环磷酸腺苷反应元件结合蛋白与血管性痴呆

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环磷酸腺苷反应元件结合蛋白与血管性

痴呆

（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）

【关键词】 环磷酸腺苷反应元件结合蛋白;学习记忆;突触可塑性;长时程增强;血管性痴呆

环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)是一种重要的细胞核内转录因子,调节启动子中具有环磷酸腺苷反应元件(cAMP response element，CRE)的基因转录。环磷酸腺苷(cAMP)或钙浓度升高等多种信号转导通路可启动CREB的磷酸化并使其活化。CREB具有调节包括学习记忆在内的广泛的生物学功能。现就CREB的活性调控机制及其在血管性痴呆(VD)病理生理机制中的研究进展进行综述。

1 CREB结构特点和活化调节机制

1.1 CREB结构特点 CREB与cAMP反应元件调节蛋白(cAMP response element modulator，CREM) 、转录活化因子1同为含亮氨酸拉链碱性域(basic regional leucine zipper,bZIP)模体的bZIP超家族成员，具有相似的蛋白质单体结构，均可与CREB靶基因启动子中的CRE位点结合。CREB蛋白单体由341个氨基酸组成，主要含

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有N端碱性区域、C端激酶诱导区域( kinase induced domain，KID)和亮氨酸拉链模体。N端碱性区域富含正电荷氨基酸，负责CREB与下游作用元件CRE的结合;KID含有多个蛋白激酶的磷酸化识别位点，例如蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)和钙调节蛋白激酶(calmodulin kinase，CaMK)磷酸化识别位点为Ser133。KID磷酸化是CREB活化的关键条件，活化后的CREB通过一系列机制启动靶基因发生转录。

1.2 CREB活化调节机制 磷酸化的CREB激活相关基因的转录，调节某些蛋白质的表达，发挥抑制细胞凋亡和细胞分化再生、细胞损伤后的修复作用。CREB活化的中心环节是Ser133位点的磷酸化，其活化受多种蛋白激酶的磷酸化调节。CREB的经典活化调节通路是G蛋白偶联受体的活化导致细胞内cAMP升高，依赖cAMP的PKA激活，PKA 催化亚基转位入细胞核使CREB磷酸化，CREB磷酸化后暴露出两侧富集谷氨酰胺的Q1、Q2区，促使与其辅助激活因子CREB结合蛋白(CREB binding protein,CBP)上的KIX结构域结合，C端激酶诱导区域与KIX 之间的作用决定了CREB促进其靶基因转录水平。CREB以二聚体的形式结合于基因启动子上游CRE的DNA序列，通过共激活蛋白和P300介导调节多种基因的转录。CREB的转录活性除因脱磷酸作用而失活外，亦可被其家族成员的抑制性异构体阻断，CREM异构体可与活化的CREB竞争CRE位点，但这些抑制性异构体缺乏富含谷氨酸盐的Q域，不能与转录机构相互作用，故只能使CRE启动子保持静止状态。

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2 CREB磷酸化参与学习记忆过程的机制

CREB活化后与真核生物靶基因CRE序列结合并调节其转录，发挥多种生物学效应。CREB磷酸化调控的基因转录涉及包括在代谢、转录、学习记忆、细胞周期调控、细胞信号、生长繁殖发育等多种生物功能中相关的蛋白、因子、受体的大量的功能性基因，其中包括多种重要的神经肽、神经递质及受体或生长因子、信号分子，如:脑啡肽、神经递质受体亚基GluR1、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、脑源性神经生长因子(BDNF)、促肾上腺皮质激素释放激素(CRF)、N乙酞转移酶、囊泡单胺转运体等。CREB磷酸化正是通过改变靶基因的表达影响学习记忆功能。在中枢神经系统,CREB调节神经元生长发育，参与神经元突触可塑性、长时程记忆(longterm memory,LTM)的形成过程〔1〕。

2.1 CREB磷酸化与LTP、双向突触可塑性 突触传递的长时程增强(longterm potentiation，LTP)是哺乳动物中枢神经系统贮存信息的主要机制，是学习记忆的细胞基础，已成为神经元可塑性的一种有效模型。晚期LTP(late phase LTP，LLTP)可持续数小时到数天，需要基因转录及新的蛋白合成，是LTM的重要机制。越来越多动物实验证明CREB在介导LLTP及记忆过程中的不可替代作用。 重组表达活性形式的CREB(constitutively active form of CREB，CREBCA)可降低诱导持续性的LLTP的阈值〔2〕。在成年大鼠的培养脑片中，CREB在LTP诱导后的维持期内呈持续的活化状态达4 h，提示CREB磷酸化对LLTP维持也起非常重要作用，特异性地阻

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断核内活化CREB的重要激酶PKA后CREB磷酸化水平下降，而且出现海马CAI区LLTP障碍〔3〕。另外，新近的证据也支持CREB依赖的转录除增加NMDA受体介导的突触传导外，CREBCA表达还显著增加LTP的幅度与维持时间〔4〕。不同的蛋白激酶，包括胞外信号调节激酶2(extracellular signal

regulated kinase 2，ERK2)、PKA、钙/

dependent

钙调蛋白依赖性蛋白激酶IV (calcium/calmodulin

protein kinaselV，CaMKIV)等，均可通过磷酸化CREB诱导或促进LLTP，并改善动物的学习记忆功能〔5～7〕。在表达持续活化的CREB转基因小鼠(VP16CREB小鼠)中还发现，活化的CREB可能是通过增加BDNF的表达促进或利于海马LLTP的诱导〔8〕。

纹状体已被广泛证实在程序性学习记忆中发挥重要作用。应用CREB缺陷的转基因小鼠，在背侧纹状体中可逆地表达无活性的CREB变异体，发现在皮质纹状体相应部位的LTP及长时程抑制(longterm depression，LTD)均被抑制，并出现多种形式的纹状体相关的学习记忆功能障碍，提示CREB对皮质纹状体的突触双向可塑性也是必不可少的〔9〕。

2.2 增加沉默突触数量、新的突触连接生成 有一类突触由于突触后膜只表达NMDA受体而缺乏(或未检测到)AMPA受体，即只有突触结构而没有信息传递功能的突触，即为沉默突触。沉默突触是提供实践依赖型神经元联络的良好物质基础，更多的沉默突触可增加NMDA受体介导的突触反应并增强LTP幅度，对长时程突触可塑性与记忆的巩固可能异常重要。这种沉默突触在静息膜电位下处于功能性静止，