帕金森病患者神經(jīng)遞質(zhì)網(wǎng)絡(luò)與乙酰膽堿代謝的關(guān)系

王 丹 綜述，梁鐵生 審校

1.中國地質(zhì)大學(xué)醫(yī)院內(nèi)科，湖北武漢430074；2.湖北省武漢市東湖醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，湖北武漢430074

帕金森病(PD)是一種發(fā)生于中老年期的，緩慢進展的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。我國>65歲人群患病率約占1.70%[1]，>80歲人群的患病率約為2.65%[2]。PD的典型特征是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性壞死，當(dāng)多巴胺減少達70%以上時，則出現(xiàn)靜止性震顫、肌肉僵直等一系列癥狀，但僅多巴胺的缺失不能完全解釋其臨床異質(zhì)性。有研究者發(fā)現(xiàn)某些非多巴胺能神經(jīng)遞質(zhì)參與PD的發(fā)病,可能引起患者發(fā)生諸如癡呆、抑郁癥、行為和睡眠障礙、自主神經(jīng)調(diào)節(jié)障礙等臨床問題[3]。

腦內(nèi)許多神經(jīng)元能釋放多種神經(jīng)遞質(zhì),這些神經(jīng)遞質(zhì)可能有類似的突觸后效應(yīng)，也可能有不同或增強效應(yīng)[4]。有研究者發(fā)現(xiàn)，中腦被蓋區(qū)及黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)末梢的激動能激發(fā)伏隔核谷氨酸介導(dǎo)的興奮性電沖動[5]。在海馬、紋狀體等部位存在自主膽堿能神經(jīng)元，包含1%～2%的膽堿能中間神經(jīng)元[6]。有研究顯示，PD膽堿能神經(jīng)元喪失的程度比阿爾茨海默病還要高，膽堿能纖維來源之一的基底前腦膽堿能神經(jīng)元在非癡呆PD患者中喪失的程度達30%，而在疾病進展到癡呆(PDD)時神經(jīng)元喪失的程度達54%～70%[7]。本文對體內(nèi)乙酰膽堿(ACh)及其他神經(jīng)遞質(zhì)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)與PD的關(guān)系綜述如下。

1 ACh的合成、儲存及釋放失活

1.1合成底物 ACh的生物合成主要由來自全身血液循環(huán)的膽堿與乙酰輔酶A在特殊的酶膽堿乙?；D(zhuǎn)移酶的參與下相互作用而完成。膽堿大部分來自循環(huán)，通過特殊的轉(zhuǎn)運體進入膽堿能神經(jīng)元。膽堿轉(zhuǎn)運是ACh生成的限速步驟，轉(zhuǎn)運機制包括：(1)鈉依賴的突觸體高親和轉(zhuǎn)運機制；(2)不依賴鈉的細胞膜低親和轉(zhuǎn)運機制；(3)特殊的膽堿攝取機制，如血腦屏障的膽堿轉(zhuǎn)運。磷脂酶D催化磷脂酰膽堿水解產(chǎn)生膽堿，能被膽堿能神經(jīng)元特異性攝取作為合成ACh的前體物質(zhì)。當(dāng)外源性膽堿水平過低或神經(jīng)興奮需要膽堿合成及釋放增加時，此通路變得更加有意義。在體內(nèi)，某些神經(jīng)遞質(zhì)的受體可與蛋白激酶C耦聯(lián)，活化磷脂酶D，從而影響膽堿能神經(jīng)元內(nèi)ACh的合成。

1.2合成調(diào)控 高親和膽堿攝入在ACh合成的調(diào)節(jié)過程中起至關(guān)重要的作用。高親和膽堿轉(zhuǎn)運體專一表達于膽堿能神經(jīng)元，且高效運至軸突末端。最近有人成功克隆了高親和膽堿轉(zhuǎn)運體。高親和膽堿轉(zhuǎn)運體可隨著神經(jīng)元的興奮性變化發(fā)生準確調(diào)節(jié)，所以它可作為神經(jīng)元活動狀態(tài)及膽堿神經(jīng)元的標(biāo)志物，它被密膽堿3選擇性抑制。膽堿、乙酰輔酶A的供應(yīng)和終產(chǎn)物ACh水平均會影響ACh合成的速度。ACh水平均較低時，其合成加快。相反，底物膽堿和乙酰輔酶A水平降低或ACh水平升高時，合成減慢。當(dāng)神經(jīng)沖動到達神經(jīng)末梢時，引發(fā)鈣離子內(nèi)流，胞內(nèi)丙酮酸脫氫酶系活性增加，使乙酰輔酶A合成增加，促進ACh的合成。

1.3儲存釋放及水解失活 ACh在胞漿中合成后依靠囊泡乙酰膽堿轉(zhuǎn)運體(VAChT)攝入囊泡儲存，尚有部分存在于胞漿中。VAChT是小囊泡單胺類轉(zhuǎn)運體(VMAT)1和VMAT2的基因家族成員。2003年布哈爾德·舒茨應(yīng)用一個轉(zhuǎn)基因鼠模型發(fā)現(xiàn)了韁內(nèi)側(cè)核的2個膽堿囊泡轉(zhuǎn)運體基因片段，其中一個轉(zhuǎn)基因片段命名為hV11.2，有11.2千堿基(kb)，是從膽堿囊泡轉(zhuǎn)運體基因上游5.0 kb到其起始段的第1個外顯子。第2個轉(zhuǎn)基因片段命名為hV6.7，是比hV11.2少4.5 kb的基因片段，活體狀態(tài)下缺乏膽堿囊泡轉(zhuǎn)運體表達的能力。聯(lián)合基因方法與體外生物化學(xué)法研究優(yōu)雅線蟲發(fā)現(xiàn)，VAChT的內(nèi)在參數(shù)與體內(nèi)ACh的儲存和釋放有直接關(guān)系。神經(jīng)沖動到達時，鈣離子內(nèi)流，囊泡前移，呈量子式釋放ACh。胞漿中ACh也可通過膜閘門直接排出。釋放到突觸間隙的ACh主要通過乙酰膽堿酯酶催化水解，生成膽堿和乙酸，以完成神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。膽堿可被重攝取，重新合成新的ACh。ACh的重攝取極少，極少量的ACh可從突觸間隙擴散，進入血液。

2 ACh的受體

藥理學(xué)根據(jù)特異性配基的不同將膽堿受體分為毒覃堿受體和煙堿受體。

2.1毒覃堿受體 毒覃堿受體是位于細胞膜的一種蛋白受體，屬于G蛋白耦聯(lián)受體家族，分為M1～M5共5種亞型。M受體被激活后通過與其耦聯(lián)的G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)后續(xù)信號，引起細胞內(nèi)多種生理生化作用[8]。非選擇煙堿受體興奮劑可導(dǎo)致野生型大鼠紋狀體腦片鉀依賴的多巴胺呈劑量依賴型釋放增加。缺乏M1和M2受體對這種反應(yīng)沒有影響，M4受體基因敲除大鼠的多巴胺釋放被阻滯，M3受體基因敲除大鼠的多巴胺釋放明顯增加，M5受體基因敲除大鼠的多巴胺釋放明顯降低。應(yīng)用γ-氨基丁酸(GABA)受體阻滯劑荷包牡丹堿發(fā)現(xiàn)M3和M4受體是通過改變紋狀體GABA釋放來影響多巴胺釋放的。

2.2煙堿受體 煙堿受體屬于配體門控離子通道受體，一般分為骨骼肌終板膜上的N2受體和神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元突觸后膜上的N1受體，中樞煙堿受體分為α銀環(huán)蛇毒敏感受體和α銀環(huán)蛇毒不敏感受體。煙堿受體是人類最早發(fā)現(xiàn)的一類受體，介導(dǎo)眾多生理功能，包括學(xué)習(xí)、記憶和運動控制等，它的激活能促進多巴胺、去甲腎上腺素、五羥色胺(5-HT)等多種神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[9]。煙堿受體在海馬及皮質(zhì)中表達，與認知、注意和學(xué)習(xí)記憶功能密切相關(guān)[10]。

2.3ACh與其他介質(zhì)的相互作用

2.3.1ACh與多巴胺 紋狀體中ACh能神經(jīng)元和多巴胺能神經(jīng)元有相互拮抗作用，PD患者可能有膽堿系統(tǒng)的亢進。ACh和多巴胺都在黑質(zhì)細胞樹突中合成及釋放，多巴胺本身對紋狀體突觸后結(jié)構(gòu)有抑制效能，PD患者突觸處多巴胺減少或消失，則這種抑制作用被消除，以致紋狀體中ACh能神經(jīng)元的功能會過度活化。多巴胺與不同的多巴胺受體亞型結(jié)合調(diào)節(jié)了紋狀體的膽堿能中間神經(jīng)元ACh的釋放。有研究發(fā)現(xiàn)，活體狀態(tài)控制多巴胺的合成及存儲對自發(fā)性膽堿酯酶釋放有很大影響，黑質(zhì)區(qū)神經(jīng)元細胞外多巴胺的水平觸發(fā)了膽堿酯酶釋放，而ACh與相應(yīng)受體結(jié)合，也能調(diào)節(jié)突觸后細胞的興奮性和突觸前神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[11]。呂勇[12]研究發(fā)現(xiàn)，PD患者血漿ACh水平明顯低于健康人，而姿勢步態(tài)異常型PD患者的ACh水平明顯升高，認為ACh水平是姿勢步態(tài)異常型PD的危險因素。

2.3.2ACh與氨基酸類遞質(zhì) PD發(fā)病機制復(fù)雜，除累及多巴胺神經(jīng)系統(tǒng)外，谷氨酸和GABA也參與其病理機制。袁永勝等[13]發(fā)現(xiàn)，早期PD患者外周血漿氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)中谷氨酸、天冬氨酸及GABA水平下降，推測可能與基底節(jié)環(huán)路直接通路的過度抑制及間接通路的過度激活相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)興奮性氨基酸主要是谷氨酸，能提升紋狀體多巴胺末梢的釋放，此作用依賴末梢表達N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDA)和α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異噁唑丙酸受體(AMPA)[14]。

谷氨酸通過離子型受體NMDA和AMPA對多巴胺神經(jīng)元產(chǎn)生影響。機制與鈣內(nèi)流、一氧化氮(NO)合成增加及線粒體功能障礙等有關(guān)。應(yīng)用NMDA受體拮抗劑和谷氨酸釋放抑制劑是目前PD治療的研究熱點之一。某些膽堿能神經(jīng)元亞群表達一種谷氨酸囊泡轉(zhuǎn)運體，它負責(zé)調(diào)節(jié)紋狀體膽堿能中間神經(jīng)元谷氨酸的釋放。黑質(zhì)膽堿酯酶的釋放可認為是下丘腦谷氨酸傳入活化的結(jié)果。NMDA是體外最有效的促進紋狀體腦片ACh釋放的因子，NMDA能增加細胞外膽堿酯酶水平，將NMDA注入動物黑質(zhì)可致其膽堿酯酶釋放增加，AMPA作用不明顯。

GABA是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，在黑質(zhì)中水平最高，它能抑制谷氨酸的脫羧反應(yīng)，降低血氨，參與腦內(nèi)多種代謝，可起鎮(zhèn)靜、抗焦慮作用。GABA受體對前饋抑制中棘投射神經(jīng)元(MSNs)膽堿能活性和紋狀體輸出具有一定影響。ACh和GABA似乎在功能上相互拮抗，它們可能針對不同的突觸后細胞群，當(dāng)它們同時釋放到突觸間隙時，GABA可對ACh的激活起限制作用。PD患者腦脊液中GABA水平低于正常。乙酰膽堿受體能激活紋狀體中間神經(jīng)元，并通過MSNs GABA介導(dǎo)的電活動。ADAM等[15]也指出膽堿能神經(jīng)元同時也分泌GABA，并表示GABA對膽堿能神經(jīng)元的影響不容忽視。

5-HT與情緒、行為及精神活動相關(guān)，PD患者尤其是伴有情感障礙的患者紋狀體5-HT水平降低。豚鼠黑質(zhì)內(nèi)注入外源性5-HT能加強膽堿酯酶的釋放，故5-HT可能也參與了ACh的調(diào)控。去甲腎上腺素在PD患者紋狀體區(qū)水平呈輕到中度降低，并與癡呆癥有一定關(guān)系，補充多巴胺后，這些遞質(zhì)可適度回升。

總之，PD患者血漿氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)的變化可能影響其中樞多巴胺及ACh水平。

3 ACh與一氧化氮(NO)及過氧化亞硝酸鹽

NO是ACh釋放的興奮劑，過氧亞硝基陰離子(ONOO-)則是ACh合成及膽堿轉(zhuǎn)乙酰酶活性的拮抗劑。電鰩電器官膜處神經(jīng)末梢及細胞內(nèi)存在1型一氧化氮合酶，并顯示NO有促進ACh釋放而抑制ONOO-合成的作用。應(yīng)用超氧化物歧化酶可以降低過氧亞硝酸鹽水平，但對刺激誘發(fā)的ACh釋放無影響，應(yīng)用外源性NO阻滯劑后，氯化鉀和鈣拮抗劑誘導(dǎo)的ACh釋放被阻滯，提示NO本身就是主要的作用因子。

PD患者體內(nèi)兒茶酚胺合成的首要限速酶、酪氨酸羥化酶被選擇性硝基化，并從PD患者及試驗動物腦中檢測到ONOO-所致的酪氨酸亞硝酸殘基，提示其病理機制可能與ONOO-超負荷有關(guān)。

4 蛋白激酶與多巴胺神經(jīng)元

有研究表明,PD的發(fā)生與多巴胺能神經(jīng)元抗氧化能力失調(diào)及氧化應(yīng)激有重要聯(lián)系[16]，其機制可能與蛋白激酶和蛋白酶等分子信號通路引發(fā)神經(jīng)細胞凋亡及神經(jīng)退行性變有關(guān)[17]。既往研究認為,活化的蛋白激酶能通過級聯(lián)反應(yīng)激活下游效應(yīng)分子，最后水解一系列底物，造成DNA降解，引起細胞凋亡。

蛋白激酶D(PKD)屬于鈣/鈣依賴的蛋白激酶家族，包括3個同源結(jié)構(gòu)和功能的亞型,即PKD1、PKD2、PKD3。PKD激活與細胞增殖、細胞骨架重組、高爾基體的功能、免疫功能和細胞存活率息息相關(guān)。PKD1激活是機體對多重刺激的反應(yīng)，PKD1在多巴胺神經(jīng)元氧化應(yīng)激的早期階段有保護細胞生存的作用,因此,積極調(diào)節(jié)PKD1介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可以提供一種新的神經(jīng)保護策略，但是持續(xù)的氧化損傷阻止PDK1的激活，導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元退變及凋亡[18]。蛋白激酶C(PKC),如PKC(δ、ε、ηθ)可以調(diào)節(jié)PKD1激活。

5 蛋白激酶與多巴胺受體

細胞外多巴胺水平及多巴胺神經(jīng)信號通路受多巴胺轉(zhuǎn)運體及D2受體的雙重調(diào)節(jié)。PKC是一種磷脂依賴的蛋白激酶,在細胞的代謝、生長、增殖、分化等方面扮演重要角色。有研究證明，PKC 能通過磷酸化調(diào)節(jié) DAT 及 D2受體,PKC 改變D2R表面分布及活性，PKC 和抑制性突觸前D2受體增加大鼠紋狀體切片多巴胺釋放。PKCβ基因敲除大鼠或應(yīng)用PKCβ阻滯劑，可減少PKCβ活性，進而增加D2受體功能[19]。PKCδ激活與其Caspase3酶切作用共同參與了PD的多巴胺能神經(jīng)元丟失[20],該研究指出，PKCδ酶切及核轉(zhuǎn)位與PD的發(fā)生密切相關(guān)神經(jīng)元釋放的多巴胺與多巴胺受體結(jié)合后，通過抑制磷脂酶C，下調(diào)PKC活性，多巴胺受體負反饋調(diào)節(jié)機制可能至少有兩種以上的機制，一種與PKC活化有關(guān)，另一種可能與PKC以外的外源性激動劑相關(guān)。

6 蛋白激酶與ACh

分析人類膽堿轉(zhuǎn)乙?；傅脑夹蛄邪l(fā)現(xiàn)其具有多種蛋白激酶共有的假定磷酸化序列。膽堿轉(zhuǎn)乙?；副籔KC及鈣調(diào)素激酶2分別磷酸化440-絲氨酸和456-蘇氨酸，這些磷酸化調(diào)節(jié)了酶活性，以及質(zhì)膜的結(jié)合及與其他細胞蛋白的交互作用。蛋白激酶抑制劑崗田酸處理的神經(jīng)末梢上膜結(jié)合型及水溶性膽堿轉(zhuǎn)乙?；高x擇性增加，高親和性膽堿轉(zhuǎn)運體減少。崗田酸抑制蛋白激酶1和2A增加基礎(chǔ)膽堿的轉(zhuǎn)運，加強對雙丁酰環(huán)磷2個方面調(diào)節(jié)膽堿轉(zhuǎn)運：早期提升最大速度，不改變密膽堿3結(jié)合位點，后期與密膽堿3結(jié)合增加有關(guān)。蛋白激酶A參與了高親和膽堿轉(zhuǎn)運體及ACh合成。在不同細胞系，M型膽堿受體亞型M1、M3還能有效活化磷脂酶D和PKC，參與ACh調(diào)節(jié)。

7 膽堿受體及VAChT

PD患者紋狀體和大腦皮質(zhì)中大量煙堿型膽堿能受體減少， 有研究證實，α7 型神經(jīng)元煙堿型乙酰膽堿受體可抵抗6-羥基多巴胺誘導(dǎo)及1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶導(dǎo)致的黑質(zhì)紋狀體損傷，機制可能與神經(jīng)傳遞、神經(jīng)調(diào)節(jié)、突觸可塑性和神經(jīng)保護等方面相關(guān)[21]。王丹等[22]發(fā)現(xiàn)，PD患者紋狀體中膽堿酯酶活性明顯降低，但ACh合成酶活性完全正常，AChM受體數(shù)量也與正常組無差異。多巴胺神經(jīng)末梢膽堿受體的存在能加強基礎(chǔ)多巴胺的釋放[23]，基于此發(fā)現(xiàn)，研制nAChR配體選擇性作用于紋狀體多巴胺神經(jīng)末梢，有可能成為治療PD的一種新途徑。

綜上所述，PD病理機制復(fù)雜，除了傳統(tǒng)多巴胺神經(jīng)系統(tǒng)外，患者腦內(nèi)ACh及其他神經(jīng)遞質(zhì)的代謝及調(diào)節(jié)值得進一步研究和關(guān)注，以期發(fā)現(xiàn)治療PD的新途徑。