今天看一个也广泛存在的疾病的靶点——核受体。
Nuclear Receptors as the Therapeutic Targets for Neurodegenerative Diseases: Lost in Translation
摘要
神经退行性疾病的主要特征是进行性神经元逐步丢失，这会导致很多疾病，包括严重的认知障碍和运动障碍，目前尚无有效的治疗方法。有证据支持核受体（NRs）在这些疾病中的治疗作用。NRs是配体激活的转录调控因子，调控多种代谢和炎症相关的基因表达。虽然在动物神经退行性疾病模型中，激活NRs的治疗效果不错，同样的策略在临床实践中却还不曾成功。本文从临床前和临床研究的角度探讨了NRs在神经退行性病变中的地位，还讨论了以NR为靶点的治疗方法失败的原因以及神经退行性疾病治疗中的替代方案或新途径。
1. 介绍
目前，全球有4000多万人受到神经退行性疾病的影响，随着全球的老龄化人口的增多这一数字还会增加。另一方面，可用的治疗策略有限，且主要集中在症状学，因为现有手段无法延迟潜在的神经元丢失。因此，开发新的有效疗法迫在眉睫。
有证据表明神经退行性变疾病和II型核受体(NRs) 之间存在关联，II型核受体包括视黄质X受体(RXR)、视黄酸受体(RAR)、肝X受体(LXR)和过氧化物酶体增殖激活受体(PPAR)，以及最近发现的核受体相关蛋白(Nurr1)，它们都属于配体激活转录因子超家族，广泛调控基因的表达。一般来说，NR活性可以调节应答环境和饮食改变的能量和脂稳态。
1.1 神经退行性疾病
阿尔茨海默病(AD)，帕金森病(PD)，亨廷顿病(HD)，肌营养不良、侧索硬化症(ALS)是最常见的神经退行性疾病。这些疾病表现出明显的神经炎症，主要是蛋白质如β-amyloid (Aβ)、微管相关蛋白tau、α-核突触蛋白(α-syn)、亨廷顿蛋白(htt)、超氧化物歧化酶1 (SOD1)、TDP43等等的异常积累。
1.1.1 阿尔茨海默氏症。AD的发病原因是淀粉样前体蛋白(APP)被β和γ分泌酶相继剪切从而形成40个或者42个氨基酸长度的Aβ肽的累积。Aβ1-42倍体的自我集聚将驱动低多倍体的形成，最终导致Aβ在脑实质中的淀粉样斑块沉积。淀粉样肽的积累沉积导致神经炎症，tau蛋白(p-tau)的过度磷酸化，继而发展成AD。大多数AD病人呈现散在且晚发性特征，因此该病症被认为是Aβ清除体系遭到破坏导致的，但是也有部分病人有家族遗传因素，他们携带了有利于Aβ1-42倍体生成的基因突变。
1.1.2 帕金森病。PD主要是散发性的，只有约10%是先天的。传统上PD的诊断是基于由错误折叠和/或聚合的蛋白质α-syn所形成的路易小体的存在，后者与主要存在于黑质的多巴胺能神经元的逐渐丧失密切相关。α-syn基因的定点突变，SNCA，也就是SNCA扩增突变通常与PD的遗传有关。除了蛋白质折叠错误，还有一些病理机制如线粒体功能障碍、内质网(ER)应激、泛素异常和分子伴侣介导的自噬清除等，似乎也是PD的病理基础。
1.1.3 亨廷顿氏舞蹈症。HD是一种罕见的遗传性常染色体显性疾病——编码htt的基因存在扩增的CAG重复。CAG重复编码突变形式的htt (mhtt)，其中包含一个多谷氨酰胺(polyQ)域，从而诱导构象改变，导致其在细胞内聚集。虽然导致神经元死亡的Qhtt聚集物在细胞内聚集的确切机制尚不清楚，一般认为该聚集物会导致关键转录因子，如p53、SP1、CBP等被隔离，从而解除转录管制，进而造成了严重后果。
1.1.4 肌萎缩性脊髓侧索硬化症。ALS的特点是大脑和脊髓中大运动神经元的退化，并有多方面的病因，包括信使RNA (mRNA)稳定性和小RNA编辑损伤；mRNA轴突转运的改变；TDP43、FUS、C9ORF72等基因突变引起的转录调控异常；谷氨酸介导的兴奋毒性以及神经递质释放受损。此外，SOD1基因突变，包括G93A，使得运动神经元中的突变体SOD1的错误折叠和聚集，引发内质网应激、线粒体功能障碍、轴突运输的中断，进而也会导致神经元的丢失。类似于HD，ALS还与泛素化蛋白向蛋白酶体转运失调以及受损的蛋白质组/自噬体功能有关。
1.2 核受体
II型NRs包含一系列配体激活的转录因子，它们与RXR形成专门的异源二聚体。二聚体受体与序列特异性DNA应答元件结合，如目标基因的增强子和启动子，可以直接调节基因转录。
当异源二聚体中任一一个被连接激活时，即表现出活性，如果两个同时被连接，就会表现出协同作用。LXR、PPAR和Nurr1与RXR的异源二聚体都属此例。此外，RAR与RXR异源二聚体，仅在RAR被连接时才被激活，继而RXR才能结合配体，后者增加了RAR的转录趋势。这种类型的异质二聚体不能由RXR配体单独激活。还有一类RXR异源二聚体，如甲状腺激素受体，只有RXR以外的受体可以应答，对RXR配体则无反应。
在没有在配体结合的时候，RXR异二聚体与DNA结合，通过与辅抑制因子的相互作用阻止转录E。有趣的是，单体PPARγ，LXRs和Nurr1也能够抑制基因表达，如NF-κB目标基因，可以抑制炎症反应。
1.2.1 RXR
RXR的三个亚型RXRα、RXRβ和RXRγ在成人大脑中的几个区域呈现出性别特异性以及亚型特异性的表达模式。因为与很多其他II型NRs形成二聚体，RXRs功能多样，可以激活许多不同的基因和通路。9-顺式维甲酸最初被认为是RXR的内源性配体，但仍有很多疑点，RXR内生的或者天然配体还不清楚。最后，n-3多不饱和脂肪酸(PUFAs)，如二十二碳六烯酸，和9-顺式13,14-二氢维甲酸和植酸一样，已被确定为RXR配体。
1.2.2 RAR。和RXR类似，RAR也有三个亚型，RARα、RARβ和RARγ，且在成人大脑中表现出性别和亚型依赖的区域特异性表达模式。RAR的配体包括全反式维甲酸(RA)和9-顺式维甲酸，其中前者占优势。缺乏RARβ的老鼠表现出长期抑郁和突触传递长期受损，而RARα基因敲除小鼠显示该受体是平衡突触可塑性所必需的，如RA所介导的神经元调节自身兴奋性以维持循环活性的能力。除了认知功能以外，RARs与RXR协同作用也会影响运动功能。也有人认为RARs是睡眠和生理周期的重要调节因子。
1.2.3 LXR。尽管LXR的两个亚型LXRα和LXRβ都在大脑中有表达，LXRβ在大脑中更为广泛。LXRs调节脂质平衡和炎症，为来自胆固醇的内源性氧甾醇所激活。缺乏该受体基因的模型证明了LXR在大脑中的重要作用。LXR双敲除小鼠表现出几种大脑异常，包括过度的脂质沉积，星形胶质细胞增生和广泛的神经元丢失。LXRβ基因敲除小鼠也表现出脂质累积、运动神经元退化和星形细胞增生。
1.2.4 PPARs。PPAR的三个亚型PPARα、PPARβ/δ和PPARγ在整个大脑中都有表达，但似乎在神经元中比在其他类型细胞中表达水平更高。PPAR的内源配体和天然配体主要包括PUFAs及其衍生物，以及其他脂类。PPARγ在抗炎应答、神经保护、神经分化和功能等方面有着重要的作用。PPARα则与神经保护和抗炎应答息息相关，同时也参与能量稳态调节和突触功能。PPARβ/δ与星形胶质细胞和少突胶质细胞分化、髓鞘形成和神经保护等功能相关。
1.2.5 Nurr1。Nurr1是NR4A家族成员，与II型核受体不同，它可以直接结合DNA，以单体或者同源二聚体的形式调节转录，当然也可以与RXR结合成异源二聚体发挥作用。Nurr1在大脑中表达水平很高，使用Nurr1完全敲除小鼠和部分敲除小鼠均证实了Nurr1在其中的关键作用：多巴胺能神经元的产生和发育以及在维持和存活。目前还不清楚Nurr1的内源性的和天然配体。不过，与RXR结合的配体可以激活Nurr1/RXR异源二聚体的转录活性。
2. 核受体的作用
这一部分主要讲述了上述核受体在神经退行性病变中的作用，内容庞杂，简单来说，看懂如下图表即可。若想了解细节，可查寻对应的原文或参考文献。
NR如何起作用
在多种神经退行性疾病模型中，NRs的天然和合成配体都发挥了积极作用。被激活的NRs在抗炎、神经元异常甚至线粒体活性、维持蛋白内稳态等方面都有益处，从而缓解神经退行性疾病。上图分别描述了这四种作用机制，值得一提的是，这四种机制往往共同发挥作用。
神经退行性疾病中的核受体
以NR作为神经退行性疾病的靶点，相应的激动剂针对疾病模型的数据便多了起来，但是临床有效的数据几乎没有。另一个值得注意的是，这些靶点的配体很多都是已经上市或进入临床的其他适应症的药物。
治疗策略
3.结论与未来展望
3.1 实验模型与设计
大量的证据表明，NR的活化对神经退行性疾病的临床前动物模型的神经功能的恢复具有积极的作用。然而，这一治疗策略应用于临床尚未取得成功。一个可能的原因可能与当前的动物模型不能真正再现人类生物学和病理学的复杂性有关。
此外，用NR激动剂治疗模型动物的疾病阶段也可能是一个关键的决定因素。在许多研究中，在模型动物表现出神经损伤之前就开始了治疗，而患者开始用药时，则是在已经出现运动或认知上的障碍之后了，所以症状阶段并不对应。从本质上讲，动物研究更类似于一种预防策略，而不是治疗策略。很有可能激活NRs只在疾病的早期有效，或者仅仅作为一种预防策略，而不能针对疾病晚期的病人。这基本上可以解释为什么流行病学研究显示动物模型中PPAR激动剂可以降低神经退行性疾病的风险，而后期临床试验未能证明这类药物的有效性。
总的来说，动物模型与人类的生物学差异不可避免地限制临床迁移的可能性；然而，研究人员在开始药物处理模型动物时应仔细考虑疾病发展阶段，充分考虑到人类病人的临床实践。这可能是研究设计中的一个关键细节，将决定特定治疗策略是否能转化成功。另一个需要考虑的关键因素是NR激动剂的其他影响，尤指不良反应方面。这可以通过设计特定NR亚型的选择性激动剂、使用有针对性的策略传递、调整剂量或使用联合疗法等来规避药物的副作用。在动物模型设计实验时考虑这些因素，将增加成功转化为临床试验的机会。
3.2 新的研究途径
分析不同的实验数据和人类研究可以看出，每一种神经退行性疾病表现出自身独特的NR功能障碍模式。事实上，激活一些NRs，如LXR，在某些特定的疾病中可能是有害的，如PD或ALS ，但对其他疾病有益。因此，可能需要新的治疗策略，如针对每种疾病的特定的NRs。
然而，如前所述，病人的基因表达分析表明，RA合成受到抑制，从而导致RAR介导的维甲酸信号下调，可能是AD、PD、HD和ALS疾病进展的普遍基础。一些使用RAR合成激动剂的临床前和临床研究已经证实了这一点。尽管RAR激动剂在临床前和临床试验中表现出良好的效果，它仍然仅仅是RARs的针对性疗法。因此，它可能不会完全重建RA在大脑中的内源性作用，如特定细胞类型或大脑区域中RARs激活模式的调节，合成激动剂可能无法复制，而且，还有与NRs不直接相关的分子可能会参与到这些过程中来。
应对维甲酸缺乏症的另一个策略是通过激活RA合成通路来恢复受影响区域（疾病影响区域）RA的合成水平。通过抑制维甲酸4-羟化酶(CYP26)对RA的分解代谢也可能是一个有效的办法。此外，该策略不仅可以恢复RAR信号通路，还可以恢复其他NR通路，如PPAR、Nurr1、LXR。事实上，RA已经被证明可以激活的PPARβ/δ，维持Nurr1表达（PD小鼠模型实验)，并诱发巨噬细胞中LXR靶向基因ABCA1。
总的来说，RA稳态的恢复可能是一种很有前途的治疗策略，因为它似乎是所有神经退行性疾病都缺少的。
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