MEF2與神經(jīng)疾病關(guān)聯(lián)研究進(jìn)展

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本文作者：王莉江文作者單位：第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

在多種類型細(xì)胞中，作為細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的終端分子－肌細(xì)胞增強(qiáng)因子-2(mef2)是特異性基因表達(dá)和轉(zhuǎn)錄的中心調(diào)控因素。神經(jīng)系統(tǒng)中，MEF2分布廣泛，且具有多種生物學(xué)功能，如調(diào)控神經(jīng)元的成熟及突觸的形成等;不同條件下，MEF2可促進(jìn)神經(jīng)元存活，而應(yīng)激和神經(jīng)毒物能下調(diào)MEF2而導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡;相反，上調(diào)MEF2活性可不同程度地起到神經(jīng)保護(hù)作用，這在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中均有體現(xiàn)。本文就MEF2的結(jié)構(gòu)、分布、生理功能及其與神經(jīng)系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

1MEF2的結(jié)構(gòu)及亞型組成

MEF2是一類最早發(fā)現(xiàn)于肌肉中的核轉(zhuǎn)錄因子，它與DNA中富集A/T的序列結(jié)合，調(diào)控眾多參與肌肉形成和發(fā)育的基因表達(dá)。大量研究證實(shí)，MEF2不僅在肌肉組織中高表達(dá)，在神經(jīng)系統(tǒng)中同樣能檢測(cè)到它的大量存在。MEF2屬于MADS-box轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子家族，后者通過(guò)與其他含有MADS結(jié)構(gòu)域的因子結(jié)合行使不同水平的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。脊椎動(dòng)物的MEF2蛋白由4個(gè)基因編碼(MEF2A、B、C、D)，各亞型在胚胎形成及成體組織中均有表達(dá)，但在時(shí)間和空間上存在差異性和重合性。MEF2由3部分組成，N’端開(kāi)始的56個(gè)氨基酸，被稱為MADS-BOX，它是DNA結(jié)合區(qū)，在眾多生物中具有高度保守性;緊鄰MADS-BOX的是一個(gè)由29個(gè)氨基酸組成的MEF2結(jié)構(gòu)域，它不僅能影響DNA與MADS-BOX的結(jié)合程度，還介導(dǎo)了MEF2不同蛋白間的同源和異源二聚化。脊椎動(dòng)物中，MEF2蛋白有50%的氨基酸是一致的，高度保守的MADS-BOX和MEF2結(jié)構(gòu)域相似度達(dá)95%。雖然這兩者對(duì)于DNA結(jié)合已經(jīng)足夠，但仍缺乏轉(zhuǎn)錄活性。MEF2的C’端即是它的轉(zhuǎn)錄活性區(qū)，由許多具有調(diào)節(jié)能力的微小結(jié)構(gòu)域組成，包括核定位序列和大量磷酸化位點(diǎn)，因此該區(qū)域具有基因多樣性，氨基酸序列同源度很低，這也是MEF2參與并調(diào)節(jié)眾多生命過(guò)程的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。MEF2的組成決定了其能接受及應(yīng)答來(lái)自細(xì)胞內(nèi)多種通路的信息，另外，MEF2的活性也受細(xì)胞外環(huán)境的影響［1］。

2MEF2在神經(jīng)系統(tǒng)中的分布

MEF2亞基多位于細(xì)胞核內(nèi)，以同源或異源二聚體的形式結(jié)合在DNA上，通過(guò)與其他轉(zhuǎn)錄因子相互作用影響目的基因的表達(dá)。所有的MEF2家族成員在神經(jīng)系統(tǒng)中都有高表達(dá)，尤其是MEF2C［2］。Lin等首次用MEF2不同亞型的特異探針進(jìn)行RNAblot分析，觀測(cè)到成年大鼠腦內(nèi)，MEF2A，C，D在海馬(齒狀回顆粒細(xì)胞層及CA1～CA4的錐體細(xì)胞)，嗅球(僧帽細(xì)胞)，大腦皮層(全層)中均有較高表達(dá);而在發(fā)育中的小腦顆粒神經(jīng)元(CGNs)中，MEF2A，D的含量逐漸上升，MEF2C則相反。免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示，除了上述分布特征以外，MEF2在其他腦區(qū)(丘腦)神經(jīng)元中也有一定表達(dá)，而膠質(zhì)細(xì)胞中則很少［3，4］。Neely等發(fā)現(xiàn)，除了細(xì)胞核，MEF2在細(xì)胞質(zhì)有也有少量分布，大都分布在線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，參與氧化呼吸鏈的調(diào)節(jié)及機(jī)體自噬作用的完成［5，6］。

3MEF2在神經(jīng)系統(tǒng)中的功能

作為細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)通路的終端，MEF2主要被3條通路激活:CaMK/HDACs;p38/ERK5/MAPK;Calcineurin/NFAT［7，8］。激活的MEF2調(diào)節(jié)鈣相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，參與神經(jīng)元正常生命活動(dòng)的進(jìn)行。

3．1MEF2與神經(jīng)元的存活，成熟和分化

MEF2的表達(dá)可提高新生神經(jīng)元的存活率。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，胚胎皮質(zhì)來(lái)源的神經(jīng)元中，MEF2C的突變可引起凋亡神經(jīng)元數(shù)目的增加，同樣，在小腦顆粒細(xì)胞中通過(guò)RNA干擾技術(shù)阻斷MEF2A的表達(dá)可降低神經(jīng)元的存活率，其對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)作用可見(jiàn)一班［9］。Ca2+信號(hào)通路對(duì)神經(jīng)元的存活和成熟具有重要意義，同時(shí)還能調(diào)控胚胎及成體腦中神經(jīng)元前體細(xì)胞(NPC)的分化過(guò)程。在離體的胚胎紋狀體NPC中觀察到，隨著分化的進(jìn)行，細(xì)胞內(nèi)Ca2+信號(hào)加強(qiáng)，NPC向神經(jīng)元分化并能形成較長(zhǎng)的軸突，同時(shí)γ-氨基丁酸的形成增加。另有來(lái)自成人大腦皮質(zhì)NPC的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，阻斷介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+內(nèi)流的L-型Ca通道，能抑制NPC向神經(jīng)元的分化。因此，Ca2+對(duì)神經(jīng)元的形成及其形態(tài)的調(diào)節(jié)起重要作用。而上升的細(xì)胞內(nèi)Ca2+作用的其中一個(gè)下游靶點(diǎn)就是MEF2轉(zhuǎn)錄因子家族［10］。Lin等用MEF2肽的多克隆抗體觀測(cè)小腦內(nèi)顆粒層MEF2蛋白的表達(dá)時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)育的進(jìn)行，作為成熟小腦顆粒神經(jīng)元分化的一個(gè)標(biāo)志，GABAA受體α6亞基的RNA含量也在上升。Brian等發(fā)現(xiàn)MEF2D在分化前后胚胎腦皮質(zhì)來(lái)源的NPCs中均有表達(dá)，且在神經(jīng)元的形成過(guò)程中逐漸增多，膠質(zhì)細(xì)胞則相反。另外，MEF2D的表達(dá)水平和神經(jīng)元軸突的長(zhǎng)度有相關(guān)性，即神經(jīng)元軸突越長(zhǎng)，MEF2D表達(dá)的水平越高。近有研究顯示，作為MEF2D基因表達(dá)的激動(dòng)劑，ERK5在NPCs的分化過(guò)程中逐漸升高;而阻遏劑，組蛋白脫乙酰酶Ⅱ的含量則下降［11］。由此可見(jiàn)，MEF2表達(dá)的升高與神經(jīng)元的成熟和分化密切相關(guān)。

3．2MEF2與突觸可塑性

神經(jīng)興奮性的形成及基本組成單位是突觸，神經(jīng)環(huán)路的實(shí)現(xiàn)依賴于促進(jìn)和抑制突觸形成因素的平衡，這其中起重要作用的是多種興奮性依賴的轉(zhuǎn)錄因子，如MeCP2和MEF2。無(wú)論單個(gè)神經(jīng)元或是局部神經(jīng)回路中，這些因子能調(diào)控谷氨酸能及γ-氨基丁酸能突觸的數(shù)量［12］。Flavell等發(fā)現(xiàn)海馬神經(jīng)元興奮后，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，激活MEF2A、D，進(jìn)一步抑制了興奮性突觸數(shù)量的上升。在CGNs中，MEF2A的泛素化可抑制其轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)突觸的成熟［13］。Shalizi等表明細(xì)胞受各種刺激后引起Ca2+內(nèi)流，致使神經(jīng)鈣調(diào)素活化，后者協(xié)同PKC、MKK/P38等通路最終磷酸化MEF2A，使其由泛素化轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)，從而抑制了樹(shù)突的突觸后分化，而且突觸素1(Synapsin-1)及突觸后致密物質(zhì)的含量也有所下降。上述過(guò)程影響了海馬細(xì)胞LTP和LTD的形成，最終導(dǎo)致生物個(gè)體學(xué)習(xí)記憶能力的改變［14，15］。有趣的是，MEF2對(duì)突觸的形成和維持會(huì)因部位的不同而起到相反作用。比如敲除海馬神經(jīng)元中MEF2A、D基因，可觀察到突觸及樹(shù)突棘數(shù)量的升高，而在CGNs中則相反，這與MEF2參與的轉(zhuǎn)錄后修飾不同有關(guān)。

3．3MEF2與神經(jīng)毒性損傷

各種引起神經(jīng)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)損傷的能力的內(nèi)源或外源化合物稱為神經(jīng)毒性，它可發(fā)生在生命周期中的任何階段，在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中也有體現(xiàn)。Li等發(fā)現(xiàn)神經(jīng)毒性物質(zhì)可通過(guò)增加半胱天冬酶(caspase)的表達(dá)清除MEF2s，從而導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡［16］。Okamoto等在腦缺血損傷模型中也發(fā)現(xiàn)了MEF2C被降解的碎片。另有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，轉(zhuǎn)染具有結(jié)構(gòu)活性的MEF2C可阻礙NMDA受體介導(dǎo)的神經(jīng)毒性作用［17］。Gong等用過(guò)氧化氫處理皮質(zhì)神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)中細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶5(CDK5)活性大大增強(qiáng)，他們證實(shí)MEF2是CDK5細(xì)胞核內(nèi)作用的直接靶標(biāo)，且CDK5通過(guò)磷酸化MEF2D轉(zhuǎn)錄區(qū)的Ser444位點(diǎn)從而抑制其活性。而突變的MEF2可避免上述過(guò)程［18］。另外，降低CDK5活性或加強(qiáng)MEF2功能可減少谷氨酸介導(dǎo)的神經(jīng)元毒性作用。這些發(fā)現(xiàn)闡明了調(diào)控MEF2活性的一個(gè)很重要機(jī)制，即CDK5→caspase→MEF2，這種機(jī)制在多種神經(jīng)毒性狀態(tài)下均有涉及［19］。

3．4MEF2與藥物成癮

藥物濫用和藥物成癮作為當(dāng)今世界性的公共衛(wèi)生問(wèn)題，引起了人們的廣泛關(guān)注和高度警覺(jué)。研究證實(shí)，持續(xù)給予可卡因，可增加伏核(NAc)中間神經(jīng)元樹(shù)突棘的數(shù)量，從而導(dǎo)致行為反應(yīng)的敏感化。Pulip-paracharuvil等發(fā)現(xiàn)上述病理過(guò)程是依賴cAMP介導(dǎo)的紋狀體MEF2活性下降來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而cAMP是鈣調(diào)蛋白(Calmodu-lin)和鈣調(diào)磷酸酶活性的關(guān)鍵調(diào)控者。因此，MEF2是突觸可塑性調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因子，其活性的降低參與了可卡因誘導(dǎo)的NAc樹(shù)突棘密度的升高。然而，人為增強(qiáng)生理狀態(tài)下NAc中MEF2的活性卻可增強(qiáng)可卡因的依賴敏感性，這一點(diǎn)說(shuō)明，NAc中MEF2活性的下降可能是限制可卡因產(chǎn)生的長(zhǎng)時(shí)間不適應(yīng)行為反應(yīng)的一種代償機(jī)制［20］。Mlewski等在急性和慢性給予大鼠安非他明(精神刺激藥)后4h，可觀測(cè)到P25蛋白水平的上升，后者持續(xù)激活CDK5，進(jìn)一步磷酸化MEF2，抑制其活性。這部分解釋了MEF2在精神興奮藥物敏化中的作用機(jī)制［21］。另有研究證實(shí)，CDK5不僅能磷酸化MEF2，在激素依賴形成中同樣可以磷酸化糖皮質(zhì)激素受體(GRs)，這也側(cè)面反映了糖皮質(zhì)激素應(yīng)激系統(tǒng)和MEF2通路有所交匯［22］。近期資料顯示，長(zhǎng)期給予大鼠乙醇添加飼養(yǎng)，可降低MEF2A、DmRNA的轉(zhuǎn)錄活性，亦可降低谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體4(GluT4)的表達(dá)水平，同時(shí)提高血清TNFα的含量。因此，慢性乙醇處理可降低心肌AMPKα和MEF2的活性，這與大鼠GluT4的表達(dá)下調(diào)有關(guān)［23］。而在腦中乙醇對(duì)MEF2是否有如此調(diào)控作用很值得探究。

4MEF2與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)系

4．1MEF2與Alzheimer病(AD)

AD是老年人常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，是癡呆的最常見(jiàn)病因。它的一個(gè)很重要的病理特征就是Aβ淀粉樣肽的異常沉積。而后者是由Aβ前體蛋白(APP)通過(guò)β和γ分泌酶剪切而成。β-APP剪切酶(BACE1)，是一種跨膜的天冬氨酸激酶，它的啟動(dòng)子區(qū)和5’非翻譯區(qū)包含多種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，其中包括MEF2D結(jié)合區(qū)，這表明Aβ的毒性作用可能和MEF2有關(guān)［24］。此外，Dong等在SN4741細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)Aβ抑制了MEF2的活性，且這種抑制具有劑量依賴性及肽片段特異性。另有研究表明，MEF2A基因的多態(tài)性可增加遲發(fā)性AD(LOAD)患病的風(fēng)險(xiǎn)，這與MEF2的P279L等位基因可降低MEF2A的轉(zhuǎn)錄活性有關(guān)［25］。與Aβ相反，Aβ前體蛋白APP在應(yīng)激條件下能有效保護(hù)神經(jīng)元。Burton等報(bào)道在缺乏APP的鼠B103細(xì)胞中導(dǎo)入人野生型APP(hAPPwt)，而不是家族性AD患者的突變型APP(FAD-hAPPmut)，可增強(qiáng)P38MAPK依賴的磷酸化作用，從而激活MEF2［26］。因此，MEF2在APP介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)過(guò)程中扮演重要角色。另外，Wang等證實(shí)，參與AD病理改變的微管相關(guān)蛋白Tau是糖原激酶3β(GSK3β)的底物之一，后者通過(guò)直接磷酸化MEF2D抑制其活性，這一過(guò)程參與了AD的退行性改變，而突變后的MEF2D則可避免此過(guò)程［27］。

4．2MEF2與Parkinson病(PD)

PD是一種中老年人常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)障礙疾病，以黒質(zhì)多巴胺(dopamine，DA)能神經(jīng)元的變性缺失為主要病理特征。實(shí)驗(yàn)表明，紋狀體多巴胺的損耗減少了表達(dá)D2受體的紋狀體-蒼白球中間神經(jīng)元的樹(shù)突棘密度及谷氨酸能突觸的數(shù)量。這些樹(shù)突棘的形成依賴Ca2+v1．2L-型鈣通道介導(dǎo)的Ca2+內(nèi)流。而細(xì)胞膜去極化和MEF2可上調(diào)Nur77和Arc基因，后兩者與突觸重塑相關(guān)［28］。Crocker等報(bào)道給予MPTP(人工合成海洛因)后，多巴胺神經(jīng)元的丟失與鈣激活酶(Calpain)密切相關(guān)［29］。Smith等揭示了CDK5介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子MEF2表達(dá)是鈣激活酶的下游事件。他們發(fā)現(xiàn)MPTP激活CDK5通過(guò)增加鈣激活酶依賴的CDK5激動(dòng)劑P35向P25(與發(fā)病相關(guān))的轉(zhuǎn)換。高度活化的CDK5在Ser444位點(diǎn)磷酸化MEF2D，抑制其活性，這在多巴胺神經(jīng)元的丟失過(guò)程中起關(guān)鍵作用［30］。

4．3MEF2與Huntington病(HD)

HD是影響紋狀體和大腦皮質(zhì)的常染色體顯性遺傳病，它是由于γ-氨基丁酸對(duì)多巴胺的抑制性調(diào)節(jié)受損，導(dǎo)致黒質(zhì)DA能神經(jīng)元過(guò)度活躍所致。3-硝基丙酸(3-NP)是由某些植物和真菌產(chǎn)生的毒性物質(zhì)，它是琥珀酸脫氫酶的特異性抑制劑，而后者則是連接氧化磷酸化與電子傳遞的樞紐之一，能為多種原核及真核細(xì)胞的呼吸鏈提供電子。體內(nèi)注射3-NP可選擇性誘發(fā)紋狀體的病理改變，這與HD中相似，因此，這為研究HD的發(fā)病機(jī)制提供了有力的模型依托。研究表明，海馬神經(jīng)元中，3-NP激活鈣蛋白酶和CDK5，從而誘導(dǎo)神經(jīng)元凋亡，這與MEF2含量的下降及活性的降低有關(guān)［31］。

4．4其它

神經(jīng)元中，MEF2很重要的一個(gè)功能就是調(diào)控突觸的形成。在某些與突觸數(shù)量及功能異常的神經(jīng)精神疾病中，如癲癇和自閉癥，可觀察到MEF2的作用靶標(biāo)發(fā)生了變異，進(jìn)一步證實(shí)了這些疾病中抑制突觸發(fā)育的興奮性依賴基因表達(dá)有異常［32］。脆性X綜合征(FXS)，是智力缺陷和自閉癥最常見(jiàn)的遺傳類型，它的發(fā)病是由于一個(gè)與RNA綁定的蛋白質(zhì)(FMRP)功能的缺失，而FMRP通過(guò)興奮性依賴的轉(zhuǎn)錄因子MEF2來(lái)促進(jìn)突觸的消除［33］。另外，MEF2C的缺陷與瑞特綜合征(Rettsyndrome)有關(guān)，后者是一種以孤獨(dú)為主要臨床特征的精神疾病，伴有嚴(yán)重的突觸功能缺陷［34］。缺血缺氧性腦病在神經(jīng)科非常常見(jiàn)，如何在腦血管事件發(fā)生后盡可能多的保護(hù)神經(jīng)元是一直被關(guān)注的話題。Wang等觀察了大鼠腦缺血預(yù)處理(CIP)后，海馬CA1區(qū)神經(jīng)元MEF2C與ERK5的表達(dá)情況，后者作為MAPK家族的成員之一，可通過(guò)應(yīng)激反應(yīng)及不同的生長(zhǎng)因子被激活。他們發(fā)現(xiàn)在給予了CIP后的動(dòng)物組，MEF2C于再灌注后期(6h～5d)活性明顯升高。免疫共沉淀結(jié)果證明ERK5與MEF2C于再灌注3d均明顯升高，這種變化可被ERK5的反義核苷酸阻斷，而抑制ERK5-MEF2通路可使海馬CA1區(qū)TUNEL陽(yáng)性凋亡細(xì)胞數(shù)量明顯增多，同樣也消除了CIP的神經(jīng)保護(hù)作用。以上證明，CIP后ERK5-MEF2通路在抗細(xì)胞凋亡及神經(jīng)保護(hù)方面起重要作用［35］。

5展望

MEF2轉(zhuǎn)錄因子家族在調(diào)節(jié)神經(jīng)元基礎(chǔ)生命過(guò)程中是眾多信號(hào)通路的效應(yīng)者。而對(duì)其在神經(jīng)系統(tǒng)中的功能揭示還不夠完善，許多問(wèn)題亟待解決。比如，MEF2相關(guān)的調(diào)控機(jī)制是否具有細(xì)胞特異性?MEF2調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞功能與在其他細(xì)胞類型中是否不同?不同疾病發(fā)展過(guò)程中是否有MEF2亞基的特異性調(diào)節(jié)?以及在病理?xiàng)l件下，膠質(zhì)細(xì)胞中MEF2的表達(dá)情況及可能存在的作用機(jī)制?等等這些問(wèn)題的解答需要我們對(duì)MEF2在神經(jīng)系統(tǒng)中的功能認(rèn)識(shí)進(jìn)一步提高。另外，MEF2顯示出的良好的神經(jīng)保護(hù)作用及對(duì)興奮性環(huán)路的調(diào)控作用，預(yù)示著其在缺血缺氧性腦病，癲癇及某些精神疾病中可能成為新的藥物靶點(diǎn)。