大麻素受体信号通路在亨廷顿病中作用的研究进展

摘要

亨廷顿病是一种单基因常染色体显性遗传性神经退行性疾病，以脑内纹状体神经元大量丢失为主要病理特征，临床表现为不自主的舞蹈样运动、认知障碍和神经精神症状。其发病机制主要是突变亨廷顿蛋白的表达，导致纹状体中中型多棘神经元的选择性变性和疾病的发作。大麻素受体（cannabinoid receptor, CBR）主要通过CBR1和CBR2信号途径在神经递质释放、突触可塑性、基因表达和神经元活性的调制等方面发挥关键作用。近年来研究发现，CBR1介导的磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1/脑源性神经营养因子、神经肽Y/神经元一氧化氮合酶等相关信号通路在调节亨廷顿病纹状体神经保护中发挥关键作用。我们着重综述有关CBR1相关信号通路在亨廷顿病中作用的研究进展，为防治亨廷顿病提供新的理论依据和药物靶点。

亨廷顿病（Huntington′s disease）是一种由4号染色体IT15基因中CAG（编码氨基酸谷氨酰胺的密码子）重复序列异常扩增突变引起的一种神经退行性疾病[1]。亨廷顿病基因中的不稳定CAG重复扩增翻译成亨廷顿蛋白（HTT）中的多聚谷氨酰胺（poly Q）肽段。异常的poly Q重复序列引起HTT的错误折叠和聚集，形成突变亨廷顿蛋白（mutant huntingtin, mHtt)，该蛋白质在细胞内逐渐聚集导致纹状体和皮质区域中的中型多棘神经元（medium spiny neurons, MSNs）的退化，并影响其功能。在周围神经系统组织中，mHtt的形成是亨廷顿病患者出现多种外周变化的主要原因，包括骨骼肌缺陷、代谢异常和免疫系统功能障碍。亨廷顿病患者的临床表现主要为舞蹈样不自主动作、精神障碍和进行性痴呆，称为"三联征"，随着病情进展逐渐丧失说话、行动、思考和吞咽的能力，患者一般在中年发病，病程10~20年，并最终导致患者死亡。目前尚无预防及可延缓疾病进展的药物，主要为对症治疗。

大麻素受体（cannabinoid receptor, CBR）是指与大麻素类物质结合一类G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor, GPCR），包括CBR1和CBR2[6]，通过与大麻类物质结合参与调控神经系统功能，如学习与记忆、突触传递和突触可塑性等。药理学研究表明CBR激活可以改善神经退行性疾病（包括帕金森病、阿尔茨海默病、亨廷顿病和多发性硬化症）中的神经功能缺陷和疾病的进展。在亨廷顿病患者和动物模型中，CBR的遗传缺失在亨廷顿病小鼠模型中可加剧疾病进展，而CBR的活化可保护纹状体神经元的生物学功能，这种作用是由多种信号途径介导的。因此，我们就CBR1及其介导的相关信号通路对调节亨廷顿病纹状体神经元保护作用的研究进展作一综述。

一、CBR1与亨廷顿病

CBR1主要在纹状体中等棘状神经元的γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid, GABA）能神经元高度表达，调控突触传递和神经功能，并在亨廷顿病的发病机制中起关键作用。研究表明，CBR1对由急性脑损伤和慢性神经变性等刺激引起的兴奋性毒效应具有神经保护作用。CBR1的神经保护作用在CB1基因敲除的亨廷顿病小鼠模型中进一步得到证实。CBR1在亨廷顿病模型小鼠和亨廷顿病患者的MSNs中的表达下调，而MSNs中CBR1的表达增强改善了亨廷顿病基因R6/2小鼠的兴奋性投射神经元的存活。但在亨廷顿病转基因小鼠R6/2中，CBR1基因敲除导致运动功能恶化，并加剧纹状体萎缩和mHtt的聚集，且mHtt可降低各种亨廷顿病模型中的CBR1 mRNA表达[13]。尽管CBR1的神经保护的细胞和分子机制尚未阐明，鉴于目前的研究基本证实了CBR1对亨廷顿病患者及动物模型具有神经保护作用。

二、CBR1与磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）/脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor, BDNF）信号途径

最近的研究表明，CBR1通过PI3K/Akt/mTORC1信号介导BDNF表达增加，保护了神经元免于兴奋性毒性的损伤。BDNF是体内含量最多的神经营养因子，它通过与酪氨酸激酶B（tropomyosin receptor kinase B, TrkB）的结合而发挥神经保护作用；TrkB的胞内区域具有内在的酪氨酸激酶活性，BDNF与TrkB结合后激活胞内区域，引起TrkB自身磷酸化作用增强，进而激活Ras-丝裂原活化蛋白激酶（Ras-mitogen-activated protein kinase, Ras-MAPK）通路，最后在环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate, cAMP）反应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein, CREB）的丝氨酸位点激活CREB。CREB通过增加BDNF基因及抗凋亡蛋白基因B淋巴细胞瘤白血病-2（Bcl-2）的表达，来促进神经细胞生存，增加突触可塑性及神经发生。研究发现，在亨廷顿病动物模型纹状体中的CBR1、BDNF和TrkB表达随着疾病进展而下降，并且CBR1、BDNF和TrkB功能的恢复可防止亨廷顿病样神经变性[17]。Blázquez等研究证实，在亨廷顿病动物模型，纹状体的CBR1参与上调BDNF表达，并且CBR1/BDNF连接与纹状体密切相关，通过它可以保护纹状体细胞免于兴奋性毒性和mHtt诱导体内毒性。这些发现揭示了CBR1的激活和BDNF表达之间的分子联系，表明了CBR1/BDNF轴在促进纹状体神经元存活中的相关性。因此，上述研究证实CBR1通过PI3K/Akt/mTORC1/BDNF信号途径保护纹状体神经细胞的观点（图1）。

图1 

亨廷顿病中大麻素受体（CBR）1所介导的主要信号转导途径。CBR1通过磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）信号通路上调脑源性神经营养因子（BDNF）的表达，上调的BDNF与酪氨酸激酶B（TrkB）结合激活Ras-丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路进而激活环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（CREB），最后，CREB通过抗凋亡蛋白基因B淋巴细胞瘤白血病-2（Bcl-2）的表达促进神经细胞存活。CBR1的下调会降低神经元一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase, nNOS）激活CREB的能力，导致功能受损。CBR1-腺苷A2A受体（A2AR）异聚复合物的形成可能对神经元存活具有有利影响（该图为作者原创）

三、CBR1与神经肽/nNOS信号途径

研究表明神经肽Y（neuropeptide Y）/神经元一氧化氮合酶（nNOS）中间神经元CBR1的表达和功能降低可对纹状体输出产生多种功能影响。神经肽Y/nNOS中间神经元是与MSNs和胆碱能中间神经元的远端树突建立突触连接的GABA能中间神经元。因此，表达神经肽Y/nNOS中间神经元中的CB1信号转导的丢失可能导致亨廷顿病相关的基底神经节功能受损。Horne等[20]研究发现，在亨廷顿病动物模型及亨廷顿病患者的尾状核中，CBR1表达在间接途径的MSNs和神经肽Y/nNOS中间神经元中下调，这种下调也阻碍了大麻素激动剂在表达神经肽Y/nNOS中间神经元中激活促存活信号分子CREB的能力。CBR1信号转导的下调也会影响皮质纹状体-MSNs-神经肽Y/nNOS中间神经元微电路，并最终损伤亨廷顿病相关的基底神经节的神经元连接的传出功能，并导致功能受损。

磷酸化激活pCREB下游的CREB可控制突触可塑性和增强细胞存活，且CREB的缺失涉及亨廷顿病的病程进展。有文献报道，在亨廷顿病动物模型R6/2小鼠中，神经肽Y/nNOS中间神经元中CBR1的表达减少与弥散性mHtt表达相关，并且阻断了大麻素刺激的pCREB信号在这些细胞中的激活；而在异源细胞模型中的实验研究显示，CBR1活化导致神经肽Y/nNOS中间神经元中的pCREB增加，提示CBR1可直接与此信号转导途径结合[22]。以上结果说明，CBR1下调导致CBR介导的对R6/2小鼠的纹状体神经肽Y/nNOS中间神经元中的pCREB信号转导的控制功能丧失，神经肽Y中间神经元中CBR1功能的丧失可能与亨廷顿病相关的症状和发病机制有关。

四、CBR1-A2A腺苷受体异聚体信号转导

许多神经递质和神经调质如内源性大麻素、腺苷、多巴胺和谷氨酸，通过参与其同源GPCR控制MSNs的活性和突触可塑性，在控制神经元的兴奋性方面具有关键作用。CBR1可以通过与其他GPCR异源化发挥调节作用，这些受体之间相互作用的精确分子机制目前尚未阐明，但有证据支持其机制可能至少部分依赖于CBR1-A2AR异聚复合物的形成，并在亨廷顿病的发病机制中起重要作用。A2AR和CBR1在皮质纹状体-神经元末梢和间接途径MSNs中高表达，而在亨廷顿病患者的纹状体MSN和亨廷顿病动物模型的背侧纹状体中A2AR和CBR1均表达降低，并且A2AR和CBR1在其间接途径MSNs及其生物化学特征具有特异性。CBR1和A2AR可以在活细胞中形成异源二聚体或者以CBR1/D2/A2A的形式形成低质异源多聚体，这种复杂的聚合物可能会导致更复杂的CBR1的功能选择性和介导的细胞信号通路的改变。

研究发现，纹状体A2AR和CBR1之间存在促进性和抑制性功能的相互作用。Chiodi等研究表明，在神经元过度表达腺苷A2AR大鼠中，纹状体中CBR1激活介导的效应显著降低，CBR1-A2AR异聚体在亨廷顿病患者早期的尾状核壳中丢失，并且非异构化A2AR和CBR1的皮质纹状体池将是缓解晚期亨廷顿病症状的腺苷能和大麻素类药物的主要靶点，而CBR1-A2AR异聚体的MSN库可能是疾病早期阶段这些物质的额外靶标。因此，突触前纹状体CBR1-A2AR异聚体在细胞和行为学水平可作为亨廷顿病患者作用的重要靶点。上述研究可能会打开一个新的概念框架，以了解协调性腺苷-大麻素功能在间接纹状体通路中的作用，CBR1-A2AR异聚体可能成为预防和治疗神经性疾病功能障碍潜在的药物作用靶点。

五、结论与展望

CBR在哺乳动物体内普遍存在，其介导的相关信号通路在神经退行性疾病的神经保护中发挥着关键作用。除上述CBR在亨廷顿病中所介导的相关信号通路外，CBR1活化还可激活MAPK、细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated kinase 1/2, ERK1/2）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）和p38蛋白信号通路，参与调节细胞增殖、细胞周期控制和细胞死亡。尽管已有诸多证据证明亨廷顿病的发生和发展与CBR的功能异常有密切的关系，但要彻底阐明亨廷顿病复杂的发病机制，仍需进一步的研究。通过对CBR的全面了解将有助于我们更好地理解以亨廷顿病为代表的神经退行性疾病的发病机制以及病理过程，为未来能够找到治疗神经退行性疾病的有效药物提供新的思想和策略。