，清除细胞内异物和异常的细胞，从而维持机体平衡。
1 自噬的分类与活性检测
根据细胞将物质运到溶酶体內的途径不同，自噬分为以下几种：①大自噬（macroautophagy），即为通常所说的自噬，由内质网来源的膜包绕待降解物形成自噬体，然后与溶酶体融合并降解其内容物; ② 小自噬 （microautophagy），不形成自噬体，由溶酶体的膜直接包裹长寿命蛋白等，在溶酶体内降解; ③ 分子伴侣介导的自噬 （chaperone-mediated autophagy， CMA）， 胞质内蛋白结合到分子伴侣后被转运到溶酶体腔中，然后被溶酶体酶消化。CMA在清除蛋白质时具有选择性，其底物是可溶性蛋白质分子，而前两种方式则无明显的选择性。
自噬体的形成对自噬的发生与发展至关重要，但只有完整的自噬流才能清除损伤的线粒体和异常聚积的蛋白。微管相关膜蛋白轻链3 （microtuble associated protein light chain 3，LC3） 是自噬体膜上的标志性蛋白，分为可溶性的LC3-I和膜性的LC3-II。当自噬信号被激活，产生大量自噬体，LC3-II结合到自噬体膜上，自噬底物蛋白死骨片1 （p62） 通过LC3-II进入自噬体内，p62水平降低，当自噬体与溶酶体结合，自噬体被降解，LC3-II浓度随之降低[1]，即自噬体的数量与LC3-II水平呈正相关，与p62水平成负相关。所以，可以采用Western blot检测LC3的含量，或通过LC3和p62水平来判断自噬流的强弱。另外，通过溶酶体抑制剂，抑制溶酶体的功能，使LC3积聚，通过比较不同组别LC3水平差异也可判断自噬流的强度。
2 自噬与帕金森病 （Parkinson’s disease， PD） 的关系
PD的典型病理特征为黑质多巴胺 （dopamine， DA） 能神经元退行性变性死亡和残存的神经元胞浆内形成路易小体 （Lewy bodies， LBs），聚集的α-突触核蛋白 （α-synuclein， α-syn）是LBs的主要结构成分。α-syn是由SNCA基因指导合成的含150个氨基酸的小分子蛋白质，正常生理状态下为稳定的α-螺旋结构，不会产生细胞毒素作用，在参与DA 的生物合成、抵抗细胞损伤方面有重要作用。多种因素都可导致α-syn错误折叠并过度聚积，产生具有神经毒性的寡聚体，增加细胞通透性促进细胞内Ca2?浓度上升，胞内离子浓度平衡被破坏，进而激活caspase蛋白酶系统，最终导致神经元变性死亡。研究发现不溶性和突变的α-syn 主要通过自噬途径清除，可溶性α-syn 则主要通过蛋白酶降解。α-syn的异常积聚抑制自噬途径，而自噬途径的抑制又导致α-syn的积聚，加重了DA能神经元的损伤情况，进而形成一个恶性循环的病理过程[2]。
3 PD相关基因与自噬
PD的致病机理复杂，是多种因素共同作用的结果。目前已经发现了20余种家族性PD相关的基因，它们可以直接或间接地影响自噬过程，进而影响PD发病过程。我们选取较为重要的几种基因与自噬的相互关系进行了综述。
3.1 LRRK2与自噬
遗传性家族PD发病的相关基因富含亮氨酸重复单位激酶2 （leucine-rich repeat kinase 2， LRRK2）可能与自噬相关。LRRK2基因突变可以增强LRRK2 激酶活性，影响神经元生长，参与帕金森病发病过程。野生型LRRK2 可以通过CMA 途径降解，突变型LRRK2则抑制CMA 降解途径导致ɑ-syn 的堆积，其主要是通过结合溶酶体表面的Lamp2 抑制其正常功能[3]。
3.2 DJ-1与自噬
DJ-1是一种由PARK7基因编码、可以调节细胞器更新速度的蛋白质。在正常生理状态下，线粒体产生ROS进而上调自噬，使衰老、损伤的线粒体被清除。而突变型的DJ-1灭活ROS，溶酶体活性降低，使线粒体自噬减弱，导致损伤线粒体在细胞内大量积聚，神经元细胞发生退行性病变，最终导致PD。
3.3 PINK1/Parkin与自噬
PTEN诱导的假定激酶1 （PTEN-induced putative kinase 1， PINK1） 和Parkin是PD中介导线粒体自噬的两个致病基因。PINK1位于Parkin的上游，二者共同调节线粒体自噬。当线粒体损伤时，PINK1到线粒体外诱导线粒体自噬，清除损伤的线粒体。但在PD患者中，PINK1与Pakin突变，PINK1到线粒体外膜的过程出现障碍，致使线粒体自噬清除作用被抑制，受损线粒体在细胞内堆积，产生大量活性氧物质 （reactive oxygen species， ROS），进而造成了神经元损伤[4]。 3.4 ATP13A2与自噬
ATP13A2可以调节溶酶体活性，清除细胞内损伤的蛋白或细胞器。ATP13A2基因缺失会导致细胞内Zn2?稳态失衡，引起溶酶体功能紊乱，降低溶酶体的吞噬降解能力，α-syn降解减少导致堆积和线粒体损伤，而ATP13A2的过表达则可以逆转此现象[5]。
3.5 UCH-L1与自噬
泛素C末端水解酶L1 （ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase L1， UCH-L1） 是一种仅在大脑、睾丸、卵巢和肿瘤周边组织中表达的蛋白质。UCH-L1的突变可以导致家族性PD，突变型的UCH-L1与CMA的底物具有高亲和力，并与之结合，抑制CMA，导致α-syn积累，从而促進PD的发病进程。
4 自噬与PD治疗
自噬与PD的密切关系提示我们，可以通过诱导激活自噬或增强溶酶体活性的方式调节自噬水平，减少α-syn聚积和受损伤细胞器的积累，抑制神经元的变性坏死，从而为PD的治疗提供一些新的治疗参考。
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 （mammalian target of rapamycin， mTOR） 是自噬的负调节因子，而雷帕霉素是药物自噬诱导剂，在哺乳动物细胞中，可以抑制mTOR的活性促进自噬，可以清除易聚集蛋白，保护细胞免于凋亡。海藻糖可以通过mTOR非依赖性途径增强自噬，抑制α-syn的聚积，避免细胞死亡，减缓PD的病理变化，同时避免了雷帕霉素产生的较大副作用。mTOR依赖性与非依赖性自噬诱导剂联合用药，会产生累加效应，而且可以降低单独用药的给药剂量，减少副作用，在帕金森症的治疗中具有十分广阔的应用前景。另外，增强溶酶体活性，维持溶酶体的正常功能也有助于改善PD的病理变化。
5 展望
自噬广泛存在于机体中，维持细胞正常自噬功能，减少α-syn的异常聚集和损伤细胞器的积累，提高神经元细胞的存活，对PD有重要作用。如何利用基因或药理手段，激活自噬，实现对PD的有效治疗，进而在不伤害机体的前提下有效激活自噬，仍是PD治疗的一大挑战。
参考文献：
- Tanida I， Ueno T， Kominami E. LC3 and Autophagy. Methods Mol Biol. 2008， 445：77-88.
- Lin KJ， Lin KL， Chen SD， et al. The Overcrowded Crossroads： Mitochondria， Alpha-Synuclein， and the Endo-Lysosomal System Interaction in Parkinson's Disease. Int J Mol Sci. 2019， 20（21）：5312-5340.
- Cogo S， Manzoni C， Lewis PA， et al. Leucine-rich repeat kinase 2 and lysosomal dyshomeostasis in Parkinson disease. J Neurochem. 2020，152（3）：273-283.
- Miller S， Muqit MMK. Therapeutic approaches to enhance PINK1/Parkin mediated mitophagy for the treatment of Parkinson's disease. Neurosci Lett. 2019，705：7-13.
- Bento CF， Ashkenazi A， Jimenez-Sanchez M， Rubinsztein DC. The Parkinson's disease-associated genes ATP13A2 and SYT11 regulate autophagy via a common pathway. Nat Commun. 2016，7：11803-11819.
【基金项目】国家级大学生创新创业训练项目（201810439041，201910439028）;山东省自然科学基金项目（ZR2019MH090）
作者简介
袁小凡，焦剑桥 为本文共同第一作者。
通讯作者： 张昭强（1980-），男，副教授，博士，主要从事帕金森病的病因与防治的研究。