囊泡单胺转运体的研究进展.pdf
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# 89 # 中国临床神经科学2004 年第 12 卷第 1 期 囊泡单胺转运体的研究进展 任今鹏, 蒋雨平 ( 复旦大学附属华山医院神经内科 200040) 关键词 VMAT1 ; 摘要 VMAT2; 帕金森病; 单胺类递质 囊泡单胺转运体( vesicular monoamine transporter, VMAT) 也称为囊泡单胺转运蛋白, 介导 单胺类递质 在突触囊 泡中的转运。 近 年来其分子结构在体内的分布及生理功能已被初步阐明, 就此做一综述。 神经元和内分泌细胞通过胞吐作用释放单胺类物 大鼠的肾上腺表达, 为 VMAT1 [ 5] 。 质, 此过程需要其前体被转运并积聚到分泌性囊泡中。 Erickson 等用大鼠的嗜碱性细胞系 cDNA 文库通 在中枢神经系统, 单胺类神经递质被两种不同类型的 过在猴的肾脏细胞上表达克隆分离出另一种 VMAT 的 调节分泌的囊泡所摄取和贮存: 小突触囊泡和大致密 cDNA。此克隆编码的 VMAT 的蛋白和 mRNA 只在大 中心囊泡( large dense core vesicles) 。生物化学和药理 鼠的脑内表达, 为 VMAT 2 学证据表明这种摄取是由特定的囊泡单胺转运体介导 [ 1] 的 。研究表明囊 泡单胺转运体 在两种亚型 VMAT1 和 VMAT2 [ 2] 。分子克隆技术鉴定表明: VMAT 1 主要在 [ 6] 。 对人和牛的 VMAT 的同工型也作了研究, 结果表 明 VMAT 的 两 种 同 工 型 与 大 鼠 是 极 为 相 似 的 [ 7] 。 VMAT1 和 VMAT2 的 基 因 分 别 位 于 第 8 染 色 体 外周组织中表达, 参与外 周单胺类递质转运 的调节; ( 8p2113) [ 8] 和第 10 染色体( 10q25) [ 7] 。 VMAT2 则主要在脑内表达, VMAT2 决定了细胞内单胺 囊泡单胺转运 体的分子结 构 研 究表明, VMAT 类递质的贮存部位, 并认为与中枢单胺类递质及相关 是结合于膜上的糖蛋白, 相对分子质量约在 65 @ 103 ~ 神经 心 理 性 疾 病 的 调 节 有 关 [ 1] 。 近 来 研 究 表 明, 85 @ 103 。VMAT1 具有约 521 个氨基酸 [ 5] , VMAT2 具有 VMAT2 可能通过清除毒物入囊泡而对神 经元有保护 约 518 个氨基酸, 不同种属的 VMAT 相对分子质量和 作用, 使其免受毒素的损害[ 3] ; 还有研究表明在帕金森 氨基酸数略有差异。对大鼠 VMAT 序列的疏水性分析 病患者的 脑内 VMAT 2 的含 量和 mRNA 减 少 , 提示 表明: VMAT 都具有 12 个跨膜螺旋区, N- 末端和 C- 末 VMAT 可能在帕金森病的发病机制中起一定作用。 端位于胞质 [ 5] 。囊泡基质中的环上存在 N- 连接的糖 [ 4] 基化作用位点。位于跨膜区 1 和 2 之间。这一模式结 囊泡单胺转运体的结构 构可适用于各种来源的 VMAT1 和 VMAT2 的 结构中。 在大 鼠体内存在两 种不同的囊 在胞质侧的氨基酸序列中含有蛋 白激酶 C 和蛋白激 泡单胺转运体: VMAT1 和 VMAT2 。Edwards 和 Erickson 酶 A 的磷酸化位点, 提示磷酸化可能参与调节 VMAT 等分 别 在 哺 乳 动 物 细 胞 上 克 隆 出 大 鼠 的 VMAT。 的功能。可变性最大的部分为 N- 和 C- 末端的部分以 VMAT 的克隆 Edwards 是 将 VMAT 作 为 一 个 抗 MPP ( 1-methy1- 4- 及巨大 的 糖 基化 环。例 如, 在 这个 环 上, VMAT1 和 phenylpyridine) 基因获得的。对 MPP+ 有独特敏感性的 VMAT2 的同源性只有 22% ; 另一方面, 一些跨膜区相 中国仓鼠卵巢( Chinese hamster ovary , CHO) 细胞被源自 当保守, 在那些区域一些带电的氨基酸很稳定。 + + PC-12 细胞的 cDNA 文库逐步转染, 然后在有 MPP 的 + 人 VMAT1 和 VMAT 2 氨基酸序列具有 60% 的同源 培养基中培养, 分离出对 MPP 有抗 性的克隆。这个 性, 最大的同源性在 12 个跨膜转运区。在 VMAT1 有 3 克隆编码的 VMAT 表明这些转化细胞通过利舍平敏感 个糖基化位点, 而在 VMAT2 有 4 个糖基化位点。N- 末 的方式积聚多巴胺。此种 VMAT 的蛋白和 mRNA 只在 端和 C- 末端具有很少的保守性[ 7] 。 [ 文章编号] [ 作者简介] 1008-0678( 2004) 01- 089-04 [ 中图分类号] R74215 [ 文献标识码] A 任今鹏, 男( 1970-) 山东青岛人, 博士, 主治医师, 目前在上海交通大学附属第六人民医院神经内科工作, 从事帕金森病的研究。 # 90 # 中国临床神经科学2004 年第 12 卷第 1 期 大鼠 的 VMAT 1 和 VMAT2 具 有 62% 的 同源 性和 78% 的相似性。序列的主要不同在位于跨膜区 1 和跨 膜区 2 之间的大环结构和 N- 末端及 C- 末端 [ 8] 。 丁苯那嗪对其转运有特定的抑制作用; » 对单胺的转 + [ 10] 运依赖于跨膜 H - 电化学梯度 。 各种循环细胞通过特定的浆膜转运体( 如多巴胺 VMAT 的另一个特点, 在物种进化过程中具有高 转运体) 摄取单胺类递质, 并在 VMAT 的帮助下将其储 度保守性。不同种属的 VMAT 1 之间以及 VMAT2 之间 存于分泌囊泡。VMAT 位于突触囊泡膜 上, 从胞质转 氨基 酸 序 列 具 有 很 高 的 同 源 性。例 如, 人 和 大 鼠 运单 胺 类递 质 入 囊 泡 贮 存 以 便 释 放 至 突 触 间 隙。 VMAT1 的氨基酸序列在 12 个跨膜区上具有 97% 的同 VMAT 利用囊泡内的质子交换胞质的单 胺, 此转运的 源性, 小鼠 VMAT2 的氨基酸序列与人及大鼠分别具有 能量来自囊 泡膜上的 H +-ATPase 产生的跨囊泡膜的 92% 和 96% 的同源性 [ 8] 。 pH 梯度。H +-ATPase 主动的将质子沿着 pH 梯度泵入 囊泡, 囊泡里产生高质子浓度和低 pH 值, 囊泡内的低 囊泡单胺转运体的分布 pH 值有助于单胺稳定的贮存[ 11] 。 在大鼠, 最初 发现 VMAT1 在肾 上腺髓质 表达而 单胺类递质包括多巴胺、去甲肾上腺素、 5- 羟色胺 VMAT2 在脑内表达。并且分别将 VMAT1 和 VMAT2 称 和组胺。在单胺能神经末梢, 重摄取占释出总量的 3/ 。但是, 此假说被从嗜碱性白 4, 为单胺能神经递质终止其生理作用的主要方式, 既 细胞库中克隆出 VMAT2 而被推翻[ 4] 。有人应用多克 保证了突触传递的灵活性, 又符合生物学经 济原则。 隆抗体对 VMAT 1 和 VMAT2 在大鼠和人脑中的分布进 VMAT1 在外周组织清除单胺入囊泡( 如肾上腺髓质) , 行了研究[ 7] 。结果表明 VMAT1 主要分布在大鼠的内 VMAT2 则 清 除 单 胺 类 递 质 入 脑 内 的 突 触 囊 泡 [ 9] 。 分泌和旁分泌细胞( 嗜铬细胞、肠的嗜铬粒蛋白 A 阳 VMAT2 的功能对于囊泡 Ca2+ 依赖的量子化释放非常 性细胞、肠嗜 铬细 胞和 颈上 神经 节 多巴 胺能 SIF 细 重要 [ 7] 。VMAT 2 通过携带 多巴胺进入突 触囊泡和调 胞) , 而在成年脑内不 表达。VMAT2 则在 脑内的多巴 节随后的释放而在多巴胺的贮存和释 放中起关键作 胺能、 去甲肾上腺素能、肾上腺素能、 5- 羟色胺能以及 用[ 12] 。一旦 多 巴 胺 进 入 突 触 前 神 经 末 梢, 它 就 被 组胺能神经元中都有表达, 在交感神经中也 有表达。 VMAT2 转运入小囊泡 为分泌型和神经原型 [ 5] [ 5, 10] 。当神经冲动到达末梢时, 另外, 在胃壁黏膜层的多巴胺能嗜铬粒蛋白 A 阳性细 细胞膜对 Ca 通透性改变, Ca 进入细胞产生兴奋释 胞和肠嗜铬细胞样细胞中也有 VMAT2 的表达。在人 放偶联, 使囊泡与突触前膜融合, 然后胞裂而将囊泡内 类中也有类似的结果, VMAT 1 只在神经内分泌细胞包 的单胺类递质以量子释放至突触间隙, 一个突触小泡 括嗜铬细胞和肠嗜铬细胞中表达, VMAT2 则在中枢以 内的递质代表一个量子单位。 [ 13] 及外 周神经系 统中都有 表达 [ 8] VMAT2 在尾壳核、 伏隔核 。在中枢 神经 系统, 2+ 2+ 另外, VMAT 对 于 毒 素 的 清 除 也 十 分 重 要。 、 黑质、 被盖腹侧区、蓝斑、 VMAT2 是毒素清除反向转运体基因家族的一员, 包括 中缝核群和孤束核有高表达, 在中脑、 脑干腹侧部、下 一些细菌抗生素的抗性基因。在细菌中, VMAT2 可以 [ 9] 丘脑和嗅球都有表达, 在大脑皮质亦有少量表达 。 从细胞清除毒素。有人认为 VMAT2 从胞质中清除潜 在肾上腺中的分布比较复杂, 而且在大鼠、 牛和人 在的毒性物质, 通过分离毒性物质进入囊泡, 从而防止 身上得出的结果是不同的。在大鼠, 肾上腺中主要是 毒性物质与 细胞器作 用, 使 细胞免受 毒性物质 的损 [ 5] VMAT1 表达 , 但 VMAT2 在其中的神经节细胞也许还 害[ 3] 。选择性多巴胺神经元的毒素 MPTP 活性代谢产 有一些嗜铬细胞中表 达[ 6, 9] 。相反, 在牛 的肾上腺中 生 MPP 损害多巴胺神经元和其他表达多巴胺转运体 主要是 VMAT 2 表达, 而在人 的肾 上腺髓 质中 VMAT1 ( dopamine transporter, DAT) 的细胞, 从而导致帕金森综 和 VMAT 2 都有表达 [ 7] 。大鼠血小板的 VMAT 尚未鉴 定出, 人的血小板表达 VMAT2 。 在大鼠 VMAT2 mRNA 主要集中于中枢单胺能神经 元, VMAT2 蛋白主要集中于脑内突触囊泡膜[ 5, 7] 。 囊泡单胺转运体的生理功能 VMAT 具有以下明显的特性: ¹ 对 5- 羟色胺、 多巴 胺和肾上腺素的摄取具有广泛的选择性; º 利舍平和 + 合征。在 VMAT2 基因敲除的杂合子小鼠黑质多巴胺 神经元数量, 纹状体多巴胺和 DAT 明显减少及神经胶 质增生, 表现出对 MPTP 的高度敏感性, 表明低于正常 水平的 VMAT2 的表达对 MPTP 的毒性易感性增强 [ 3] 。 VMAT2 抑制剂增强 MPTP 对大鼠纹状体的毒性作用。 VMAT 的过量表达能够通过从细胞质的线粒体损害部 + + 位清除 MPP 至囊泡而抑制 MPP 的毒性 [ 5] 。有研究 证实, 大鼠之所以表现出对 MPTP 的神经毒作用较小 # 91 # 中国临床神经科学2004 年第 12 卷第 1 期 鼠不敏感是因为大鼠纹状体的多巴胺能神经元的囊泡 + 中含有更多的 VMAT2 , 能将更多 的 MPP 清除入囊泡 [ 14] 是其机制之一。VMAT2 能 够通过清除毒 素入囊泡而 防止对神经元的毒性 [ 20] , 从而可以减轻对神经元的损 。苯丙胺 通过破坏穿 害。在帕金森病中对损害最敏感的区域是壳核和尾状 过囊泡膜的 pH 梯度从而从贮存囊泡释放单胺 [ 11] 。苯 核, 在这些区域 DAT 的表达最多[ 3] , 而同样 VMAT2 也 丙胺产生的多巴胺的释放和 VMAT2 介导的囊泡重摄 有高表达[ 17] , 但这并不能防止这些区域出现神经元的 取之间的平衡对于由适量苯丙胺产生 的非量子化非 损害, 说明仅仅 VMAT2 的存在并不能保护单胺能神经 Ca2+ 依赖的细胞外的多巴胺的释放和高剂量的苯丙胺 元免受损伤, 尚有 另外的因 素影响多 巴胺神经 元变 引起的多巴胺的毒性非常重要。高浓度的苯丙胺可能 性[ 3, 17] 。有学者认为, 在那些 VMAT2 表达相对较低水 通过细胞质的多巴胺氧化和自由基形成而产生氧化应 平的细胞可能对帕金森综合征诱导剂或单胺的自动氧 激造成多巴胺的毒性。 化更敏感。DAT 和 VMAT2 的比值可能表明神经元对 而减轻了 MPTP 的 毒性作用 尽管 VMAT2 提供一定程度的保护作用, 但是一些 多巴胺毒物的敏感性。DAT / VMAT 2 的比值高增加细 内源性和外源性毒物还是通过浆膜转运体如 DAT 进 胞对毒素的敏感性, 而 DAT/ VMAT2 比值 低将减少其 入神经元。因此, VMAT 和 DAT 与毒物的相互作用就 对毒素的敏感性 。在帕金森病中损害最严重的壳 核 DAT 与 VMAT2 的比值更高, 说明比值可帮助确定对 影响多巴胺能神经元功能和最终存活 [ 3] , 维持 DAT 和 VMAT2 之间介导递质转运的平衡对于细 胞功能是极 [ 15] 为重要的 。 [ 3, 17] 损害最敏感的区域[ 3, 17] 。 基于以上观点, 如果 DAT 和 VMAT2 确实介导对神 经变性疾病的敏感性, 那么通过药物干预这些转运体 中枢囊泡单胺转运体( VMAT2 ) 可能会为帕金森病的治疗 开辟一条新途径。增加由 和帕金森病的关系 VMAT2 介导的囊泡摄取可以减少环境毒 物对神经元 鉴于 VMAT 特别是脑内 VMAT 2 具有的上述生理 功能, 因此对 VMAT2 和临床疾病关系的研究集中在神 经系统变性疾病, 尤其是帕金森病的研究。近年来, 试 图把 DAT 和 VMAT2 作为多巴胺神经元损害的指标, 以 的损伤, 延缓神经元的变性, 预防或减慢帕金森病的进 程。但是, 关于 VMAT2 与帕金森病关系的研究尚处于 初步阶段, 其在帕金森病中的作用机制及其意义尚待 进一步研究。 利于对帕金森病的症状前检测和干预, 减缓帕金森病 参考文献 的发展。由于 DAT 的表达能被 L- dopa、 苯丙胺及可卡 [ 1] Nirenberg MJ, Liu Y , Pet er D, et al. The vesicular monoamine transporter 因等发改变, 因此有学者认为 VMAT2 可能是在帕金森 2is present in small synapt ic vesicles and preferentially local ixes t o large 病中 用来 检测 多 巴胺 神 经末 梢 完整 性 的更 可 靠指 dense core vesicles in rat sol itary tract nuclei [ J ] . Proc Nat l Acad Sci 标[ 16, 20] 。 USA , 1995, 92: 8773-8777 VMAT2 的 mRNA 在 帕金森病中 受损害的 各主要 细胞群中都有表达( 多巴胺能、 去甲肾上腺能和 5- 羟色 胺能) 。在帕金森病患者 的脑组织中, VMAT 2 的蛋白 含量明显减少[ 17] 。在帕金森病的动物模型上也观察 [ 18, 19] 到 VMAT2 的结合位点及 mRNA 的表达减少 [ 2] Liu Y , Schweit zer, ER, Nirenberg, MJ, et al. Preferential localization of a vesicular monoamine t ransporter to dense core vesicles in PC12 cells [ J] . J Cell Biol, 1994, 127: 1419-1433 [ 3] Miller GW, Gainet dinov RR, Levey AL, et al. Dopamine t ransporters and neuronal injury [ J] . Tips, 1999, 20: 424-429 [ 4] Kilboum MR, Kuszpit K, Sherman P1 Rapid and diff erential losses of in 。表 vivo dopamine transport er ( DAT) and vesi cular monoamine transporter 明 VMAT2 在帕金森病的发病机制中可能起一定作用。 ( VMAT2) radioligand binding in MPTP-treat ed mice [ J] . Synapse, 2000, VMAT2 帮助维持胞质低的多巴胺水平, 对于细胞正常 35: 250-255 功能是必须的。高水平的胞质多巴胺会抑制线粒体呼 吸造成多巴胺自动氧化和自由基的形成。选择性多巴 + [ 5] Liu Y , Peter D , Roghani A, et al . A cDNA t hat suppresser MPP+ toxicit y encodes a vesicular amine transport er [ J] . Cell, 1992, 70: 539-551 [ 6] Mahata SK , M ahat a M , Fischer- Colbrie R , et al. Vesicle monoamine 胺神经元毒素 MPTP 的活性代谢产物 MPP 选择性的 transport ers 1 and 2 diff erential distribut ion and regulation of their mRNAs 通过 DAT 在黑质纹状体的多巴胺神经元中积聚, 损伤 in chromaff in and ganglion cells of rat adrenal medulla [ J] . Neurosci Lett 多巴胺神经元和其他表达 DAT 的细胞, 从而导致帕金 , 1993, 156: 70-72 森综合征。帕金森病的病因中包括环境因素, 特别是 环境毒物。研究表明暴露于除草剂及有机氯农药是帕 金森病的危险因素, 通过影响 VMAT2 的正常功能可能 [ 7] Surratt CK , Persico AM, Yang CD, et al. 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J 2002-02-04 修回) Pharmacol Exp Ther, 2000, 293: 329-325 阵发性运动源性舞蹈手足徐动症 王 晔, 郭大文, 王德生* ( 沈阳军区总医院神经内科 110015; * 哈尔滨医科大学第一临床医学院神经内科 150001) 关键词 运动障碍; 离子通道; 癫 ; 舞蹈; 手足徐动 摘要 PKC 为一种离子通道病, 多呈常染色体显性遗传, 表 现形式 多样, 可见突 然、 简 短、非意志 性异常运 动, 抗癫 治疗有效。 随 着年龄增长, 症状逐渐减轻。 概 持续 5 min 至数小时不等, 诱因包括乙醇、 咖啡、 茶、 疲 述 劳、 吸烟等。发作间期正常, 称为家族性阵发性肌张力 阵发性运动障碍( paroxysmal dyskinesias) 为一种离 障碍 性 舞 蹈 手 足 徐 动 症 ( familial paroxysmal dystonic 子通道病, 可见短暂舞蹈手足徐动症或肌张力障碍, 持 choreoathetosis) [ 3] 。L ishman 等 1962 年报道/ 阵发性运 续时间较短 [ 1] 。Gowers( 1885) 首先描述运动诱发舞蹈 动源性舞蹈手足徐动症0 [ 4] 。1967 年 Kertesz 详细描述 。1940 年 Mount / 舞蹈肌张力障碍发作0, 诱因为突然运动( 运动源性) 、 和 Reback 报道 1 例常染 色体显性遗传 23 岁男性, 可 应激或兴奋状态, PKC 发作形式多样, 可见突然、 简短 见上下肢舞蹈手足徐动症样运动, 每天发作 2~ 3 次, 性单侧或双侧异常运动, 如肌张力障碍性姿势、舞蹈、 手足徐动症样或肌张力障碍性癫 [ 文章编号] [ 作者简介] [ 2] 1008-0678( 2004) 01- 092-04 [ 中图分类号] R74212 [ 文献标识码] A 王晔, 男( 1967-) , 黑龙江哈尔滨市人, 沈阳军区总医院神经内科主治医生, 医学博士, 神经病 学博士后, 主要从 事脑血管病和神 经 变性疾病的研究。