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本文作者：王莉江文作者單位：第四軍醫大學西京醫院神經內科

在多種類型細胞中，作為細胞內鈣信號轉導通路的終端分子－肌細胞增強因子-2(mef2)是特異性基因表達和轉錄的中心調控因素。神經系統中，MEF2分布廣泛，且具有多種生物學功能，如調控神經元的成熟及突觸的形成等;不同條件下，MEF2可促進神經元存活，而應激和神經毒物能下調MEF2而導致神經元凋亡;相反，上調MEF2活性可不同程度地起到神經保護作用，這在多種神經系統疾病中均有體現。本文就MEF2的結構、分布、生理功能及其與神經系統疾病關系的研究進展綜述如下。

1MEF2的結構及亞型組成

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

2MEF2在神經系統中的分布

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

3MEF2在神經系統中的功能

作為細胞內鈣信號通路的終端，MEF2主要被3條通路激活:CaMK/HDACs;p38/ERK5/MAPK;Calcineurin/NFAT［7，8］。激活的MEF2調節鈣相關基因的轉錄和表達，參與神經元正常生命活動的進行。

3．1MEF2與神經元的存活，成熟和分化

MEF2的表達可提高新生神經元的存活率。實驗證實，胚胎皮質來源的神經元中，MEF2C的突變可引起凋亡神經元數目的增加，同樣，在小腦顆粒細胞中通過RNA干擾技術阻斷MEF2A的表達可降低神經元的存活率，其對神經元的保護作用可見一班［9］。Ca2+信號通路對神經元的存活和成熟具有重要意義，同時還能調控胚胎及成體腦中神經元前體細胞(NPC)的分化過程。在離體的胚胎紋狀體NPC中觀察到，隨著分化的進行，細胞內Ca2+信號加強，NPC向神經元分化并能形成較長的軸突，同時γ-氨基丁酸的形成增加。另有來自成人大腦皮質NPC的實驗證實，阻斷介導細胞內Ca2+內流的L-型Ca通道，能抑制NPC向神經元的分化。因此，Ca2+對神經元的形成及其形態的調節起重要作用。而上升的細胞內Ca2+作用的其中一個下游靶點就是MEF2轉錄因子家族［10］。Lin等用MEF2肽的多克隆抗體觀測小腦內顆粒層MEF2蛋白的表達時發現，隨著發育的進行，作為成熟小腦顆粒神經元分化的一個標志，GABAA受體α6亞基的RNA含量也在上升。Brian等發現MEF2D在分化前后胚胎腦皮質來源的NPCs中均有表達，且在神經元的形成過程中逐漸增多，膠質細胞則相反。另外，MEF2D的表達水平和神經元軸突的長度有相關性，即神經元軸突越長，MEF2D表達的水平越高。近有研究顯示，作為MEF2D基因表達的激動劑，ERK5在NPCs的分化過程中逐漸升高;而阻遏劑，組蛋白脫乙酰酶Ⅱ的含量則下降［11］。由此可見，MEF2表達的升高與神經元的成熟和分化密切相關。

3．2MEF2與突觸可塑性

神經興奮性的形成及基本組成單位是突觸，神經環路的實現依賴于促進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錄因子，如MeCP2和MEF2。無論單個神經元或是局部神經回路中，這些因子能調控谷氨酸能及γ-氨基丁酸能突觸的數量［12］。Flavell等發現海馬神經元興奮后，細胞內Ca2+濃度升高，激活MEF2A、D，進一步抑制了興奮性突觸數量的上升。在CGNs中，MEF2A的泛素化可抑制其轉錄活性，促進突觸的成熟［13］。Shalizi等表明細胞受各種刺激后引起Ca2+內流，致使神經鈣調素活化，后者協同PKC、MKK/P38等通路最終磷酸化MEF2A，使其由泛素化轉變為活化狀態，從而抑制了樹突的突觸后分化，而且突觸素1(Synapsin-1)及突觸后致密物質的含量也有所下降。上述過程影響了海馬細胞LTP和LTD的形成，最終導致生物個體學習記憶能力的改變［14，15］。有趣的是，MEF2對突觸的形成和維持會因部位的不同而起到相反作用。比如敲除海馬神經元中MEF2A、D基因，可觀察到突觸及樹突棘數量的升高，而在CGNs中則相反，這與MEF2參與的轉錄后修飾不同有關。

3．3MEF2與神經毒性損傷

各種引起神經系統功能和結構損傷的能力的內源或外源化合物稱為神經毒性，它可發生在生命周期中的任何階段，在許多神經系統疾病中也有體現。Li等發現神經毒性物質可通過增加半胱天冬酶(caspase)的表達清除MEF2s，從而導致神經元凋亡［16］。Okamoto等在腦缺血損傷模型中也發現了MEF2C被降解的碎片。另有實驗證實，轉染具有結構活性的MEF2C可阻礙NMDA受體介導的神經毒性作用［17］。Gong等用過氧化氫處理皮質神經元，發現細胞核及細胞質中細胞周期蛋白依賴性激酶5(CDK5)活性大大增強，他們證實MEF2是CDK5細胞核內作用的直接靶標，且CDK5通過磷酸化MEF2D轉錄區的Ser444位點從而抑制其活性。而突變的MEF2可避免上述過程［18］。另外，降低CDK5活性或加強MEF2功能可減少谷氨酸介導的神經元毒性作用。這些發現闡明了調控MEF2活性的一個很重要機制，即CDK5→caspase→MEF2，這種機制在多種神經毒性狀態下均有涉及［19］。

3．4MEF2與藥物成癮

藥物濫用和藥物成癮作為當今世界性的公共衛生問題，引起了人們的廣泛關注和高度警覺。研究證實，持續給予可卡因，可增加伏核(NAc)中間神經元樹突棘的數量，從而導致行為反應的敏感化。Pulip-paracharuvil等發現上述病理過程是依賴cAMP介導的紋狀體MEF2活性下降來實現的，而cAMP是鈣調蛋白(Calmodu-lin)和鈣調磷酸酶活性的關鍵調控者。因此，MEF2是突觸可塑性調節的關鍵因子，其活性的降低參與了可卡因誘導的NAc樹突棘密度的升高。然而，人為增強生理狀態下NAc中MEF2的活性卻可增強可卡因的依賴敏感性，這一點說明，NAc中MEF2活性的下降可能是限制可卡因產生的長時間不適應行為反應的一種代償機制［20］。Mlewski等在急性和慢性給予大鼠安非他明(精神刺激藥)后4h，可觀測到P25蛋白水平的上升，后者持續激活CDK5，進一步磷酸化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制［21］。另有研究證實，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激素受體(GRs)，這也側面反映了糖皮質激素應激系統和MEF2通路有所交匯［22］。近期資料顯示，長期給予大鼠乙醇添加飼養，可降低MEF2A、DmRNA的轉錄活性，亦可降低谷氨酸轉運體4(GluT4)的表達水平，同時提高血清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的表達下調有關［23］。而在腦中乙醇對MEF2是否有如此調控作用很值得探究。

4MEF2與神經系統疾病的關系

4．1MEF2與Alzheimer病(AD)

AD是老年人常見的神經系統變性疾病，是癡呆的最常見病因。它的一個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，它的啟動子區和5’非翻譯區包含多種轉錄因子結合位點，其中包括MEF2D結合區，這表明Aβ的毒性作用可能和MEF2有關［24］。此外，Dong等在SN4741細胞中發現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基因的多態性可增加遲發性AD(LOAD)患病的風險，這與MEF2的P279L等位基因可降低MEF2A的轉錄活性有關［25］。與Aβ相反，Aβ前體蛋白APP在應激條件下能有效保護神經元。Burton等報道在缺乏APP的鼠B103細胞中導入人野生型APP(hAPPwt)，而不是家族性AD患者的突變型APP(FAD-hAPPmut)，可增強P38MAPK依賴的磷酸化作用，從而激活MEF2［26］。因此，MEF2在APP介導的神經保護過程中扮演重要角色。另外，Wang等證實，參與AD病理改變的微管相關蛋白Tau是糖原激酶3β(GSK3β)的底物之一，后者通過直接磷酸化MEF2D抑制其活性，這一過程參與了AD的退行性改變，而突變后的MEF2D則可避免此過程［27］。

4．2MEF2與Parkinson病(PD)

PD是一種中老年人常見的運動障礙疾病，以黒質多巴胺(dopamine，DA)能神經元的變性缺失為主要病理特征。實驗表明，紋狀體多巴胺的損耗減少了表達D2受體的紋狀體-蒼白球中間神經元的樹突棘密度及谷氨酸能突觸的數量。這些樹突棘的形成依賴Ca2+v1．2L-型鈣通道介導的Ca2+內流。而細胞膜去極化和MEF2可上調Nur77和Arc基因，后兩者與突觸重塑相關［28］。Crocker等報道給予MPTP(人工合成海洛因)后，多巴胺神經元的丟失與鈣激活酶(Calpain)密切相關［29］。Smith等揭示了CDK5介導的轉錄因子MEF2表達是鈣激活酶的下游事件。他們發現MPTP激活CDK5通過增加鈣激活酶依賴的CDK5激動劑P35向P25(與發病相關)的轉換。高度活化的CDK5在Ser444位點磷酸化MEF2D，抑制其活性，這在多巴胺神經元的丟失過程中起關鍵作用［30］。

4．3MEF2與Huntington病(HD)

HD是影響紋狀體和大腦皮質的常染色體顯性遺傳病，它是由于γ-氨基丁酸對多巴胺的抑制性調節受損，導致黒質DA能神經元過度活躍所致。3-硝基丙酸(3-NP)是由某些植物和真菌產生的毒性物質，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胞的呼吸鏈提供電子。體內注射3-NP可選擇性誘發紋狀體的病理改變，這與HD中相似，因此，這為研究HD的發病機制提供了有力的模型依托。研究表明，海馬神經元中，3-NP激活鈣蛋白酶和CDK5，從而誘導神經元凋亡，這與MEF2含量的下降及活性的降低有關［31］。

4．4其它

神經元中，MEF2很重要的一個功能就是調控突觸的形成。在某些與突觸數量及功能異常的神經精神疾病中，如癲癇和自閉癥，可觀察到MEF2的作用靶標發生了變異，進一步證實了這些疾病中抑制突觸發育的興奮性依賴基因表達有異常［32］。脆性X綜合征(FXS)，是智力缺陷和自閉癥最常見的遺傳類型，它的發病是由于一個與RNA綁定的蛋白質(FMRP)功能的缺失，而FMRP通過興奮性依賴的轉錄因子MEF2來促進突觸的消除［33］。另外，MEF2C的缺陷與瑞特綜合征(Rettsyndrome)有關，后者是一種以孤獨為主要臨床特征的精神疾病，伴有嚴重的突觸功能缺陷［34］。缺血缺氧性腦病在神經科非常常見，如何在腦血管事件發生后盡可能多的保護神經元是一直被關注的話題。Wang等觀察了大鼠腦缺血預處理(CIP)后，海馬CA1區神經元MEF2C與ERK5的表達情況，后者作為MAPK家族的成員之一，可通過應激反應及不同的生長因子被激活。他們發現在給予了CIP后的動物組，MEF2C于再灌注后期(6h～5d)活性明顯升高。免疫共沉淀結果證明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TUNEL陽性凋亡細胞數量明顯增多，同樣也消除了CIP的神經保護作用。以上證明，CIP后ERK5-MEF2通路在抗細胞凋亡及神經保護方面起重要作用［35］。

5展望

MEF2轉錄因子家族在調節神經元基礎生命過程中是眾多信號通路的效應者。而對其在神經系統中的功能揭示還不夠完善，許多問題亟待解決。比如，MEF2相關的調控機制是否具有細胞特異性?MEF2調節神經細胞功能與在其他細胞類型中是否不同?不同疾病發展過程中是否有MEF2亞基的特異性調節?以及在病理條件下，膠質細胞中MEF2的表達情況及可能存在的作用機制?等等這些問題的解答需要我們對MEF2在神經系統中的功能認識進一步提高。另外，MEF2顯示出的良好的神經保護作用及對興奮性環路的調控作用，預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。