帕金森病發(fā)病機制與治療研究進展

辛陳琦綜述，張承武，李 林審校

0 引 言

帕金森?。≒arkinson′s disease，PD）是一種多發(fā)于中老年人的神經(jīng)系統(tǒng)退行性病變，其主要病理特征為黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的進行性死亡。在65歲以上的人群中，PD發(fā)病率為2%左右，隨著世界人口老齡化的日益嚴(yán)重，PD患者的數(shù)量也越來越多。目前世界上大概有1000萬PD患者，其中我國的患者人數(shù)大概為500萬，這給我國人民的健康和社會發(fā)展帶來巨大的壓力［1］。在1817年，詹姆士·帕金森博士首次詳細(xì)闡述一類包括運動功能障礙如動作遲緩、肌強直、靜止性震顫，以及非運動癥狀例如嗅覺衰退、睡眠障礙的疾病，后來人們將其命名為帕金森病［2］。目前關(guān)于帕金森病的發(fā)病機制雖然提出諸多學(xué)說，但仍有待進一步闡明；在治療方面，臨床上仍以對癥治療為主，但尚未有可以治愈PD的方法。本文我們將介紹PD的發(fā)病機制，并著重討論基于發(fā)病機制的有關(guān)PD治療的方法和進展，希望可以為PD的臨床研究提供理論指導(dǎo)。

1 PD發(fā)病機制

PD患者的主要病理特表現(xiàn)在黑質(zhì)致密部多巴能神經(jīng)元的損傷、紋狀體多巴胺含量的減少［3］；后者進而引起黑質(zhì)-紋狀體通路多巴胺神經(jīng)支配功能的減弱，膽堿能神經(jīng)功能相對增強，患者出現(xiàn)運動功能障礙等癥狀。PD的發(fā)病目前認(rèn)為主要和年齡、環(huán)境及基因因素相關(guān)［4］。其中年齡因素在PD發(fā)病中的作用已經(jīng)得到大量研究結(jié)果證實，隨著年齡的增加，PD的發(fā)病幾率也越來越高。環(huán)境中有多種因素可以導(dǎo)致PD，例如重金屬、殺蟲劑、神經(jīng)毒素等。但是，部分PD患者在年輕時就發(fā)病，而且沒有明顯環(huán)境致病因素存在，進一步研究證明，這些患者體內(nèi)的某些基因發(fā)生了突變或缺失，我們稱之為家族性PD［5］。目前已經(jīng)報道的PD相關(guān)基因有十多個，其中最常見的為發(fā)現(xiàn)亮氨酸重復(fù)激酶2（leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2）、α-突觸核蛋白、PINK1、DJ-1、parkin等基因［6］。這些PD相關(guān)基因的發(fā)現(xiàn)，為我們深入認(rèn)識PD的發(fā)病分子機制提供了很好的模型依據(jù)。統(tǒng)計學(xué)結(jié)果顯示，家族性PD患者約占患者總數(shù)的10%左右，而剩余的90%無家族性致病基因存在的，我們稱之為散發(fā)性PD［7］。PD的致病因素雖然比較明確，但發(fā)病機制仍有待進一步闡明。目前認(rèn)為，PD的致病因素主要影響蛋白降解、線粒體功能、氧化應(yīng)激的平衡等，進而導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元的死亡。

2 PD的治療

目前臨床上對于PD一般是采取對癥治療，常用的藥物包括擬多巴胺類藥和抗膽堿藥。前者包括左旋多巴、兒茶酚-O位-甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑、單胺氧化酶抑制劑等，它們一方面可以體內(nèi)補充多巴胺的含量，另一方面可以減少多巴胺的降解，從而維持多巴胺的正常水平；后者包括苯海索、東莨菪堿等，通過拮抗相對過高的膽堿能神經(jīng)功能起作用［9］。隨著人們對PD研究的深入以及生物技術(shù)的發(fā)展，人們對于PD的治療有了更多的方案，在此，我們著重介紹基于PD發(fā)病機制的有關(guān)治療方法，同時也介紹最近興起的幾種方法。

2.1 增加線粒體功能遺傳學(xué)、病理學(xué)研究結(jié)果表明，PD患者均伴有不同程度的線粒體功能損傷。神經(jīng)毒素和PARK1，PARK2，PINK7等基因的突變會引起線粒體功能異常，最終出現(xiàn)帕金森癥狀。多巴胺能神經(jīng)元線粒體的高度活躍也決定了神經(jīng)細(xì)胞的易受損這一性質(zhì)，增加線粒體的生物活性可以增強神經(jīng)元抵抗外界壓力的能力。

煙酸，又稱為維生素B3，是人體必需13種維生素之一，煙酸進入體內(nèi)后可以在酶的作用下生成輔酶I（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，NAD+）、輔酶II（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，NADP+）。NAD+參與生物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，是呼吸鏈的重要組成之一，同時NAD+也可以作為生物信號因子，影響下游蛋白例如聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶［poly（ADP-ribose）polymerase，PARP］、Sirtuins等的活化［10］。

Williams等［11］發(fā)現(xiàn) Vitamin B3可以緩解神經(jīng)退行性疾病，其機制主要是通過提高細(xì)胞內(nèi)NAD+/NADH的含量，并增強線粒體呼吸鏈復(fù)合體的功能而實現(xiàn)。有研究發(fā)現(xiàn)Vitamin B3通過增加NAD+/NADH可以對抗PD疾病，在他們的文章中運用到了PD模型的果蠅，并闡明Vitamin B3是通過抑制線粒體功能異常而發(fā)揮作用［12］。Szego等［13］發(fā)現(xiàn)在補充Vitamin B3后，細(xì)胞內(nèi)NAD水平增加，重組人去乙?；?通過wnt信號通路作用于蛋白激酶B從而調(diào)節(jié)多巴胺能神經(jīng)元的活性。NAD也可以作用于PARP蛋白家族并激活其蛋白活性，抑制細(xì)胞損傷［13］。除了Vitamin B3，其他維生素也對PD有一定的對抗效果，這對于PD的防治有重要參考價值［14-15］。在呼吸鏈中，泛醌在復(fù)合物I和復(fù)合物II/III中起著電子傳遞的作用，近年來研究發(fā)現(xiàn)在PD患者多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)的泛醌的含量明顯低于正常組［16］。給MPTP誘導(dǎo)的小鼠PD模型補充泛醌后，線粒體的功能顯著增強［17］。此外，研究表明，臨床抗組胺藥Latrepirdine可以增強呼吸鏈及ATP合成酶的功能［18］，也可以通過增加自噬能力而增強細(xì)胞的活力［19］。

線粒體是細(xì)胞能量補給站，也是多種疾病發(fā)生的關(guān)鍵因素。最新的研究表明，在Ca離子依賴性的CD38和cADP介導(dǎo)下，星形膠質(zhì)細(xì)胞中的線粒體會排出到細(xì)胞外基質(zhì)，并在胞吞的作用下進入鄰近的神經(jīng)細(xì)胞［20］，這一研究結(jié)果提示，移植健康的線粒體是也可能成為PD治療的方案之一。線粒體功能異常導(dǎo)致ATP減少，細(xì)胞不能維持其正?；顒樱罱K走向死亡。包括PD在內(nèi)神經(jīng)退行性疾病是威脅人類健康的重要疾病之一，越來越有證據(jù)表明線粒體的功能異常與這類疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，因此提高線粒體的生物活性，是治療這類疾病的一個重要途徑。

2.2 減少氧化應(yīng)激大量的研究結(jié)果表明，氧化應(yīng)激與PD的發(fā)生密切相關(guān)。在氧化應(yīng)激環(huán)境中，細(xì)胞產(chǎn)生大量活性氧簇（reactive oxygen species，ROS），ROS造成細(xì)胞內(nèi)線粒體自噬受阻、生物大分子損傷；并且會激活小膠質(zhì)細(xì)胞，使之釋放炎癥因子引發(fā)神經(jīng)炎癥［21］。此外，臨床標(biāo)本分析結(jié)果顯示，PD 患者多巴胺能神經(jīng)元存在大量ROS［22］，這進一步佐證了ROS在PD發(fā)病中的重要作用。

谷胱甘肽（glutathione，GSH）不僅是一個神經(jīng)遞質(zhì)，也是生物體內(nèi)重要的抗氧化劑。在PD患者SN區(qū)域的多巴胺能神經(jīng)元中，GSH的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常對照組，通過靜脈注射增加GSH的含量，可以起到有效對抗PD的效果［23］。核轉(zhuǎn)錄因子Nrf2是細(xì)胞內(nèi)對抗氧化應(yīng)激的重要信號分子，在氧化應(yīng)激下Nrf2與其抑制因子Keap1解離，Nrf2由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，上調(diào)抗氧化蛋白基因的表達，增強細(xì)胞抵抗氧化應(yīng)激能力［24］。提高Nrf2的活性、增加Nrf2的磷酸化水平或者減少Keap1的表達可以增加內(nèi)生抗氧化蛋白的表達，例如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶過氧化還原酶等，從而抑制由病變或外界刺激產(chǎn)生的ROS，增強細(xì)胞存活能力［25］。

炎癥反應(yīng)可以產(chǎn)生ROS，同時細(xì)胞ROS增多也可以誘導(dǎo)發(fā)生炎癥［26］。通過正電子發(fā)射計算機斷層掃描技術(shù)分析PD患者腦部，發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)細(xì)胞的激活主要發(fā)生在基底核區(qū)域［27］，對PD患者的腦脊液提取分析發(fā)現(xiàn)存在大量的促炎癥因子［28］。黃芩等黃酮類藥物，它可以減少腫瘤壞死因子α、白細(xì)胞介素6等促炎癥因子，抑制膠質(zhì)細(xì)胞的活化，達到治療PD 的效果［29］。

離子通道紊亂是細(xì)胞產(chǎn)生ROS的原因之一，其中鈣離子通道［30］、鉀離子通道異常與PD密切相關(guān)［31］。多巴胺能神經(jīng)元線粒體分布很多鉀離子通道，鉀離子通道的正常轉(zhuǎn)運是線粒體產(chǎn)生ATP的保障，因此有效地控制鉀離子通道的開/關(guān)尤為重要。有研究表明埃他卡林對魚藤酮誘導(dǎo)產(chǎn)生的小鼠PD模型有保護作用，其主要通過特異性活化鉀離子通道而實現(xiàn)［32］。鈣離子作為細(xì)胞內(nèi)重要的信號分子，其含量的變化對細(xì)胞存活起決定性的作用。當(dāng)細(xì)胞處于鈣超載狀態(tài)時，會破壞線粒體上的呼吸鏈，線粒體膜電位會下降，ATP產(chǎn)生減少，引起細(xì)胞不可逆性損傷，最終造成細(xì)胞死亡。Hurley等［34］發(fā)現(xiàn)，鈣穩(wěn)態(tài)紊亂出現(xiàn)在早期PD患者神經(jīng)元細(xì)胞中［33］，抑制鈣離子通道可以有效地減少PD患病風(fēng)險。依拉地平是二氫吡啶類鈣拮抗劑藥物，臨床上主要作用于高血壓。研究數(shù)據(jù)表明，服用依拉地平的高血壓人群患有PD風(fēng)險較低，其機制能與依拉地平對抗鈣超載，進而保護多巴胺能神經(jīng)元有關(guān)［35］。

2.3 增強蛋白降解途徑蛋白異常聚集是多巴胺能神經(jīng)元死亡的關(guān)鍵因素。α-突觸核蛋白基因突變可以導(dǎo)致家族性PD［36］；α-突觸核蛋白通過特殊的胞吞-胞吐方式使鄰近神經(jīng)細(xì)胞出現(xiàn)蛋白聚集或膠質(zhì)細(xì)胞的激活，這一過程類似于朊病毒蛋白感染周圍細(xì)胞［37-38］。研究發(fā)現(xiàn)α-突觸核蛋白聚集首先發(fā)生在迷走神經(jīng)、舌咽神經(jīng)和嗅覺神經(jīng)中，緊接延伸到延髓，然后到達黑質(zhì)區(qū)，最后在多巴胺能神經(jīng)元中發(fā)生聚集導(dǎo)致PD發(fā)生［39-40］。及時清除神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)基質(zhì)及細(xì)胞外基質(zhì)中過多的α-突觸核蛋白，可以保護細(xì)胞免受蛋白冗余毒性傷害。PRX002是α-突觸核蛋白C-末端序列的抗體，通過特異性結(jié)合α-突觸核蛋白從而減少細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白聚集。PRX00對抗PD的作用已經(jīng)得到Ⅰ臨床期實驗的驗證［41］。

細(xì)胞內(nèi)蛋白降解包括泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin-proteasome system，UPS）、溶酶體相關(guān)自噬途徑。UPS包括泛素、泛素活化酶、泛素結(jié)合酶、泛素連接酶、蛋白酶體。Parkin是一個泛素連接酶［42］，當(dāng)Parkin基因突變導(dǎo)致其功能喪失時，可以誘發(fā)家族性PD［43］。Parkin蛋白的底物主要包括細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)蛋白1，Synphilin-1，CyclinE，氧位糖基化的α-突觸核蛋白等。細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)蛋白1在神經(jīng)元中大量表達，是一種突觸囊泡相關(guān)蛋白，存在于突出前神經(jīng)末梢，它的異常積累會造成多巴胺能神經(jīng)元分泌受阻從而產(chǎn)生氧化毒性［44］。Synphilin-1主要在海馬組織、皮質(zhì)、小腦浦肯野神經(jīng)元細(xì)胞中表達，它與α-突觸核蛋白相互作用，是形成路易小體的重要組分之一［45］。通過對PD患者大腦成分檢測發(fā)現(xiàn)，在皮質(zhì)區(qū)Synphilin-1的水平較正常組分高［46］，通過高表達Parkin蛋白的PD小鼠發(fā)現(xiàn)，其底物Synphilin-1含量降低，聚集物減少，同時PD癥狀也有所緩解。

自噬是UPS之外的另一個重要的蛋白降解系統(tǒng)，通過形成囊泡，與溶酶體融合，從而進行蛋白質(zhì)降解。自噬包括3種途徑：分子伴侶介導(dǎo)的自噬、大囊泡自噬、內(nèi)吞作用［47］。增加自噬的功能也能有效對抗PD［48］。分子伴侶作為高度保守蛋白在細(xì)胞內(nèi)協(xié)助蛋白質(zhì)或多肽鏈進行正常折疊、組裝及其降解［49］。HSP70是分子伴侶家族蛋白之一，通過體外及體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)過量表達HSP70可以提高分子伴侶介導(dǎo)的自噬能力，從而緩解蛋白聚集毒性［50］。線粒體自噬是一種通過自噬機制選擇性清除受損或過多的線粒體的過程，研究表明線粒體自噬異常與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)［51］。在線粒體受到損傷后，與線粒體自噬相關(guān)的PINK1蛋白穩(wěn)定的結(jié)合在線粒體外膜上，并招募Parkin蛋白，進而形成囊泡結(jié)構(gòu)，再與自噬連接受體結(jié)合（如p62、LC3等），最終被溶酶體降解［52］。

蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)重要的大分子之一，蛋白異常聚集可以導(dǎo)致包括PD在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生；增強蛋白質(zhì)降解功能則是對抗這些疾病的一個重要方案。

2.4 其他新興治療方案細(xì)胞替換療法我們已經(jīng)知道，PD的發(fā)病是由于黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的進行性死亡，因此尋找一種細(xì)胞可以替代或生長為多巴胺能神經(jīng)元將會從根本上解決PD的問題。早在20世紀(jì)80年代，就有人嘗試通過移植多巴胺能神經(jīng)元從而加強紋狀體功能［53］；臨床結(jié)果證明人胎腹側(cè)中腦細(xì)胞移植到PD患者腦內(nèi)后，人胎腹側(cè)中腦細(xì)胞受紋狀體支配，重塑多巴胺能神經(jīng)元功能，并且有效的緩解運動障礙［54］。近年來有研究發(fā)現(xiàn)，未成熟的多巴胺能神經(jīng)細(xì)胞較多巴胺始祖細(xì)胞更易分化成酪氨酸羥化酶陽性細(xì)胞，從而催化酪氨酸生成多巴胺，這一過程在調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)功能上發(fā)揮著重要作用［55］。此外，研究結(jié)果顯示，胚胎干細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞不僅能定向誘導(dǎo)分化成多巴胺能神經(jīng)元可以緩解PD動物模型行為學(xué)缺陷，還可以避免機體免疫排除反應(yīng)［56-57］。但是，細(xì)胞移植療法目前仍處于前期研究階段，并未在臨床上推廣使用，其原因在于干細(xì)胞定向分化效率低、存在致癌風(fēng)險等［58］。

深層腦部刺激療法（deep brain stimulation，DBS）是通過在PD患者腦部植入電刺激器，在電場作用下刺激腦部基底核區(qū)域，緩解運動障礙，同時和左旋多巴配合治療可以減少患者的用藥量［59］。DBS與傳統(tǒng)的手術(shù)療法（如蒼白球切開術(shù)）相對比，減少了出血、梗塞及死亡率的風(fēng)險。但是人們對于DBS的治療仍存在爭議，臨床試驗表明丘腦基底核的DBS會帶來認(rèn)知和精神方面的副作用，例如沖動、情緒不穩(wěn)定等［60］。

基因療法也是目前PD治療手段之一，它是利用病毒載體攜帶目標(biāo)基因?qū)氲教囟ǖ哪X區(qū)，通過目標(biāo)基因的表達緩解PD行為學(xué)障礙［61］。目前采用的目標(biāo)基因包括谷氨酸脫羧酶、與多巴胺相關(guān)的合成酶和神經(jīng)生長因子［62］等。谷氨酸脫羧酶是γ-氨基丁酸合成的限速酶，可以增加丘腦底核γ-氨基丁酸的量，緩解PD非運動障礙；酪氨酸羥化酶、GTP環(huán)化酶1、芳香氨基酸脫羧酶的表達增多可以誘導(dǎo)多巴胺合成。盡管基因療法在臨床前實驗中已經(jīng)取得了一定治療效果，但該療法仍未得到推廣應(yīng)用。

此外，有證據(jù)表明PD可能起始于腸道疾病，然后擴散到嗅球再到尾管腦干，最后通過腦干和腦間到達皮質(zhì)區(qū)域，造成PD［63］。在PD的動物模型中發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)毒素魚藤酮誘導(dǎo)后，小鼠中樞神經(jīng)系中發(fā)現(xiàn)α-突觸核蛋白聚集，并且其腸腔內(nèi)微生物群發(fā)生生態(tài)失衡，益生菌群相對豐度明顯降低，進而促進PD的發(fā)生。因此有學(xué)者提出改善腸道菌的微環(huán)境，減少短脂肪酸鏈的釋放，從而抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，緩解PD的運動障礙［64］。

3 結(jié) 語

PD是影響人類健康和生命的重大疾病，給患者家庭及社會帶來巨大的社會和經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，但是目前仍未找到可以治愈PD的方法。闡明PD的發(fā)病機制是PD治療的關(guān)鍵所在，因此今后應(yīng)加強PD發(fā)病機理入手，找到導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元死亡的關(guān)鍵分子，并針對于此開發(fā)相應(yīng)的治療方法。另外，細(xì)胞替代療法也是很值得期待的一條治療PD的途徑，但替代細(xì)胞的來源及安全性仍有待研究。