帕金森病發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展*

游 靜，顧喬喬，余子云，朱江洋，湯坤鑫，溫二生，黃志華，薛進(jìn)華，陳 濤

(贛南醫(yī)學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 1.2016級(jí)本科生；2.2015級(jí)本科生，江西 贛州 341000)

1 概 述

隨著老齡化進(jìn)程的加速，作為一種常見的老年慢性疾病，帕金森病(parkinson's disease，PD)的發(fā)病率正日益增高。PD臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣，除了運(yùn)動(dòng)遲緩、僵化、靜止性震顫、姿勢(shì)不穩(wěn)等運(yùn)動(dòng)功能障礙表現(xiàn)外，還可能合并嗅覺減退、認(rèn)知功能障礙、情感障礙、睡眠障礙、感覺異常、自主神經(jīng)功能紊亂等非運(yùn)動(dòng)癥狀。

目前普遍認(rèn)為，PD的發(fā)病率會(huì)受年齡、遺傳和環(huán)境等因素的影響。其中，高齡是導(dǎo)致PD發(fā)病率增加的重要因素。流行病學(xué)調(diào)查顯示，55歲以上人口PD患病率為1.4%，75歲以上人口患病率可達(dá)3.4%[1]。其次，遺傳因素也與PD的發(fā)病相關(guān)聯(lián)，與帕金森病相關(guān)的一系列基因被稱為PARK基因，現(xiàn)已明確編碼α-突觸核蛋白的SNCA(PARK1/PARK4)、LRRK2、VPS35、編碼parkin的PARK2、PINK1、編碼DJ-1的PARK7、DNAJC6、ATP13A2等基因的突變均與帕金森病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。同時(shí)，許多環(huán)境因素可以增加PD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。長期接觸神經(jīng)毒素MPTP、百草枯、魚藤酮、重金屬離子以及某些有機(jī)化學(xué)溶劑等均可誘發(fā)和促進(jìn)PD的發(fā)生。

PD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前的學(xué)說中，任何一種都不能完全解釋PD的發(fā)病機(jī)制。研究PD的發(fā)病機(jī)制并找出相應(yīng)的治療手段是科學(xué)工作者一直努力的方向。

根據(jù)PD的顯著病理改變——黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性缺失導(dǎo)致黑質(zhì)紋狀體通路多巴胺減少及黑質(zhì)殘存的神經(jīng)元胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)由α-突觸核蛋白組成的神經(jīng)元內(nèi)蛋白聚集體(PD的病理形態(tài)學(xué)的標(biāo)志物)。科學(xué)工作者做出了諸多相關(guān)研究，現(xiàn)就PD的可能發(fā)病機(jī)制綜述如下。

2 致病機(jī)制

2.1α-突觸核蛋白的調(diào)控異常研究證實(shí)[2]在人胚胎神經(jīng)祖細(xì)胞中過度表達(dá)α-突觸核蛋白，會(huì)使神經(jīng)祖細(xì)胞的分化由向神經(jīng)元分化轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛏窠?jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分化，導(dǎo)致正常神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量減少，影響正常神經(jīng)生理活動(dòng)。且在細(xì)胞模型中觀察發(fā)現(xiàn)[3]，α-突觸核蛋白過度表達(dá)并積累可誘導(dǎo)細(xì)胞死亡或使那些多巴胺誘導(dǎo)型細(xì)胞的細(xì)胞活性喪失增加。不僅如此，這些具有神經(jīng)毒性的α-突觸核蛋白可不斷侵犯鄰近正常的神經(jīng)組織，一旦α-突觸核蛋白聚集體在神經(jīng)元中形成，它們可以在軸突內(nèi)運(yùn)輸?shù)狡渌竽X區(qū)域并通過胞吐作用釋放到細(xì)胞外空間，然后被鄰近的神經(jīng)元攝取并且在新宿主細(xì)胞內(nèi)聚集成為內(nèi)源性α-突觸核蛋白[4]。研究認(rèn)為[5]，α-突觸核蛋白的聚集可能始于胃腸道，并沿著迷走神經(jīng)逆向傳播并逐漸累及黑質(zhì)。這一研究結(jié)果很大程度上解釋了PD的臨床癥狀演變過程，即由早期PD的嗅覺減退、便秘等非運(yùn)動(dòng)癥狀逐漸發(fā)展為運(yùn)動(dòng)癥狀方面的退行性病變。

正常情況下，自噬溶酶體途徑(LAS)和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)參與維持α-突觸核蛋白的細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，但如果其中任一途徑受損就會(huì)導(dǎo)致毒性蛋白質(zhì)的聚集，最終導(dǎo)致神經(jīng)功能失調(diào)和細(xì)胞死亡。年齡增長是帕金森病發(fā)病的最大風(fēng)險(xiǎn)因素，且因?yàn)槿苊阁w的功能會(huì)隨著年齡而降低，因此不難發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長，自噬溶酶體途徑和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的功能減低，可導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中α-突觸核蛋白含量增加[6]。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)[6]在死后大腦的黑質(zhì)中，26S/20S蛋白酶體復(fù)合物亞基顯著丟失，提示PD患者蛋白酶體損傷或失活可能為α-突觸核蛋白聚集增多的重要機(jī)制。另外，α-突觸核蛋白聚合形式可能會(huì)進(jìn)一步下調(diào)26 S的蛋白酶活性[7]；α-突觸核蛋白寡聚體還可抑制泛素-蛋白酶體系統(tǒng)；α-突觸核蛋白的累積可抑制巨自噬[8]，并且不同形式的α-突觸核蛋白(野生型，突變體或翻譯后修飾)可以減弱分子伴侶介導(dǎo)的自噬功能?？偟膩碚f，蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失調(diào)導(dǎo)致了α-突觸核蛋白累積，反過來α-突觸核蛋白累積又會(huì)影響α-突觸核蛋白的降解過程，此時(shí)便造成了α-突觸核蛋白持續(xù)不斷累積的惡性循環(huán)。

除了α-突觸核蛋白的降解異常，GWAS分析認(rèn)為SNCA基因座的單核苷酸多態(tài)性是導(dǎo)致α-突觸核蛋白表達(dá)異常增加并聚集于神經(jīng)元的原因[9]。研究發(fā)現(xiàn)[10]SNCA基因座上Ala53Thr和Ala39Pro突變可導(dǎo)致α-突觸核蛋白異常表達(dá)并聚集于神經(jīng)元。與此同時(shí)，編碼LRRK2的基因中G2019S突變，會(huì)導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元中的LAS功能降低和α-突觸核蛋白的聚集增加[11]；編碼溶酶體酶的GBA(腦苷脂酶基因)基因的雜合突變與LAS功能降低有關(guān)[12]，且研究顯示當(dāng)GBA活性降低時(shí)，細(xì)胞培養(yǎng)物和動(dòng)物模型中α-突觸核蛋白水平上升[13]；VPS35(編碼液泡蛋白分選相關(guān)蛋白35)的基因突變也會(huì)影響α-突觸核蛋白的處理，具體表現(xiàn)為Vps35缺乏小鼠黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中α-突觸核蛋白水平的增高[14]，其過表達(dá)則會(huì)減少α-突觸核蛋白的聚集[15]，并且VPS35缺乏和VPS35中的D620N突變與溶酶體相關(guān)膜糖蛋白2(LAMP2)的降低有關(guān)[14]；由此可見，α-突觸核蛋白的異常聚集可由α-突觸核蛋白降解減少和聚集增多雙重因素共同決定。其中，編碼α-突觸核蛋白相關(guān)基因的突變與帕金森病的風(fēng)險(xiǎn)升高相關(guān)聯(lián)，影響著α-突觸核蛋白的表達(dá)及處理過程。

2.2線粒體功能障礙線粒體功能障礙是帕金森病發(fā)病的關(guān)鍵因素，研究發(fā)現(xiàn)在動(dòng)物模型中注射幾種損害線粒體功能的毒素可復(fù)制帕金森病的神經(jīng)病理學(xué)特征[16]。并且對(duì)PD患者進(jìn)行的尸檢表明，PD患者中腦以及前額葉皮質(zhì)區(qū)域的線粒體復(fù)合體I的活力下降達(dá)30%以上[17]。關(guān)于線粒體功能障礙與黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性缺失之間的關(guān)系，研究推斷可能的機(jī)制是：線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體存在缺陷，引起了細(xì)胞內(nèi)糖的無氧分解，合成ATP的數(shù)量減少，細(xì)胞容易發(fā)生酸中毒，因此導(dǎo)致細(xì)胞膜內(nèi)外離子失衡，如Na+、Ca2+、Cl-離子的內(nèi)流增加，自由基產(chǎn)生增多，最終會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。另外，ATP合成不足不僅可以使門冬氨酸、谷氨酸等這類對(duì)神經(jīng)元具有強(qiáng)烈的興奮和神經(jīng)毒性作用的氨基酸增加[18]，而且可導(dǎo)致細(xì)胞的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)降解，降解產(chǎn)物可進(jìn)一步觸發(fā)或發(fā)生氧化代謝反應(yīng)，從而加重黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的損傷。

除此之外，α-突觸核蛋白聚集和線粒體功能障礙可構(gòu)成一個(gè)惡性循環(huán)，在帕金森病的退化神經(jīng)元中通?？赏瑫r(shí)觀察到這兩種細(xì)胞變化，目前認(rèn)為，線粒體功能障礙與α-突觸核蛋白的異常聚集之間或許存在一個(gè)相互作用的過程。

一般而言，線粒體中的α-突觸核蛋白的水平很低，且研究發(fā)現(xiàn)一旦線粒體內(nèi)存在蛋白質(zhì)積累，可以誘發(fā)線粒體復(fù)合物I缺陷和氧化應(yīng)激[19]。α-突觸核蛋白的積累還可以干擾線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間鈣離子的交換，破壞細(xì)胞內(nèi)的鈣離子的平衡，同時(shí)抑制受損線粒體的降解[3]。另外，線粒體主轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子——PGC1α的激活可導(dǎo)致α-突觸核蛋白寡聚化減少，表現(xiàn)為離體實(shí)驗(yàn)中α-突觸核蛋白寡聚體的毒性降低[20]，然而研究發(fā)現(xiàn)PGC1α的靶基因卻通常表現(xiàn)為在帕金森病患者體內(nèi)表達(dá)不足[21]。由此可見線粒體功能障礙和α-突觸核蛋白的異常聚集是密切相關(guān)的。

線粒體自身還可以通過自噬選擇性清除細(xì)胞中受損或多余的線粒體，以維持細(xì)胞內(nèi)正常的線粒體質(zhì)量，即線粒體自噬。研究發(fā)現(xiàn)[22]，PD患者的黑質(zhì)和杏仁核線粒體自噬功能是有缺陷的，說明線粒體自噬與PD發(fā)病機(jī)制的相關(guān)性。線粒體被選擇性自噬的確切分子機(jī)制仍不明確，目前認(rèn)為PD致病基因中，PINK1、parkin、DJ-1、LRRK2都參與了線粒體自噬的調(diào)控過程。其中[23]PINK1、parkin能協(xié)同調(diào)節(jié)線粒體分裂、融合的動(dòng)態(tài)變化，清除受損線粒體，而這兩種基因突變則能抑制線粒體自噬活性使機(jī)體對(duì)受損線粒體的清除機(jī)制發(fā)生障礙，干擾線粒體功能，最終導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元變性壞死。LRRK2參與線粒體功能和轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié)，LRRK2的突變不僅與自噬的變化有關(guān)，而且與線粒體損傷[24]有關(guān)?？偠灾€粒體自噬效率低下，引起受損線粒體的積聚，氧化應(yīng)激和毒物負(fù)擔(dān)增加，能量耗竭，是造成帕金森病神經(jīng)變性的重要機(jī)制。

因此，可損害線粒體的毒素、α-突觸核蛋白的異常聚集、線粒體自噬功能低下、線粒體基因組異常變化等均可成為導(dǎo)致線粒體功能障礙的因素，線粒體功能發(fā)生障礙后，其造成的影響卻是巨大的。如前所述，線粒體功能障礙引發(fā)的ATP合成不足和線粒體自噬功能減退極大程度上影響著α-突觸核蛋白的異常聚集過程，并可加重黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性，是PD發(fā)病的重要原因所在。

2.3氧化應(yīng)激腦組織是機(jī)體氧化代謝最活躍的器官，隨著年齡的增長，細(xì)胞的抗氧化系統(tǒng)出現(xiàn)缺陷。當(dāng)體內(nèi)氧化和抗氧化作用失衡時(shí)，會(huì)激發(fā)氧化應(yīng)激，產(chǎn)生大量活性氧自由基(ROS)。研究證實(shí)，ROS的生成是PD患者腦中多巴胺能神經(jīng)元丟失的一個(gè)重要因素，產(chǎn)生大量ROS的原因包括多巴胺代謝、谷胱甘肽水平降低、離子水平紊亂和鈣超載[25]。

由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)富含多不飽和脂肪酸、高耗氧量以及抗氧化防御能力相對(duì)較弱[26]，同時(shí)又因?yàn)楹谫|(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的特殊結(jié)構(gòu)，使其特別容易受到代謝和氧化應(yīng)激的影響。首先，黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元具有特別長(長達(dá)4.5米)的無髓鞘軸突，具有大量突觸(估計(jì)每個(gè)黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元1～240萬個(gè))，因此需要巨大的能量來維持其正常功能。其次，與鄰近腹側(cè)被蓋區(qū)域中的多巴胺能神經(jīng)元不同，黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元因細(xì)胞溶質(zhì)鈣振蕩和鈣擠壓而表現(xiàn)出自主的起搏活動(dòng)，因此需額外消耗能量，并隨著細(xì)胞溶質(zhì)多巴胺及其代謝物水平升高又進(jìn)一步加重了氧化應(yīng)激。

不僅如此，研究顯示線粒體復(fù)合物I受到抑制后可以影響ATP的合成，同樣使ROS生成增加，ROS又可以導(dǎo)致mtDNA的損傷，觸發(fā)線粒體損傷與氧化應(yīng)激之間的惡性循環(huán)，線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激增加還可以導(dǎo)致溶酶體的消耗和LAS的功能損害，進(jìn)一步表明了帕金森病幾種可能的致病機(jī)制之間是密切相關(guān)的。

2.4神經(jīng)炎癥大量的尸檢、腦成像和流體生物標(biāo)志物研究表明，神經(jīng)炎癥參與PD的發(fā)病和疾病進(jìn)展。中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生神經(jīng)炎癥的特點(diǎn)是小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，從而產(chǎn)生大量的炎癥因子(如IL-6、IL-8、TNF-α等)、趨化因子、抗炎因子和神經(jīng)調(diào)節(jié)素等[27-28]，對(duì)血腦屏障(BBB)產(chǎn)生破壞作用的同時(shí)[29]，并可促進(jìn)多巴胺能神經(jīng)元的退行性變性、缺失甚至壞死，進(jìn)一步推動(dòng)PD病理進(jìn)程[30-31]。

在帕金森病的發(fā)病早期，嗅覺系統(tǒng)和腸道中的組織炎癥還可引發(fā)一定程度的α-突觸核蛋白錯(cuò)誤折疊[32]，這時(shí)如果一些α-突觸核蛋白聚集體逃脫了正常的降解機(jī)制，可進(jìn)一步造成α-突觸核蛋白的異常聚集的增多。PD患者和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，α-突觸核蛋白聚集可誘導(dǎo)固有和適應(yīng)性免疫[33]，激活小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，并通過誘發(fā)神經(jīng)炎癥及多巴胺能神經(jīng)元凋亡，最終導(dǎo)致PD的發(fā)生。神經(jīng)炎癥又可促進(jìn)α-突觸核蛋白錯(cuò)誤折疊[34]，表明這兩個(gè)過程形成了一個(gè)自我加重的循環(huán)。

除此之外，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)帕金森病腦組織中的兒茶酚胺神經(jīng)元和培養(yǎng)的多巴胺能神經(jīng)元暴露于活化的小膠質(zhì)細(xì)胞或L-DOPA時(shí)，會(huì)傾向于表達(dá)MHCI類蛋白，因此如果它們呈現(xiàn)為抗原，將參與CTL介導(dǎo)的免疫效應(yīng)[35]，加重自身的死亡變性。

值得注意的是，活化的免疫細(xì)胞不僅可導(dǎo)致大腦中帕金森病病理學(xué)的發(fā)生和惡化，同時(shí)因?yàn)樾∧z質(zhì)細(xì)胞具有吞噬和降解細(xì)胞外α-突觸核蛋白聚集體的作用，利用激活的免疫細(xì)胞靶向清除α-突觸核蛋白的免疫療法也正在研究中[36]。因此神經(jīng)炎癥是引起多巴胺能神經(jīng)元死亡的主要原因還是神經(jīng)元變性缺失的繼發(fā)反應(yīng)，目前尚未明確。

3 展 望

綜上所述，PD的發(fā)病機(jī)制及病理過程十分復(fù)雜，各機(jī)制間相互交錯(cuò)、互相影響，為PD的研究及治療帶來重重阻礙。PD的主要臨床表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)功能障礙、情感及認(rèn)知功能障礙，并常累及多個(gè)臟器。隨著我國人口老齡化問題日益凸顯，PD 患者的數(shù)量也日益增多，其高患病率、高致殘率給患者個(gè)人及家庭帶來沉重的生活負(fù)擔(dān)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。迄今為止，各種已知的發(fā)病機(jī)制尚不能完全闡明其發(fā)病機(jī)理。但基于上述機(jī)制研究所產(chǎn)生的抗PD靶向藥物已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，相關(guān)的研究工作也從未間斷，相信在不久的將來，真正可緩解、甚至逆轉(zhuǎn)疾病進(jìn)程的治療策略會(huì)逐漸被發(fā)現(xiàn)。