Cdk5在中枢神经系统作用靶点的最新进展

2015-02-16张洪海

中国现代医生 2015年24期

关键词：蛋白激酶吗啡靶点

张洪海

杭州市第一人民医院麻醉科，浙江杭州310006

Cdk5在中枢神经系统作用靶点的最新进展

张洪海

杭州市第一人民医院麻醉科，浙江杭州310006

细胞周期素依赖性蛋白激酶5（cyclin-dependent kinase 5，Cdk5）属于丝氨酸和苏氨酸激酶家族。Cdk5主要分布于哺乳动物的全身组织，但只有分布在神经组织的Cdk5才具有活性，因为其激活有赖于其激活子p35，而p35主要分布于神经组织。近期的大量的研究结果表明，Cdk5在中枢神经系统通过作用不同的分子靶点从而调控不同的生理功能。Cdk5在中枢系统通过作用不同的分子蛋白对学习记忆功能进行调控，同时越来越多的研究结果也表明，Cdk5在调控炎性疼痛的过程中也具有重要的作用。本文就Cdk5作用中枢神经系统不同的分子靶点进行总结，对于我们理解Cdk5在中枢神经系统的功能具有重要的意义。

细胞周期素依赖性蛋白激酶5；中枢神经系统；分子靶点

Cdk5在中枢系统通过作用不同的分子蛋白对学习记忆功能进行调控，同时越来越多的研究结果也表明，Cdk5在调控炎性疼痛的过程中也具有重要的作用。本文就Cdk5作用中枢神经系统不同的分子靶点进行总结，对于我们理解Cdk5在中枢神经系统的功能具有重要的意义。

1 Cdk5与辣椒素受体

细胞周期素依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase，Cdk）是一个蛋白激酶家族，这个家族属于丝氨酸和苏氨酸激酶[1]。其主要参与调控肿瘤细胞的增殖和死亡以及细胞代谢循环等，Cdks家族包括Cdk1～Cdk9，其激活依赖于细胞周期素[2]，但细胞周期素依赖性蛋白激酶5（cyclin-dependentkinase，Cdk5）主要分布于后有丝分裂神经元，其激活方式不同于其他Cdks。Cdk5的激活依赖于其特异性激活子蛋白p35和p39。p35和p39在钙蛋白酶的作用下裂解为p25和p29，其激活Cdk5的效力更强，并有更长的半衰期。既往的研究表明Cdk5主要参与细胞神经元生长、迁移和凋亡等[3，4]。近年的研究结果表明其在大鼠和小鼠炎性疼痛模型上参与调控炎性疼痛[5-7]。在足底角叉菜胶致炎的小鼠脊髓背根神经节（dorsal root ganglion，DRG）Cdk5通过磷酸化辣椒素受体（vanilloid receptor-1，VR1）调控外周伤害性信息的传导，从而调控炎性痛的热痛阈而对机械痛则没有显著影响。完全弗氏佐剂（complete freund's adjuvant，CFA）致炎的大鼠脊髓后角的Cdk5酶的活性明显增高，其选择性抑制剂Roscovitine脊髓鞘内注射明显的抑制由大鼠足底注射CFA导致的热痛阈。Cdk5是一种蛋白激酶并不直接调控疼痛信息，主要通过底物作用于相应的靶点从而进行伤害神经元细胞内的信号级联的传导[8]。尽管一些实验数据表明Cdk5在不同模型可以磷酸化不同的蛋白底物和作用在不同的分子靶点，但到目前为止在脊髓水平上Cdk5调控炎性疼痛的机制依旧不清楚。

2 Cdk5与神经突触囊泡蛋白

近期研究结果显示，存在海马神经元突触前的Cdk5通过磷酸化门控电压钙通道和作用于突触前的不同囊泡蛋白调控相关神经递质的释放[10-12]。众所周知，突触囊泡是调控神经递质释放的起始点和关键部位。外周刺激信息传递到突触前神经元轴突合成相应的神经递质。合成后的神经递质通过轴浆运输到突触囊泡，突触囊泡与突触前的质膜融合、破裂，在质膜外的钙离子进入和作用下使神经递质释放到突触间隙，通过突触间隙的运输和扩散作用于突触后的相应的神经元受体[13-17]。神经元受体激活导致相应的离子通道打开，细胞外的信息传递到细胞内从而使细胞内信号级联激活，同时相应的信息传递到脑部的高级神经中枢进行信号整合。大量的研究结果证实，突触囊泡蛋白突触体素（synaptophysin）通过SNARE（包括突触囊泡相关蛋白-2（vesicle-associated membrane protein-2，VAMP-2/synaptobrevinⅡ），突触前质膜相关蛋白-25（synaptosomal-associated protein，SNAP-25）和突触质膜蛋白（syntaxin 1A）来调控包括兴奋性神经递质谷氨酸的神经递质的释放[18]，而谷氨酸能神经元调控学习记忆和炎性疼痛中具有重要的作用[19，20]。

3 Cdk5与NMDA受体

大量的研究结果表明N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）在调控学习记忆功能中具有重要的作用。NMDA分为NR1、NR2和NR3三个亚基，NR2又分为A～D四个亚型而NR3亚基分为A和B两个亚型。动物实验的结果显示NR2亚基的NR2A和NR2B两个亚型在调控动物学习记忆中占有重要的地位。在小鼠的海马区功能增强的NR2A可以使海马区的突触可塑性（synaptic plasticity）加强和长时程增强（long-term potentiation，LTP）形成[21，22]。突触可塑性和长时程增强受损显著的减弱小鼠的学习记忆功能。而Cdk5可以通过磷酸化NR2A的1232位点的丝氨酸从而影响小鼠海马区的LTP形成。而NR2B生物学功能主要取决于其磷酸化水平和细胞的上膜率。动物的实验结果显示基因敲除NR2B或者表达率和上膜率下降的小鼠与对照组相比表现显著学习记忆受损。离体小鼠海马区的研究结果表明Cdk5的选择性抑制剂Roscovitine明显地抑制NR2B酪氨酸的1472位点的磷酸化同时也抑制其上膜率。而NR2B酪氨酸的1472基因敲除小鼠在行为学中表现为与恐惧学习记忆中的学习能力显著的下降[23]。

4 Cdk5与阿片类受体

众所周知吗啡是临床最常用和最有效的镇痛药物之一，但其临床的成瘾性和耐受性限制其临床的一应用。研究结果证实δ-opioid receptor（DOR）在吗啡耐受中起到至关重要的作用，但DOR在介导吗啡耐受中的机制并不清楚[24]。最近研究表明在大鼠腰膨大处的背根神经节（dorsal root ganglion，DRG）Cdk5可以直接磷酸化DOR神经元的苏氨酸的161A位点（Thr-161）[24]。而DRG神经元上DOR的磷酸化苏氨酸的T161A位点在介导吗啡的耐受中扮演了重要的角色，条件性基因敲除DRG神经元上的DOR的苏氨酸的161位点显著中断或者将减轻吗啡耐受而鞘内注射Thr-161的质粒也可以取得相同效果。而Cdk5酶的活性在大鼠脊髓给与注射吗啡的活性明显的增高，抑制增高Cdk5酶的活性则可以逆转这个过程。同时试验研究结果也显示，过渡表达的DOR在缺乏Cdk5酸化苏氨酸的161A位点后这个过程也可被逆转。而另一个大鼠吗啡耐受的实验模型中鞘内注射Cdk5选择性抑制剂Roscovitine也阻断这个过程[25]，以上实验结果表明Cdk5在吗啡耐受的产生和维持的机制中起到关键性作用，为临床研究预防吗啡耐受可能提供了一个新的治疗靶点。

5 Cdk5与BDNF/TrKB信号系统

脑源性神经营养性因子（brain-derived neuro factor，BDNF）和其受体络氨酸受体B（tyrosine kinase receptor B，TrKB）信号系统在调控神经病理性疼痛和炎性疼痛具有重要的作用[26]。最新的研究结果表明BDNF/TrKB信号系统与Cdk5相互作用调控完全弗氏佐剂（complete Freund's adjuvant，CFA）诱导的热痛觉敏化[24]。Cdk5抑制剂Roscovitine给予大鼠脊髓鞘内注射显著的延长大鼠由CFA足底注射的热缩脚潜伏期。同时我们的试验数据显示，Roscovitine脊髓鞘内注射后显著抑制BDNF的过渡表达，我们的试验结果也显示，Roscovitine脊髓鞘内注射后可以显著TrKB蛋白的过渡表达，说明Cdk5直接作用于BDNF/TrKB信号系统而调控CFA诱导的炎性疼痛的热痛觉敏化。我们采用免疫共沉淀的方法验证Cdk5与TrKB的相互关系发现二者存在相互作用，而Roscovitine可以显著阻止二者联系，表明Cdk5与BDNF/TrKB信号系统调控炎性疼痛的热痛觉敏化。

6 Cdk5与P38MAPK信号系统

分裂原激活的蛋白激酶（P38 mitogen activated protein kinases，P38MAPK）家族是非常保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是信号转导过程中一组主要的信号分子，试验结果表明P38MAPK在调控慢性神经病理性疼痛和炎性疼痛中具有重要的作用[27]。我们最近的研究成果显示Cdk5与P38MAPK相互作用调控大鼠CFA足底注射的热痛觉敏化[28]。给予大鼠足底注射CFA 6 h至注射后5 d时间段内大鼠脊髓背角的磷酸化的P38MAPK蛋白表达显著增加。在给予大鼠脊髓鞘内注射Cdk5抑制剂Roscovitine后显著抑制P38MAPK蛋白高表达。同时我们的免疫用光双标的结果显示在大鼠足底注射CFA 6 h后P38MAPK与Cdk5的激活子p35共表达于脊髓要膨大处的小胶质细胞而与星型胶质细胞则没有共表达，提示Cdk5与P38MAPK信号系统在脊髓小胶质细胞系统中具有重要的调控炎性疼痛的作用。

Cdk5可以分布全身各处组织但其有活性的Cdk5主要分布在神经系统，近几年的在中枢神经系统Cdk5实验数据研究显示Cdk5在炎性疼痛和学习记忆以及吗啡耐受中作用的靶点。但Cdk5作用的分子机制是非常复杂的，本文只是简单综述了Cdk5作用在中枢的一些靶点，也许为将来研究Cdk5在中枢神经系统的作用可能提供新的思路。

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The latest advancement of Cdk5 acting on targets in the central nervous system

ZHANG Honghai
Department of Anesthesiology，Hangzhou First People's Hospital，Hangzhou310006，China

Cyclin-dependent kinase5，Cdk 5 belongs to the family of serine/threonine kinase.Cdk5 distributes all kinds of tissue of mammal body.However，cdk5 fails to play its role unless in the central nervous system（CNS）because cdk5 is activated by its activator p35 that mainly is distributed in CNS.Recently，considerable results of study demonstrated that Cdk5 mediated the different physiological functions by acting on the different molecular targets in CNS.In CNS，cdk5 play a key role in mediating the function of studying and memory by acting on different molecular proteins.Moreover，increasing evidence showed that cdk5 plays an important in mediating inflammatory pain as well. The molecular targets of central nervous system mediated by Cdk5 will be summarized in this paper，which is of great importance for us to understand the function and role in CNS.

Cyclin-dependent kinase 5;Central nervous system;Molecular targets