帕金森病發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

沈凡藝 陳子方 吳海妹 郭沛鑫

云南中醫(yī)藥大學(xué)，云南 昆明 650500

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)又名震顫麻痹，多發(fā)生在中老年患病人群里，是一種神經(jīng)退行性慢性疾病。常以運(yùn)動(dòng)遲緩、靜止性震顫、植物神經(jīng)功能紊亂以及肌強(qiáng)直等為主要臨床表現(xiàn)。相關(guān)研究[1]數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)PD患者高達(dá)1.7%，普遍為65歲以上的人群，具有患病率、病殘率較高和病程呈慢性進(jìn)展的顯著特點(diǎn)，目前已逐漸成為人口與健康領(lǐng)域中廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。由于PD通常在臨床癥狀尚未出現(xiàn)之前就可能伴隨神經(jīng)退行性的病理變化，當(dāng)大多數(shù)相關(guān)的神經(jīng)元相繼發(fā)生死亡后，才會(huì)出現(xiàn)明顯的臨床特征，所以早期診斷和治療十分困難，目前的各種醫(yī)療手段都無(wú)法完全逆轉(zhuǎn)神經(jīng)元死亡的結(jié)局，不能徹底治愈疾病，只能緩解其癥狀[2-5]。因此，眾多的研究者和醫(yī)生均寄希望于PD的機(jī)制研究有所突破，從而能從源頭研發(fā)新藥或?qū)ふ医鉀Q方案。

PD的發(fā)生發(fā)展與年齡、遺傳、環(huán)境等因素有關(guān)，通常多巴胺能神經(jīng)元的變性壞死、全腦水平多腦區(qū)以α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)為主要成分的路易小體(Lewybody,LB)的形成、以及多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)的減少都被認(rèn)為是PD形成的主要病理特征[6]。但其詳細(xì)發(fā)病機(jī)制尚未清晰，尚存在各種科學(xué)假說(shuō)。文章對(duì)近年來(lái)PD的發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)行綜述，旨在為PD的臨床治療和新藥的研發(fā)提供一定的參考。

1 氧化應(yīng)激

活性氧是人體正常生命過(guò)程中代謝的一類生物活性非常高的含氧分子，在生理?xiàng)l件下，對(duì)人體起到了防御功能，參與氧化還原反應(yīng)，調(diào)節(jié)各種信號(hào)通路，清除外來(lái)物質(zhì)的入侵等。但在病理?xiàng)l件下，則會(huì)破壞細(xì)胞脂質(zhì)，抑制細(xì)胞的正常功能。在人體細(xì)胞內(nèi)會(huì)不斷地產(chǎn)生自由基等物質(zhì)，而自由基與活性氧的的關(guān)系非常密切，它們共同的特點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)活潑，容易與其他分子包括蛋白、脂類、核酸等生物大分子發(fā)生反應(yīng)[7]。為了制衡這類活潑的分子成分，在機(jī)體細(xì)胞內(nèi)存在抗氧化防御系統(tǒng)，通過(guò)氧化還原反應(yīng)的調(diào)節(jié)，控制活性氧的動(dòng)態(tài)平衡，并且清除過(guò)多的自由基，維持機(jī)體的相對(duì)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)機(jī)體內(nèi)氧化和抗氧化的狀態(tài)被打破，更傾向處于氧化的狀態(tài)，失去平衡，就會(huì)發(fā)生氧化應(yīng)激。

腦組織是機(jī)體氧化代謝最活躍的器官，在正常人體的腦組織中存在酶性和非酶性兩種內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)，以此給大腦組織提供一個(gè)安全屏障，使其免受氧化損傷。其中，酶性抗氧化物包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶和過(guò)氧化物酶等物質(zhì)，都可以清除自由基[8]。但隨著年齡的增長(zhǎng)，酶性抗氧化物的含量會(huì)逐漸減少或者活性降低，細(xì)胞的抗氧化系統(tǒng)出現(xiàn)缺陷，抗氧化能力下降。這在中老年人群中體現(xiàn)最為明顯。此外，各種生化反應(yīng)所生成的活性氧等自由基清除不徹底，可使脂質(zhì)過(guò)氧化，對(duì)DNA和蛋白質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生氧化損傷[9]。

相關(guān)研究表明，與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制與氧化應(yīng)激的產(chǎn)生有很大的關(guān)聯(lián)，活性氧的大量異常生成是 PD 患者腦中多巴胺能神經(jīng)元丟失的一個(gè)重要因素，而大量活性氧生成的原因包括多巴胺代謝、離子水平紊亂、低谷胱甘肽、鈣超載等[10]。文獻(xiàn)報(bào)道[11]以魚藤酮葵花油乳化液誘導(dǎo)建立PD 大鼠模型，檢測(cè)治療前后氧化應(yīng)激指標(biāo)的相關(guān)變化，包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)活性及谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)模型組大鼠的氧化應(yīng)激的指標(biāo)含量均上升，而抗氧化應(yīng)激的指標(biāo)含量均下降，經(jīng)過(guò)一定周期的治療后，上述指標(biāo)含量有所改善。結(jié)果提示PD模型大鼠多巴胺能神經(jīng)元的保護(hù)作用機(jī)制可能與減輕氧化應(yīng)激損傷有關(guān)。

2 線粒體功能障礙

線粒體的功能障礙與活性氧生成以及能量增加密切相關(guān)。細(xì)胞通過(guò)有氧代謝，在呼吸鏈的一系列反應(yīng)中釋放能量，并促進(jìn)ATP的生成，在此過(guò)程中線粒體提供了大量的能量和主要場(chǎng)地。線粒體細(xì)胞凋亡，主要是由于一系列底物的水解，通過(guò)激活不同的激酶，誘導(dǎo)線粒體中細(xì)胞色素C的大量涌出，完成蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)的激活，最終使線粒體功能發(fā)生障礙[12]。

研究顯示，在 PD 患者的黑質(zhì)中線粒體復(fù)合物I 活性降低32%～38%[13]。并且在PD患者尸體解剖的研究中[14]發(fā)現(xiàn)，不完整的線粒體呼吸鏈酶復(fù)合體普遍存在于大腦黑質(zhì)中，導(dǎo)致細(xì)胞有氧呼吸功能減弱，無(wú)法產(chǎn)生能量合成ATP，引起了細(xì)胞無(wú)氧分解，發(fā)生酸中毒，并降解細(xì)胞的蛋白質(zhì)，發(fā)生氧化代謝反應(yīng)，嚴(yán)重影響到了大腦黑質(zhì)區(qū)多巴胺能神經(jīng)元的正常功能。與此同時(shí)，一些具有神經(jīng)毒性和興奮性的氨基酸如谷氨酸也相應(yīng)增加，加速了神經(jīng)元的損傷[15]。此外，在PD模型的制備類型中，魚藤酮作為一種常用的的毒素，主要是通過(guò)抑制線粒體復(fù)合物Ⅰ的功能，產(chǎn)生“非特異性”腦損傷和周圍毒性，殺死多巴胺能神經(jīng)元，進(jìn)而引起神經(jīng)元的損傷，魚藤酮制備PD模型的過(guò)程證明，線粒體功能的系統(tǒng)性缺陷可能導(dǎo)致選擇性黑質(zhì)紋狀體神經(jīng)變性[16]。

3 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulem,ER)是一種對(duì)鈣離子及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的變化十分敏感的細(xì)胞器，在蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)、組裝、折疊過(guò)程中都有參與，以此維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[17]。細(xì)胞存活需要細(xì)胞器的正常運(yùn)行，包括蛋白質(zhì)能夠正確折疊，若發(fā)生錯(cuò)誤則會(huì)使未折疊蛋白反應(yīng)(Unfolded protein response，UPR)的防御機(jī)制被激活，并且讓正常的細(xì)胞機(jī)能被打破[18]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是由于蛋白質(zhì)在折疊過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤或未折疊，并不斷積累而造成的，細(xì)胞氧化應(yīng)激、鈣穩(wěn)態(tài)破壞或者葡萄糖饑餓、缺氧都會(huì)對(duì)其有影響[19]。

研究認(rèn)為，在PD患者神經(jīng)元死亡的過(guò)程中，由UPR介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激扮演了重要角色[20-21]。研究發(fā)現(xiàn)，α-突觸核蛋白的持續(xù)積累可能導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中鈣穩(wěn)態(tài)失衡，引起鈣泵的活化，神經(jīng)元中的鈣代謝受到重大影響，直接引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激持續(xù)存在將進(jìn)一步導(dǎo)致α-突觸核蛋白的聚集，兩者之間形成一種惡性循環(huán)[22]。

4 基因突變

隨著遺傳學(xué)的進(jìn)一步深入研究，人們逐漸意識(shí)到遺傳因素在PD中的重要地位和作用。目前，在人體中發(fā)現(xiàn)有多種基因突變和PD發(fā)病有特別的聯(lián)系，可能導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元發(fā)生異常，不利于其正常存活[10]?，F(xiàn)已明確的基因包括編碼α-突觸核蛋白的SNCA(PARK1/PARK4)、LRRK2、VPS35、編碼parkin蛋白的PAPK2、PINK1、編碼DJ-1蛋白的PARK7、DNAJC6、ATP13A2等。這些基因的突變均與人類帕金森病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[23]。研究[24]發(fā)現(xiàn)SNCA基因座上Ala53Thr 和 Ala39Pro突變可以直接導(dǎo)致α-突觸核蛋白異常表達(dá)，并聚集在神經(jīng)元上，使神經(jīng)元發(fā)生損傷。編碼LRRK2基因中G2019S突變，可以使α-突觸核蛋白的聚集增加[25]，使多巴胺能神經(jīng)元死亡。有研究[26]認(rèn)為在PD致病基因中的parkin、PINK1發(fā)生基因突變，會(huì)影響到線粒體的功能，使線粒體的自噬活性受到抑制，機(jī)體無(wú)法進(jìn)行正常的對(duì)受損線粒體清除的工作，致使變性壞死的多巴胺能神經(jīng)元越來(lái)越多?；蛲蛔儠?huì)影響α-突觸核蛋白的表達(dá)和線粒體的功能，三者之間存在某種聯(lián)系，彼此影響，能使神經(jīng)元發(fā)生不可逆的損傷。從其中某個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)性的干擾，可達(dá)到整體的緩和，對(duì)PD的治療或有不一樣的效果。

5 免疫炎癥反應(yīng)

近年來(lái)，臨床醫(yī)學(xué)和試驗(yàn)研究結(jié)果均表明，在PD的病程中，中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫異常對(duì)其產(chǎn)生了很大的影響，最明顯的特點(diǎn)是出現(xiàn)許多過(guò)度激活的小膠質(zhì)細(xì)胞。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，小膠質(zhì)細(xì)胞是占較大比例的免疫細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞在受到刺激被激活后，黑質(zhì)致密部發(fā)散出大批活性氧和有毒細(xì)胞因子，導(dǎo)致神經(jīng)元損傷[27]。研究表明[28]，用神經(jīng)毒素注射在動(dòng)物大腦中，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有小膠質(zhì)細(xì)胞在黑質(zhì)致密部處于活化狀態(tài)，揭示了神經(jīng)元的壞死可能與小膠質(zhì)細(xì)胞有關(guān)。被激活的小膠質(zhì)細(xì)胞帶來(lái)H2O2、NO、OH-等自由基的大量產(chǎn)生和聚集，進(jìn)而損傷大腦脂質(zhì)、DNA和蛋白質(zhì)，多巴胺能神經(jīng)元因此受到不可逆的傷害[29]。

在帕金森病的發(fā)病早期，嗅覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)和腸道上皮細(xì)胞中的組織發(fā)生炎癥還可能會(huì)引發(fā)一定數(shù)量和程度的α-突觸核蛋白錯(cuò)誤折疊[30]。大量聚集的α-突觸核蛋白可誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫和固有免疫，在免疫反應(yīng)中激活小膠質(zhì)細(xì)胞，過(guò)度激活的小膠質(zhì)細(xì)胞增加IL-6、IL-1β、干擾素γ和活性氧的產(chǎn)生，使得小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬能力和淋巴細(xì)胞的浸潤(rùn)能力逐漸增強(qiáng)，使神經(jīng)元出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步使得多巴胺能神經(jīng)元凋亡，最終導(dǎo)致PD的發(fā)生[31-32]。

6 微生物-腸-腦軸調(diào)控機(jī)制

微生物-腸-腦軸與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間的關(guān)系密切。許多PD患者出現(xiàn)靜止性震顫等運(yùn)動(dòng)癥狀，比發(fā)生在胃腸道的病癥如便秘等要晚很多年，這顯示胃腸道的病癥與PD發(fā)病存在一些關(guān)聯(lián)[33]。研究發(fā)現(xiàn)[34]，有61.4%的PD患者存在便秘癥狀，且發(fā)病年齡大，病程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，自主神經(jīng)癥狀較嚴(yán)重。另外，研究人員發(fā)現(xiàn)[35]，通過(guò)口服魚藤酮造模的小鼠，表現(xiàn)出腸道轉(zhuǎn)運(yùn)延遲以及運(yùn)動(dòng)功能缺失的癥狀，和PD患者的表現(xiàn)很相似，而在給予一些飲食，例如含有尿苷等的食物時(shí)，小鼠出現(xiàn)的一系列癥狀都能有所緩解，這表明通過(guò)飲食干預(yù)對(duì)胃腸道產(chǎn)生的影響，能對(duì)PD癥狀起到防治的作用。有研究[36]把PD小鼠的胃腸道微生物菌群都去除，然后與另一部分不去除的PD小鼠相比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠運(yùn)動(dòng)功能缺失的癥狀得到了很大改善。BRAAK等[37]曾在尸檢中發(fā)現(xiàn)，PD患者腸神經(jīng)系統(tǒng)中存在路易小體，眾所周知，路易小體是由α-突觸核蛋白形成的，推測(cè)α-突觸核蛋白或許是從腸神經(jīng)系統(tǒng)開始聚集，并在逐漸的聚集過(guò)程中誘發(fā)各種機(jī)制損傷神經(jīng)元。同時(shí)，Qian等[38]研究發(fā)現(xiàn)，在PD患者的糞便中可以檢測(cè)到多種致病菌屬，如厭氧菌、水桿菌屬、梭菌屬等。上述一系列的研究結(jié)果都指向了胃腸道微生物與PD患者臨床表現(xiàn)之間存在著密切相關(guān)性。

7 鐵死亡調(diào)控機(jī)制

鐵死亡(Ferroptosis)主要受細(xì)胞鐵離子的依賴，其過(guò)程主要是脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物和致死活性氧的大量積累，是一種非典型的細(xì)胞死亡方式[39]。鐵死亡在細(xì)胞形態(tài)上的特征主要表現(xiàn)為細(xì)胞膜的完整性損傷、細(xì)胞核正常、線粒體萎縮，在能量上表現(xiàn)為還原型輔酶Ⅱ(NADPH)的水平明顯下降、三磷酸腺苷(ATP)水平無(wú)改變[40-41]。

2012年Stockwell 等[44]首次報(bào)道了鐵死亡(一種新型細(xì)胞死亡方式)是一種鐵離子依賴的非典型的細(xì)胞程序性死亡方式。在正常生理?xiàng)l件下，細(xì)胞內(nèi)金屬離子的濃度被控制在一定范圍之內(nèi)，對(duì)調(diào)節(jié)生物體的正常代謝起到重要的作用。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，鐵不但是眾多酶的輔助因子，參與蛋白質(zhì)的合成、DNA的復(fù)制和膜蛋白的構(gòu)筑等，還參與髓鞘神經(jīng)遞質(zhì)的合成。雖然鐵必不可少，然而在過(guò)度鐵暴露或細(xì)胞對(duì)鐵離子蓄積的調(diào)控功能缺失時(shí)，鐵元素的細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)將不可避免地受到破壞，特別是神經(jīng)細(xì)胞中鐵元素的穩(wěn)態(tài)失調(diào)將會(huì)引起不容忽視的神經(jīng)毒性，會(huì)通過(guò)Fenton反應(yīng)促使過(guò)氧化物降解而產(chǎn)生大量羥自由基，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)?dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡，進(jìn)而造成細(xì)胞損傷。這種以鐵離子為主要元素的金屬內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡可引發(fā)多種疾病包括帕金森等神經(jīng)退行性疾病[42-43]。

近年來(lái)，很多的研究表明鐵死亡相關(guān)機(jī)制與神經(jīng)退行性病變之間可能存在著聯(lián)系。當(dāng)機(jī)體內(nèi)游離的鐵離子開始大量積聚，超過(guò)了人體正常水平，ROS就會(huì)在細(xì)胞內(nèi)迅速生成，在二價(jià)鐵或酯氧合酶的作用下，催化細(xì)胞膜上高表達(dá)的不飽和脂肪酸，發(fā)生脂質(zhì)體過(guò)氧化，從而誘導(dǎo)大腦黑質(zhì)區(qū)的神經(jīng)元細(xì)胞發(fā)生死亡，最終形成神經(jīng)退行性改變[45]。Jiang等[46]研究表明，PD患者腦組織大部分的鐵含量均正常，而在黑質(zhì)部位則明顯比正常人高。尸檢報(bào)告指出，PD病人黑質(zhì)致密部殘存的多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)有鐵沉積[47]。Devos等[48]通過(guò)對(duì)PD患者進(jìn)行驅(qū)鐵藥物治療，可以有效降低其體內(nèi)的鐵離子含量，從而使PD患者早期出現(xiàn)的一些運(yùn)動(dòng)癥狀能夠有所緩解。

8 小結(jié)

綜上所述，PD的病因存在各種科學(xué)假說(shuō)，其具體的發(fā)病機(jī)制并沒(méi)有完全闡釋清晰。PD的發(fā)病機(jī)制和各作用靶點(diǎn)之間的聯(lián)系仍是現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上研究出安全有效的治療藥物更是迫在眉睫。當(dāng)前全球人口老齡化嚴(yán)重的問(wèn)題正在逐漸顯現(xiàn)，PD患者的人數(shù)也在逐漸增多，全面闡述PD發(fā)病機(jī)制，研究有效治療的藥物，探索新的治療途徑和方法是重要的研究方向。