帕金森病發(fā)病機(jī)制的研究

李陽(yáng)丹 毛彤瑤 張 輝 孫明宏 耿麗鑫 王 茜

(河北聯(lián)合大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 河北唐山 063000;①河北唐山第二醫(yī)院關(guān)節(jié)一科)

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)也稱震顫麻痹，是中老年人群中常見(jiàn)的一種神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。表現(xiàn)為中腦黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元選擇性缺失，殘存的神經(jīng)元內(nèi)出現(xiàn)以α－突觸共核蛋白(α－synuclein)主要成分的嗜酸性包涵體－路易小體(Lewy body，LD)，LD 是本病重要的病理特點(diǎn)[1～3]。該病起病緩慢，呈漸進(jìn)性發(fā)展，主要臨床表現(xiàn)為以靜止性震顫、肌強(qiáng)直、運(yùn)動(dòng)減少和姿勢(shì)步態(tài)異常等。患者晚期生活無(wú)法自理，生活質(zhì)量很差，最終死于肺部感染等并發(fā)癥。PD發(fā)病可能與遺傳因素、環(huán)境因素、線粒體功能障礙、免疫炎癥反應(yīng)等有關(guān)。

1 遺傳基因與PD

通過(guò)對(duì)家族性帕金森病相關(guān)基因的研究，迄今已發(fā)現(xiàn)有十幾種基因缺陷與帕金森病發(fā)病有關(guān)。已知α－synuclein基因(PARK1/PARK4)、UCH －L1基因(PARK5)、LRRK2基因(PARK8)、GIGYF2基因 (PARK11)和 Htra2/Omi基 因(PARK13)等為常染色體顯性遺傳性帕金森病致病基因;Parkin基因(PARK2)、PINK1基因(PARK6)、DJ －1基 因(PARK7)和ATP13A2基因(PARK9)為常染色體隱性遺傳性帕金森病致病基因[4]。其中，LRRK2基因是目前為止帕金森病患者中突變頻率最高的帕金森病常染色體顯性致病基因，與晚發(fā)性帕金森病相關(guān)。在北歐猶太人及北非人種中，LRRK2中除了G2019S突變外，3個(gè)氨基酸置換物(R1441C，R1441G和R1441H)基因突變也已經(jīng)被證實(shí)是PD發(fā)病的重要因素[5]。盡管α－synuclein基因突變出現(xiàn)在家族性帕金森病患者中的頻率很低，但由于該基因所編碼的蛋白質(zhì)是路易小體的主要組成成分，提示它在帕金森病整個(gè)發(fā)病過(guò)程中起重要作用。同時(shí)α－synuelein基因?qū)儆诔Ｈ旧w顯性遺傳。研究分析發(fā)現(xiàn)，致病基定位于4q21－q23，編碼α－synuclein基因的3號(hào)外顯子有突變，此錯(cuò)義突變導(dǎo)致53位的丙氨酸被蘇氨酸替代(A53T)。隨后，研究又相繼發(fā)現(xiàn)A30P、E46K突變。但是這些點(diǎn)突變只在很少一部分常染色體顯性遺傳性PD患者中發(fā)生，這些患者與散發(fā)性PD的癥狀相似，只是發(fā)病年齡更早，進(jìn)展更快，伴有非典型臨床癥狀[6～8]。α－synuclein基因編碼的α－synuclein為一小蛋白質(zhì)，在許多腦區(qū)中含量豐富，多集中于神經(jīng)元突觸前末梢。α－synuclein基因Ala53Thr和Ala39Pro的突變導(dǎo)致α－突觸共核蛋白異常沉積，最終形成路易小體。此基因還能促進(jìn)對(duì)神經(jīng)元有毒性作用的α－synuclein蛋白初原纖維的形成。有研究表明，α－synuclein蛋白初原纖維能在細(xì)胞膜形成小孔使突觸膜滲透性增加，從而干擾多巴胺的儲(chǔ)存;同時(shí)還可以損傷線粒體膜，導(dǎo)致跨膜電勢(shì)的擴(kuò)散和凋亡前因子的釋放，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞凋亡[9]。近期有研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去乙?；?(HDAC6)能夠抑制PD的發(fā)病。在果蠅PD模型中，將編碼HDAC6基因進(jìn)行缺失突變后，PD癥狀包括多巴胺神經(jīng)元死亡、視網(wǎng)膜退變和運(yùn)動(dòng)障礙都顯著加重;同時(shí)標(biāo)志性的包涵體由于HDAC6的缺失而顯著減少，可溶性的寡聚體卻明顯增多。提示包涵體可能對(duì)PD具有的保護(hù)作用，而寡聚體可能是真正的致病原因[10]。

2 環(huán)境因素與PD

環(huán)境因素對(duì)帕金森病發(fā)病的影響一直是研究的熱門。實(shí)驗(yàn)證明1－甲基 －4－苯基 －1，2，3，6－四氫吡啶(MPTP)和魚(yú)藤酮(rotenone)與帕金森病發(fā)病相關(guān)，且在動(dòng)物模型可產(chǎn)生類似帕金森病的癥狀和病理生化改變[11]。MPTP能通過(guò)血腦屏障被多巴胺能神經(jīng)元攝取并在單胺氧化酶B作用下產(chǎn)生神經(jīng)毒性作用的代謝產(chǎn)物1－甲基－4苯基吡啶離子(MPP+)，MPP+可抑制線粒體復(fù)合物I活性，進(jìn)一步抑制ATP合成。并可產(chǎn)生氧自由基和一氧化氮等導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡。魚(yú)藤酮為脂溶性，可穿越血－腦屏障，它可抑制線粒體復(fù)合體Ⅰ活性，導(dǎo)致大量氧自由基和凋亡誘導(dǎo)因子產(chǎn)生，二者均可造成多巴胺能神經(jīng)元變性[12，13]。水果和茶葉中含有一種天然的親脂性線粒體復(fù)合酶I抑制劑annonacin，將其注射到大鼠體內(nèi)能夠誘導(dǎo)黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性，大鼠可出現(xiàn)非典型PD樣綜合征[14]。此外，自然環(huán)境中存在著可誘發(fā)PD的異喹啉類化合物，它們廣泛存在于日常食物、動(dòng)物體內(nèi)及人體內(nèi)，雖然現(xiàn)在還沒(méi)有它們導(dǎo)致PD產(chǎn)生的直接證據(jù)，但這類化合物的體外試驗(yàn)的毒性作用與魚(yú)藤酮非常相似，提示環(huán)境因素可以通過(guò)飲食習(xí)慣的方式引發(fā)PD[15]。同時(shí)有研究表明，在遺傳易感性的前提下，黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境因素的敏感性增加[16]。盡管環(huán)境中有多種可能誘導(dǎo)PD發(fā)病的因素，但由環(huán)境因素引起PD發(fā)病這一說(shuō)法只能解釋部分病例。多數(shù)同樣接觸過(guò)這些環(huán)境因素的人并未發(fā)生帕金森病。環(huán)境因素只能認(rèn)為是參與帕金森病發(fā)病的眾多因素之一。

3 線粒體功能障礙與PD

線粒體是給細(xì)胞供能的主要細(xì)胞器，其主要功能是進(jìn)行氧化磷酸化從而合成ATP。而線粒體功能異常多指由于線粒體膜受到破壞、酶活性降低、呼吸鏈?zhǔn)艿揭种啤⒕€粒體DNA(mtDNA)的損傷等引起的能量代謝障礙，而導(dǎo)致一系列相互作用的損傷過(guò)程[17]。線粒體功能發(fā)生障礙，ATP的合成被抑制能量出產(chǎn)降低，最終影響腦功能的正常運(yùn)行。將線粒體與帕金森病聯(lián)系起來(lái)是對(duì)神經(jīng)毒素MPTP的認(rèn)識(shí)。早在上世紀(jì)80年代，人們就發(fā)現(xiàn)了MTPP的代謝產(chǎn)物MPP+能夠抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合物I，此后有很多證據(jù)證實(shí)早期帕金森患者血小板呼吸鏈復(fù)合體I的活性下降，Turner等[18]也通過(guò)對(duì)帕金森病患者的尸檢發(fā)現(xiàn)大腦黑質(zhì)區(qū)呼吸鏈復(fù)合物的活性選擇性降低。后來(lái)人們從PD患者的尸檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)PD患者黑質(zhì)致密部、骨骼肌和血小板線粒體的Complex I活性均下降，尤其是在腦區(qū)的研究中發(fā)現(xiàn)這種功能缺陷具有高度的解剖選擇性，主要發(fā)生在黑質(zhì)致密部，而網(wǎng)狀郡、大腦皮層、小腦、頂蓋區(qū)、蒼白球等腦區(qū)卻基本正常。呼吸鏈的其他組分中complex IV活性也有所減低，輔酶Q含量下降，而complex II，Ⅲ功能未受影響[19]。complex I功能缺陷使活性氧增加，從而造成細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA的氧化損傷和斷裂[20]。PD患者黑質(zhì)中complex I缺陷會(huì)導(dǎo)致呼吸鏈發(fā)生異常，呼吸鏈中任何部位受到抑制都會(huì)使自由基產(chǎn)生增多，ATP合成減少。能量的不足會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)外離子失衡，線粒體上的質(zhì)子泵功能下降，膜電壓降低和滲透性通道開(kāi)放，尤其導(dǎo)致一些電壓依賴的Ca2+通道的持續(xù)開(kāi)放，造成Ca2+急劇內(nèi)流，細(xì)胞內(nèi)Ca2+增多，更耗竭細(xì)胞內(nèi)ATP。同時(shí)活化蛋白酶、脂肪酶、核酸內(nèi)切酶，介導(dǎo)興奮毒性的細(xì)胞損傷，從而觸發(fā)神經(jīng)元凋亡[21，22]。另外，Complex I缺失可增加神經(jīng)元對(duì)興奮性毒性死亡的易感性，導(dǎo)致氧化應(yīng)激。

目前認(rèn)為線粒體功能缺陷的原因與線粒體基因組的異常相關(guān)。Rogaev等[23]將成神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞株mtDNA去除，然后將它們分別與PD患者細(xì)胞融合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)含有PD患者突變mtDNA的雜交細(xì)胞線粒體復(fù)合物I活性較正常人降低20%，氧自由基增多，并且MPP+毒性更敏感。這就提示突變的mtDNA可能參與PD發(fā)病機(jī)制。

4 免疫炎癥反應(yīng)與PD

小膠質(zhì)細(xì)胞是腦組織中主要的免疫細(xì)胞，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)固有免疫反應(yīng)中起著重要的作用。小膠質(zhì)細(xì)胞在靜息狀態(tài)下對(duì)機(jī)體起到一定的保護(hù)作用，而當(dāng)處于激活狀態(tài)時(shí)會(huì)對(duì)機(jī)體造成損傷。帕金森病患者的尸檢研究顯示黑質(zhì)區(qū)的小膠質(zhì)細(xì)胞被大量激活，而且這種反應(yīng)在神經(jīng)元變性最明顯的區(qū)域也最為顯著[24]。靜息狀態(tài)下的小膠質(zhì)細(xì)胞布不均勻，在黑質(zhì)區(qū)分布最為密集。正常情況下，它只是通過(guò)簡(jiǎn)單的吞噬作用起到清除代謝產(chǎn)物，維持組織穩(wěn)定的凈化作用以及通過(guò)釋放低水平的生長(zhǎng)因子促進(jìn)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的生存。某些損傷信號(hào)如重金屬、內(nèi)源性化學(xué)物質(zhì)、崩解的神經(jīng)元、細(xì)胞因子等都可能誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，分泌促炎因子和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子。激活的小膠質(zhì)細(xì)胞除分泌氧化氮(NO)和活性氧ROS外，還多種細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子 α(TNF－α)、白細(xì)胞介素 －1α(IL －1α)、IL －1β、免疫反應(yīng)性纖維結(jié)合素(IFN－γ)、白細(xì)胞介素26和表皮生長(zhǎng)因子、類花生酸物質(zhì)以及興奮性氨基酸等[25]。而細(xì)胞因子與炎癥反應(yīng)的發(fā)生和神經(jīng)元的損傷修復(fù)密切相關(guān)，其中TNF－α在炎癥反應(yīng)過(guò)程中具有非常重要的作用[26]。此外，有學(xué)者提出病毒感染也可導(dǎo)致帕金森病的發(fā)生。有研究報(bào)道，流感A病毒的感染可以導(dǎo)致路易小體的形成和后期黑質(zhì)神經(jīng)元的死亡[27]。

綜上所述，PD的發(fā)病機(jī)制和過(guò)程十分復(fù)雜，目前對(duì)于各因素的具體環(huán)節(jié)和因素間錯(cuò)綜復(fù)雜的作用仍缺乏確切的了解，迄今為止仍然沒(méi)有一種學(xué)說(shuō)可以全面闡明其發(fā)病機(jī)制。遺傳因素、環(huán)境因素、線粒體功能障礙、神經(jīng)炎癥反應(yīng)等相互協(xié)同作用，最終可導(dǎo)致DA細(xì)胞的Lewy小體形成及DA神經(jīng)元的凋亡。

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