神經絲輕鏈蛋白與神經系統疾病

張 群， 林思睿， 吳瓊英綜述， 吳巧鳳， 謝璐霜審校

神經絲蛋白(Neurofilaments,NF)是構成神經元軸突中間纖維的特異性分子蛋白，是神經元細胞骨架的重要成分，主要定位在成熟神經元的胞體和突起中，負責軸漿運輸，維持神經元正常形態及保持神經纖維的彈性，防止斷裂[1,2]，典型的神經絲纖維長10 nm，可增加軸突的直徑，提高軸突的脈沖傳導速度，其在軸突中呈平行排列，在胞體中則是隨機的，在軸突的運輸過程中神經絲蛋白會發生磷酸化與去磷酸化，以此進行自我更新，表明磷酸化對神經絲的生理功能有重要影響[3,4]。

NF包括神經絲三聯蛋白(Neuroflament triplet proteins)、α-內切蛋白(α-internexin)、Ⅲ型外周蛋白(Type Ⅲ peripherin)，研究發現α-內切蛋白的表達早于神經絲三聯蛋白，且在出生后保持較低的水平，而神經絲三聯蛋白表達則是升高的，在成人周圍及中樞神經系統中神經絲三聯蛋白與Ⅲ型外周蛋白共表達[2]。神經絲三聯蛋白由神經絲輕鏈(Neuroflament light,NfL)、神經絲中鏈(neurofilament middle,NfM)、神經絲重鏈(neurofilament heavy,NfH)構成，由于NfM和NfH的C端分別有483和676個氨基酸，因此NfL的分子量遠遠小于NfM和NfH，而在軸突徑向生長時于NfL和NfM而言，NfH表達卻相對延遲[3]。

NfL被認為是神經絲三聯蛋白中最重要的一部分，因為NfL是唯一可以自我組裝成功能性纖維的神經絲蛋白，而神經絲中鏈和重鏈蛋白則不能，而且NfL的異常表達及人類NfL基因的突變均會引起多種疾病的發生[5]，大量臨床及實驗研究指出在多種疾病神經系統的發生、發展過程中NfL的改變更為顯著，提示NfL是神經元與軸突損傷的分子標志物，對臨床多種疾病的診斷及預后判斷有重要指導意義，因此本文主要對NfL在以神經元受損為主的多種神經系統疾病中的變化進行整理和總結。

1 NfL與阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)

目前臨床研究發現AD患者腦脊液與尿液中NfL水平是升高的，NfL可作為AD的輔助診斷標記物；橫斷面研究結果表明在癥狀出現之前，家族性老年癡呆患者血清中NfL濃度是增加的；在阿爾茨海默病和血管性癡呆患者中也發現NfL水平均升高，并且NfL水平與疾病進程呈正相關，血清中NfL可能是早期AD相關神經變性的標志物[6,7]，具體是哪類神經絲蛋白改變研究并未明確指出。唐氏綜合征(Down syndrome，DS)是AD的基因遺傳形式，存活的患者常在30歲以后出現老年性癡呆癥狀，最近100例DS成年患者血液中NfL濃度與年齡相關分析研究顯示在40歲之后NfL濃度是急劇增加的，而且伴癡呆癥狀的DS患者其NfL水平升高更為顯著[8]；實驗研究結果顯示敲掉NfL的APP/PS1轉基因小鼠會出現新皮質下淀粉樣斑塊沉積、突觸易損性增加、小膠質細胞增生等病理變化[9]，提示NfL在保護軸突運輸功能與調節Ab斑塊形成途徑中發揮重要作用，另一研究指出缺乏NfL雖然會影響骨架蛋白的表達，但不會引起皮質神經元發生嚴重的結構改變，這可能與其他骨架蛋白的補償有關[10]，但相關補償機制并不明確。細胞培養發現IL-1b能誘導原代神經元NfL及其72 h內mRNA的表達增加[11]，表明AD中公認的神經炎癥可能誘導NfL功能失調，進而加重神經元功能紊亂。反應性DNA連接蛋白43(Transactive response DNA-binding protein 43，TDP-43)是NfL mRNA的結合蛋白，研究發現與6周齡C57相比，敲掉NfL的12月齡小鼠其皮質和腰髓中TDP-43表達水平明顯增加，但研究人員指出與衰老高度相關的是TDP-43的磷酸化水平而非TDP-43本身的表達[12]。實驗研究指出驅動蛋白1(Kinesin1)與神經絲蛋白均參與神經元軸突的運輸，而且隨著年齡增長，APP/PS1轉基因小鼠皮質中kinesin1和神經絲蛋白表達下降，導致APP蛋白運輸障礙，進而導致腦內Aβ 的沉積，破壞神經元正常功能，加重AD的病理改變[13]。學者認為軸突損傷時NfL釋放到間質中，并在血液樣本中可以檢測到升高的NfL，但研究指出血腦屏障功能障礙不是阿爾茨海默病本身所固有的，可能伴隨腦血管病變[14]，提示血液中升高的NfL可能與腦血管病變有關。

2 NfL與運動神經元疾病

肌萎縮側索硬化癥(Amyotrophic lateral sclerosis，ALS)屬于運動神經元疾病中的一種，是一種慢性、進行性疾病，以全身多處肌肉逐漸無力和萎縮為主要臨床表現，Meta分析表明ALS患者腦脊液與血液中NfL含量均明顯高于健康人群，最近相關研究結果顯示NfL也有相同的改變[15]，表明NfL對肌萎縮側索硬化癥的診斷和預后有重要價值。另外，臨床多中心研究結果也提示ALS患者腦脊液中磷酸化的神經絲重鏈蛋白(pNfH)水平高于健康對照組和非ALS患者[16]。研究指出NfL聚集不僅是散發性或家族性ALS的分子標志物，而且NfL聚集可能會引起一些突變且不穩定的蛋白堆積，引發運動神經元受損和退化，如超氧化物歧化酶1(Superoxide dismutase-1，SOD1)突變不但會改變NfL mRNA的穩定性[17]，而且在脊髓運動神經元中還會形成胞漿包涵體，導致神經元發生病變[18]。此外，實驗研究發現SOD1突變的ALS小鼠DRG神經元中存在外周蛋白56(Peripherin56，P56)的神經毒性剪接變體的聚集，這些變體能裂解NfL和NfM從而導致軸突應激反應[19]，參與ALS發病過程。

3 NfL與帕金森病(Parkinson disease，PD)

帕金森病是一種常見的神經系統變性疾病，以黑質中多巴胺能神經元進行性丟失為主要病理改變，臨床上多種神經系統疾病與帕金森病癥狀存在很多相似之處，準確診斷該病具有較大難度。多個臨床研究結果顯示帕金森患者腦脊液與血液中NfL蛋白濃度與正常人相似，而在非典型帕金森病中如多系統萎縮、進行性核上性麻痹等疾病中卻是明顯升高的[20]，Meta分析結果也表明帕金森患者腦脊液NfL與多系統萎縮中普遍升高現象是相矛盾的[21]，這提示NfL在區別帕金森病和非典型帕金森病時有高度準確信。相關文獻報道α-突觸核蛋白(α-synuclein)基因參與PD的發病，作為路易小體主要病理成分的α-突觸核蛋白在神經元胞漿中異常聚集，錯誤折疊與纖維化，進而引發黑質紋狀體中多巴胺能神經元死亡[22]，導致帕金森病的發生，且研究發現α-突觸核蛋白能抑制磷酸酯酶D1(Phospholipase D1，PLD1)的表達，從而引起NfL網絡結構改變、表達下降和F-肌動蛋白重分布[23]，導致神經元功能紊亂與障礙，提示NfL結構改變及表達下降可能參與神經變性的發生。

4 NfL與脫髓鞘疾病

多發性硬化(Multiple sclerosis，MS)是發生在中樞神經系統中的一種慢性、炎性脫髓鞘疾病，主要病理改變為不可逆的軸索受損與神經元丟失。目前研究顯示NfL是MS中軸索損傷的生物標志物，軸索損傷時腦脊液和血清中NfL均有升高現象，與健康對照組相比，進行性多發性硬化與復發-緩解型多發性硬化患者血清中NfL水平是普遍升高的，而且其血液與腦脊液中NfL之間有較強關聯性，在用免疫抑制劑芬戈莫德(fingolimod)后受試者血清NfL下調[24]，提示NfL水平可作為MS治療效應的一個觀察指標。多項研究指出血清分析NfL可能成為檢測該病的便捷方式，可監測復發-緩解型多發性硬化疾病的活躍程度，但有學者認為臨床實踐中NfL可否作為疾病活動度指標需要更多的前瞻性研究以及較長隨訪期來確定[25]。近來有文獻報道腦脊液中低水平的Ab是本疾病進展的預測標志物，而NfL水平則無統計學差異[26]，這與前面提到的AD中Ab沉積導致NfL上調這一發現是相互矛盾的，兩者之間是否有內在的機制或更深層的含義有待探討。實驗研究指出P25基因參與了包括MS在內的各種神經退行性疾病，并且在P25轉基因鼠皮質和海馬中發現大量神經元丟失，敲掉P25后腦脊液與血清中NfL水平下降[27]，但具體機制仍不明確。

5 NfL與創傷性腦損傷

彌漫性軸索損傷(diffuse axonal injury,DAI)是顱腦遭受外力作用后發生的一種原發性的大腦實質損傷，以白質、軸索受損為主要病理改變，病情危重，病死率極高，預后較差。一項95例DAI患者參與的臨床研究顯示在腦損傷后6 h NfL是明顯升高的，腦損傷后7 d內，其血清中NfL的濃度仍高于正常對照組[28]，并且NfL濃度與DAI時腦組織、神經元、血腦屏障的損傷程度有相關性，提示NfL對DAI的早期診斷及預后評估有重要價值。實驗研究發現損傷后24 h內模型動物有典型的軸索損傷改變，腦干陽性蛋白表達升高，并且NfL水平與恢復期大鼠的學習記憶能力呈負相關[29]，揭示神經絲輕鏈蛋白可以作為腦受損后動物學習記憶能力判斷的潛在指標。

6 展 望

第一，目前研究顯示在多數神經受損性疾病中NfL濃度是升高的，如阿爾茨海默病、多發性硬化等，但在帕金森病中卻發現其濃度改變不顯著，兩者之間具體機制是怎樣的有待進一步研究；第二，NfL水平上調引發的后續生理及病理效應及是否存在潛在的啟動機制或關鍵的調控靶點目前仍不清楚；第三，NfL是多種神經系統疾病的潛在生物標志物，其在正常人中的具體含量是多少，能否作為某種特定疾病的特異性標志物，診斷疾病時的具體臨界值能否確定是未來研究的方向。