Parkin蛋白與人類疾病的關系及其天然產物調節作用*

李鳳嬌，李艷芹 綜述，張 范，顧 雯，楊 敏，穆健康，俞 捷，楊興鑫 審校

(1.云南中醫藥大學中藥學院，昆明 650500；2.云南省南藥可持續利用重點實驗室，昆明 650500)

Parkin蛋白是激活E3泛素-蛋白連接酶活性的高效產物，研究表明，Parkin蛋白與帕金森病，腫瘤，肝臟、心臟、骨骼肌等疾病密切相關。Parkin蛋白在不同部位均有表達，結構多樣，Parkin的功能可能與這些部位編碼的蛋白質相關。

在PDB數據庫(https://www.rcsb.org/)中檢索到Parkin蛋白的結構共385個，其中有145個來源于人，37個來源于運動發酵單胞菌，27個來源于歐洲水蛭，22個來源于大腸埃希菌，20個來源于牛，14個來源于熱保護芽孢桿菌，12個來源人體免疫缺陷病毒，108個來源于其他。這些蛋白根據蛋白分子庫名稱進行分類有51個醛糖還原酶、37個Queuine tRNA-核糖基轉移酶，27個凝血酶原，24個E3泛素連接酶，23個碳酸酐酶2，20個水蛭素變體-1，5個Gag-Pol polyprotein。本文針對E3泛素連接酶Parkin的結構功能，與人類疾病的關系及天然產物對Parkin的調節作用進行簡要綜述。

1 Parkin蛋白結構

Parkin基因，又稱PARK2，定位于染色體6q25-q27，包含12個外顯子，長約1.5 mb，編碼465個氨基酸，相對分子質量為52×103，在健康人腦組織中呈散在分布，包括黑質、新皮質和海馬等部位。Parkin是一種環間E3泛素連接酶(E3 ubiquitin ligases)，在泛素與特定底物的共價連接中發揮作用，Parkin的突變與帕金森病、癌癥和分枝桿菌感染有關。環間E3連接酶家族被認為具有典型的環區和催化半胱氨酸殘基，通常局限于Hect E3連接酶，因此被稱為“環/Hect雜合酶”。在N端有1個泛素樣(UBL)功能區和1個靠近C端的RBR(RING-between-RING)功能區。RBR功能區調節鋅離子，由2個RING功能區組成。1個RING功能區已經被鑒定是位于UBL和RBR的生物序列之間，具有鋅離子結合能力。Parkin蛋白可以定位于細胞質和線粒體，依賴于線粒體膜電位的改變，具有E3泛素-蛋白連接酶活性，可連接并介導毒性蛋白發生泛素化，因此，毒性蛋白可以通過Parkin從泛素蛋白酶體通路降解。另外，Parkin蛋白還參與調控線粒體形態和功能維持，當存在線粒體腫脹、線粒體嵴斷裂等明顯缺陷時，通過線粒體自噬途徑將其清除，從而達到提高線粒體功能的作用。

2 Parkin蛋白表達與人類疾病

Parkin蛋白在不同部位的表達與人類疾病關系密切，Parkin蛋白在許多組織中均有表達，包括腦、骨骼肌、心臟和肝臟中，多分布在胞質，在線粒體外膜、高爾基體、內質網和突觸小泡中也存在，提示Parkin蛋白也可能與這些部位的功能相關，具有廣泛的生理意義。

2.1 Parkin與帕金森病

Parkin是一種E3泛素連接酶，它用泛素標記特定的蛋白底物，并將它們靶向蛋白酶體或溶酶體[1-2]。基因突變導致的Parkin功能喪失是家族性早發性常染色體隱性遺傳性帕金森病(PD)最常見的原因[3]。帕金森病是一種神經退行性疾病，其特征是黑質致密部產生多巴胺的神經元選擇性喪失，并出現富含α-突觸核蛋白和泛素的包涵體路易小體。與PD相關的Parkin突變通過催化損傷或降低Parkin溶解度和穩定性導致Parkin功能喪失。在散發性帕金森病中，Parkin失活與淀粉樣蛋白的積累有關，淀粉樣蛋白的積累改變了它的溶解性，從而改變了它的穩定性[4]，這表明Parkin喪失功能可導致疾病的發生。

2.2 Parkin與腫瘤

越來越多的證據表明，Parkin也是一種腫瘤抑制因子。已有報道稱其在人類多種癌癥中失活。Parkin在30%的人類腫瘤細胞中缺失，且Parkin缺陷的小鼠更容易發生腫瘤[5-6]。Parkin基因定位于人類染色體6q25-27，這是癌癥中經常丟失的區域[4]。在乳腺癌、肺癌、結直腸癌和卵巢癌中已經觀察到PARK2丟失[7-8]。Parkin基因的突變已經在許多類型的癌癥中被報道，如，Parkin基因在乳腺癌、結直腸癌、肺鱗癌和胃癌中發生突變[9]。許多流行病學研究表明，PD與前列腺癌、肺癌、膀胱癌、胃癌、子宮癌和結直腸癌的風險降低及黑色素瘤、腦癌和乳腺癌的風險增加有關[10]。在一項研究中，Parkin促進人癌細胞系異種移植物中的磷酸甘油酸脫氫酶降解，抑制絲氨酸合成并抑制腫瘤生長[11]。提示未來的研究還應該觀察Parkin基因突變在介導PD和癌癥風險之間的聯系中的潛在作用。

2.3 Parkin與肝臟疾病

近年來，大量研究表明Parkin與肝臟疾病密切相關，2013年PLOS PATHOGENS首次在慢性丙型肝炎患者的肝組織檢測到了Parkin誘導的線粒體自噬，這在慢性丙型肝炎相關的線粒體肝損傷中有重要貢獻[12]。隨后，WILLIAMS等[13]研究發現與正常小鼠相比，乙醇導致Parkin基因敲除小鼠肝損傷、氧化應激和脂肪變性更嚴重，這可能是由于乙醇處理后，Parkin基因敲除小鼠肝臟的線粒體損傷和功能障礙比正常小鼠肝臟嚴重所致。PENG等[14]討論了調節Parkin介導的線粒體自噬可能是治療酒精性脂肪肝的途徑。YAMADA等[15]和LIU等[16]研究發現Pink1/Parkin介導的線粒體自噬能緩解非酒精性脂肪肝(NAFLD)。李相遷[17]研究發現，隨NAFLD發展，線粒體損傷加重，Pink1/Parkin介導線粒體自噬降低，ROS釋放增加，炎性反應加重，推測Pink1/Parkin介導的線粒體自噬途徑參與了NAFLD過程。2019年ZHOU等[18]研究發現Mst1通過AMPK途徑調節Parkin的表達，阻斷AMPK抑制了Parkin介導的線粒體自噬，使肝細胞線粒體發生凋亡，研究證實非酒精性脂肪肝與Mst1上調導致的Parkin介導線粒體自噬密切相關。

2.4 Parkin與心臟疾病

2019年SUN等[19]報道了Parkin通過催化CypD的泛素化來抑制MPTP的開放，減輕心肌損傷，改善心臟功能。KAGEYAMA等[20]證明需要蛋白Drp1和Parkin協同維持小鼠心臟和大腦線粒體結構和功能的完整性。缺乏Drp1的小鼠表現出致命的心臟缺陷。在Drp1基因敲除后，線粒體泛素化不依賴于Parkin，這會加重心臟缺陷。ZHANG等[21]通過研究Parkin蛋白在心肌梗死大鼠心功能和心室重構中的作用發現，經Parkin治療后，心肌梗死大鼠相關mRNA水平降低，凋亡細胞數量減少，心肌纖維形態恢復正常，心肌梗死范圍縮小，心功能改善。證明Parkin對心肌梗死大鼠的心功能和心室重構有積極的作用。QIAO等[22]研究發現利拉魯肽通過上調NAD依賴的蛋白去乙酰化酶sirtuin-1(SIRT1)的表達，從而增加Parkin的表達，激活線粒體自噬，進而發揮心肌梗死的修復作用。Parkin過表達也能激活Nrf2/ARE信號通路，減少炎癥介導的心肌細胞凋亡。

2.5 Parkin與骨骼肌功能

2018年PEKER等[23]研究發現，將體外培養的骨骼肌Parkin基因敲除后可導致肌小管萎縮，且Parkin基因敲除的肌肉中線粒體功能受損，肌纖維面積變小，這表明Parkin是骨骼肌生長發育所必需的。同年，GOUSPILLOU等[24]報道了在Park2-/-小鼠中發現Parkin消融導致肌肉比力降低，線粒體呼吸嚴重減少，線粒體解偶聯，并增加了通透性轉換孔開放的敏感性。這些結果表明Parkin在維持骨骼肌的線粒體功能方面起著保護作用。

2.6 Parkin與抗菌作用

Parkin還在通過吞噬異種來防御病原體方面起著關鍵作用，這是一種與線粒體自噬相關的途徑。在異源吞噬中，細菌被泛素鏈標記，這些泛素鏈招募泛素結合的自噬適配器，導致自噬小體的形成，并最終與溶酶體融合。這一途徑涉及的泛素化底物和連接酶目前了解甚少。基因組研究證實Parkin是細胞內麻風分枝桿菌病原體的易感因素。近年來，已經證明Parkin是通過自噬依賴的機制來抵抗細胞內的病原體，如結核分枝桿和腸沙門菌[25]。線粒體和細菌的共同作用表明了Parkin介導的自噬的共同機制，但異種吞噬是否需要PINK1或相關激酶尚不清楚。

3 天然產物對Parkin蛋白的調節作用

天然產物富含眾多活性成分，其特點是可從多環節、多靶點調節機體功能，從而達到綜合治療的目的。當前，從天然產物中發現可調節Parkin蛋白進而緩解相關疾病的活性物質/藥物已成為研究熱點，其對于天然產物資源的開發具有重大意義。研究發現，一些天然產物對Parkin蛋白有調節作用并能有效緩解相關病癥(表1)，這些天然產物主要是通過調節Parkin蛋白表達量以發揮藥效。

表1 天然產物調節Parkin蛋白、緩解疾病的作用

續表1 天然產物調節Parkin蛋白、緩解疾病的作用

4 總結與展望

Parkin蛋白是線粒體自噬調控的關鍵靶位，Parkin功能異常將會引發線粒體自噬異常，進而誘發帕金森、腫瘤等相關疾病發生、發展。然而當前已發現的可調節Parkin表達量的小分子配體仍非常少，且仍未見報道可調節Parkin活力的小分子配體；此外，雖然當前已發現一些天然產物可調節Parkin蛋白表達而調節線粒體自噬，進而緩解相關病癥，但已報道的可調節Parkin蛋白表達的單體成分仍較少，且通過調節Parkin活力而防治疾病的天然產物當前仍未見報道。因此，應廣泛開展Parkin配體的篩選研究，以期發現更多Parkin配體(尤其是小分子配體)，為新藥研發提供新思路；同時，應加強天然產物對Parkin蛋白表達量/活力的調節作用及相關機制的研究，為揭示天然產物發揮藥效的本質提供科學依據。

此外，當前對于天然產物調節Parkin蛋白而緩解疾病的大量研究仍停留在實驗室階段，未能較好地指導臨床用藥。廣大科研工作者仍需將天然產物調節Parkin蛋白相關作用機制運用到疾病防治中，為臨床探索防治疾病的有效方法提供新途徑。

可以相信，隨著Parkin蛋白與人類疾病關系，以及天然產物對Parkin蛋白調節等研究的不斷深入，將會發現眾多可通過調節Parkin蛋白而緩解疾病的天然藥品或健康產品，并將明確天然產物調節Parkin作用機制，不僅有助于闡明天然產物復雜體系的抗病機制，還能提高新藥研發及臨床治療水平，同時也為其他疾病的防治提供依據。