離子通道與帕金森病紋狀體神經(jīng)元興奮性相關(guān)性研究進(jìn)展

馬媛媛，陳志斌，王 埮，周 暢

（1. 南京醫(yī)科大學(xué)，江蘇 南京 211100；2. 海南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，海南 ?？?570102；3. 海南熱帶腦科學(xué)研究與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 海口 570102）

帕金森?。≒arkinson′s disease，PD）是影響全球約600 萬人的第二常見神經(jīng)退行性疾病，其病理特征是黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元丟失，導(dǎo)致紋狀體多巴胺缺失［1］。研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元釋放的多巴胺可持續(xù)增強(qiáng)直接通路紋狀體神經(jīng)元的內(nèi)在興奮性［2］，多巴胺能神經(jīng)元缺失可引起腦內(nèi)多巴胺減少，引起紋狀體投射神經(jīng)元興奮性改變，從而導(dǎo)致直接和間接引起通路平衡紊亂，導(dǎo)致患者出現(xiàn)帕金森病運(yùn)動(dòng)及非運(yùn)動(dòng)癥狀。離子通道在調(diào)節(jié)紋狀體神經(jīng)元興奮性中起著重要作用［3］?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)非選擇性鈉離子通道（sodium leak channel non-selective protein，NALCN）、電壓門控鉀離子通道（voltage-dependent K+channel，Kv7，又稱KCNQ）、電壓門控鈣離子通道（voltage-gated calcium channel，CaV）均參與維持神經(jīng)元靜息膜電位（resting membrane potential，RMP），對(duì)神經(jīng)元興奮性的調(diào)節(jié)起重要作用［4-6］，離子通道的功能改變可能與疾病發(fā)生發(fā)展相關(guān)［7］，但具體的離子通道及其調(diào)控機(jī)制尚不清楚。本文對(duì)NALCN、Kv7、CaV 在調(diào)節(jié)紋狀體神經(jīng)元興奮性中的作用進(jìn)行綜述，分析離子通道與紋狀體神經(jīng)元興奮性的相關(guān)性。研究表明離子通道調(diào)控機(jī)制改變與帕金森病發(fā)病相關(guān)，干預(yù)離子通道能改善帕金森病的癥狀，是治療帕金森病新的思路。

1 帕金森病中紋狀體神經(jīng)元興奮改變

現(xiàn)有的研究表明中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的多巴胺能信號(hào)在調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)行為、動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)和記憶等方面起重要作用［8］，多巴胺能神經(jīng)元的丟失是帕金森病發(fā)病的重要病理改變。多巴胺通過增加直接投射到基底節(jié)輸出層的棘狀投射神經(jīng)元（spinous projection neurons，SPN）的興奮性差異調(diào)節(jié)紋狀體投射神經(jīng)元的興奮性，這種興奮性差異是由于紋狀體神經(jīng)元多巴胺受體在投射神經(jīng)元上的差異表達(dá)所致：（1）直接投射的SPN 表達(dá)多巴胺1 受體（dopamine 1 receptors，D1R），直接投射到黑質(zhì)網(wǎng)狀部；（2）間接投射的SPN 表達(dá)多巴胺2 受體（dopamine 2 receptors，D2R），投射到蒼白球的外部［8］。紋狀體神經(jīng)元興奮性改變?cè)诳刂颇繕?biāo)導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)和習(xí)慣方面起著關(guān)鍵作用，直接通路SPN 可促進(jìn)情景中適當(dāng)?shù)男袨榛顒?dòng)和習(xí)慣，而間接通路SPN 抑制不恰當(dāng)?shù)男袨楹土?xí)慣［9］。研究認(rèn)為帕金森病的癥狀是由于紋狀體直接和間接通路活動(dòng)水平改變所致［10］。在帕金森病中，多巴胺能信號(hào)失去適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和尺度，使紋狀體多巴胺信號(hào)傳遞偏向增加間接通路SPN 的活性［11］。其中，D1 受體激活增加紋狀體投射神經(jīng)元興奮性［2］，D2 受體激活可降低紋狀體投射神經(jīng)元興奮性［12］。激活的D2 受體抑制大腦運(yùn)動(dòng)皮層的活動(dòng)，引起患者出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)僵硬和緩慢［13］。現(xiàn)有的研究表明在帕金森病狀態(tài)下多巴胺能神經(jīng)元減少，導(dǎo)致紋狀體神經(jīng)元去多巴胺化，在低劑量的多巴胺的刺激下紋狀體神經(jīng)元偏向激活D2 受體，導(dǎo)致紋狀體神經(jīng)元興奮性發(fā)生改變，引起大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)的活動(dòng)減少，進(jìn)而引發(fā)帕金森病癥狀，但是導(dǎo)致紋狀體神經(jīng)元興奮性的改變的具體調(diào)控機(jī)制尚未知。若找到引起紋狀體神經(jīng)元興奮性改變的信號(hào)通路，可通過調(diào)控該信號(hào)通路改變帕金森病癥狀來治療帕金森病。

2 離子通道與紋狀體神經(jīng)元興奮性

最新的研究表明紋狀體神經(jīng)元興奮性的改變主要是由于離子通道功能發(fā)生改變，在帕金森病的動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)了離子通道改變［14］。研究發(fā)現(xiàn)離子濃度改變與帕金森病相關(guān)［15］，且離子通道參與靜息膜電位、神經(jīng)元的興奮性調(diào)節(jié)。

2.1 鈉離子通道及其調(diào)控機(jī)制

在神經(jīng)元的靜息電位起主要作用的鈉離子通道NALCN，在大多數(shù)神經(jīng)元靜息狀態(tài)下NALCN主要介導(dǎo)一種基礎(chǔ)鈉漏電流，其電位很小，在培養(yǎng)的小鼠海馬神經(jīng)元電壓為70 mV時(shí)，電流約10～20 pA［16］。NALCN 與UNC80、UNC79 形 成 鈉 離 子 通 道 復(fù) 合體共同發(fā)揮離子通道功能［17］。NALCN 是電壓非依賴性的離子通道，是一種保守的陽離子通道，傳導(dǎo)永久性的鈉漏電流，并進(jìn)行永久性鈉泄漏［18］。研究發(fā)現(xiàn)阻斷脊髓的投射神經(jīng)元的NALCN 可顯著降低靜息膜電位超極化的幅度，抑制NALCN 活性可顯著減弱神經(jīng)元的興奮性［19］。在NALCN 敲除的神經(jīng)元中其靜息膜電位比野生型神經(jīng)元的靜息膜電位高約10 mV，并且對(duì)鈉離子變化不太敏感，而NALCN 的過度表達(dá)導(dǎo)致RMP 產(chǎn)生20 mV 去極化，揭示NALCN 是決定細(xì)胞外鈉離子對(duì)神經(jīng)元興奮性的主要因素［20］，亦表明NALCN 可促進(jìn)鈉離子在細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，是維持興奮性細(xì)胞靜息膜電位、調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性的重要因素［21］。

人類NALCN 基因缺陷導(dǎo)致NALCN 相關(guān)腦病。雜合子表現(xiàn)為四肢和面部先天性攣縮、肌肉張力減退和全身發(fā)育遲緩［22］，雙等位基因NALCN 變異導(dǎo)致嬰兒張力減退、精神運(yùn)動(dòng)遲緩［23］。NALCN基因突變導(dǎo)致嚴(yán)重的嬰兒非癲癇性腦病，引起運(yùn)動(dòng)功能障礙［24］。研究表明多巴胺與D2 受體結(jié)合通過Gi/o 蛋白偶聯(lián)通路抑制NALCN 介導(dǎo)的鈉漏電流，降低多巴胺能神經(jīng)元的放電頻率，減弱神經(jīng)元的興奮性［25］。NALCN 介導(dǎo)的鈉漏電流可驅(qū)動(dòng)多巴胺能神經(jīng)元的起搏，在NALCN 基因敲除的小鼠中多巴胺能神經(jīng)元不存在自主產(chǎn)生的自發(fā)放電［26］。以上研究表明NALCN 功能障礙可抑制多巴胺能神經(jīng)元的放電，導(dǎo)致多巴胺釋放減少。我們推測當(dāng)中腦的多巴胺釋放減少時(shí)，在紋狀體投射神經(jīng)元神經(jīng)元內(nèi)低劑量的多巴胺易與D2 受體結(jié)合，而激活的D2 受體可抑制NALCN 功能導(dǎo)致紋狀體神經(jīng)元的興奮性下降，進(jìn)而抑制皮層的運(yùn)動(dòng)功能，導(dǎo)致患者出現(xiàn)帕金森病癥狀。干預(yù)NALCN 可能改善帕金森病的運(yùn)動(dòng)癥狀，可成為未來治療帕金森病新的思路。

2.2 鉀離子通道及其調(diào)控機(jī)制

在腦內(nèi)廣泛表達(dá)的鉀離子通道Kv7 是由四個(gè)Kv7 亞基的不同組合組成的電壓依賴性鉀通道，其對(duì)神經(jīng)元興奮性調(diào)節(jié)依賴于Kv7 通道復(fù)合體。通道復(fù)合體包括：PIP2 是一種陰離子磷脂，可改變通道功能。PIP2 與Kv7 的交互作用對(duì)于通道功能是必需的［27］。C 末端的鈣調(diào)素結(jié)合位點(diǎn)重疊，鈣調(diào)素在Kv7 通道向質(zhì)膜的傳輸中起作用，充當(dāng)Ca2+傳感器，并促進(jìn)Kv7 通道與PIP2 的相互作用，鈣調(diào)素結(jié)合位點(diǎn)是電流抑制的關(guān)鍵靶點(diǎn)［28］；N 末端的蛋白激酶A 磷 酸 化 的 共 同 位 點(diǎn)，可 增 加Kv7 電 流［29，30］。Kv7 通道是一種外向鉀電流，缺乏失活性，是電壓門控非失活鉀電流（又稱M 電流）的基礎(chǔ)［31］，并在靜息膜電位附近被激活。研究發(fā)現(xiàn)Kv7 參與調(diào)節(jié)靜息膜電位，參與動(dòng)作電位復(fù)極和抑制膜去極化，通道開放時(shí)可超極化神經(jīng)元，減少神經(jīng)元的放電，防止神經(jīng)元過度興奮，可調(diào)節(jié)神經(jīng)元過度興奮引起的癥狀［32，33］。

最新研究發(fā)現(xiàn)中腦的多巴胺能神經(jīng)元釋放多巴胺通過Kv7 調(diào)節(jié)紋狀體神經(jīng)元的興奮性，主要是通過多巴胺與D2 受體結(jié)合通過Gi/o 蛋白和氧化還原依賴性細(xì)胞途徑增強(qiáng)M 電流，D2 受體激活可介導(dǎo)的自身抑制，減少神經(jīng)元的放電和遞質(zhì)釋放［34］。Kv7 通道開放劑瑞替加濱（retigabine）對(duì)Kv7 通道功能的刺激導(dǎo)致進(jìn)紋狀體興奮性顯著降低，在帕金森病狀態(tài)下參與調(diào)節(jié)紋狀體神經(jīng)元的興奮性［35］。Kv7是紋狀體神經(jīng)元興奮性調(diào)節(jié)的重要靶點(diǎn)，是一個(gè)很有前途的新的藥物靶點(diǎn)的鉀通道［36］。以上的研究表明Kv7 參與調(diào)節(jié)紋狀體神經(jīng)元的興奮性，其通道可作為新的藥物靶點(diǎn)來治療紋狀體神經(jīng)元興奮性異常引起的疾病，如帕金森病和藥物成癮。

2.3 鈣離子通道及其調(diào)控機(jī)制

電壓門控鈣離子通道是α、β、γ、δ 亞單位組成的復(fù)合體，是膜電位變化到細(xì)胞內(nèi)鈣離子瞬變的關(guān)鍵傳感器，具有快速控制電壓依賴性鈣離子進(jìn)入的功能［6］。鈣離子通道的亞單位與ankyrin B 蛋白結(jié)合，當(dāng)ankyrin B 蛋白缺失或者功能障礙時(shí)可顯著降低表達(dá)系統(tǒng)中的T 型全細(xì)胞電流密度［37］。T 型電壓門控鈣通道又稱CaV3，具有特異性的低閾值激活和慢失活特性，是許多神經(jīng)元起搏的基礎(chǔ)，在控制神經(jīng)元興奮性方面起著重要作用，其功能障礙與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)［38-40］。在大鼠的神經(jīng)元中存在超極化誘導(dǎo)的反彈爆發(fā)放電，抑制CaV3 通道功能可使神經(jīng)元的反跳爆發(fā)被顯著抑制［41］，提示神經(jīng)元的超極化誘導(dǎo)的反彈爆發(fā)放電與CaV3 相關(guān)。

在帕金森病患者中CaV 對(duì)多巴胺的門控作用在紋狀體神經(jīng)元中存在差異，當(dāng)紋狀體神經(jīng)元的胞外Ca2+減少，導(dǎo)致靜息膜電位去極化和動(dòng)作電位持續(xù)放電，引起神經(jīng)元興奮性的增加［42］，通過特異性阻斷CaV3 使細(xì)胞膜過度極化，并消除爆裂和不規(guī)則放電，并減輕神經(jīng)元過度興奮［43，44］。研究發(fā)現(xiàn)多巴胺可通過CaV3 調(diào)節(jié)多巴胺能神經(jīng)元功能［45］，主要是通過特異性抑制Gβ2亞單位途徑抑制T 型鈣電流，可減少小鼠紋狀體多巴胺的釋放［46］?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)CaV3 通道的功能異常與多種神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)和精神疾病有關(guān)［47］，鈣通道阻滯劑可誘導(dǎo)藥物相關(guān)的帕金森病綜合征［48］。明確CaV3 功能及其調(diào)控機(jī)制，有利于新型通道調(diào)節(jié)劑的開發(fā)和新的藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)［49］，為未來治療疾病提供了可能。

3 總結(jié)與展望

研究發(fā)現(xiàn)在帕金森病狀態(tài)下多巴胺與紋狀體投射神經(jīng)元受體結(jié)合存在偏向性，易與表達(dá)D2 受體的間接通路的投射神經(jīng)元結(jié)合，導(dǎo)致紋狀體投射神經(jīng)元興奮性異常。紋狀體投射神經(jīng)元的興奮性主要是通過離子通道調(diào)節(jié)的，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)NALCN、Kv7、CaV3 均參與調(diào)節(jié)紋狀體神經(jīng)元興奮性。在帕金森病時(shí)，NALCN、Kv7、CaV3 離子通道功能均發(fā)生改變。當(dāng)中腦的D2 受體激活導(dǎo)致NALCN 離子通道被抑制，減低神經(jīng)元的興奮性。D2 受體激活后亦可導(dǎo)致Kv7 離子通道開放，導(dǎo)致紋狀體興奮性顯著降低，介導(dǎo)D2 受體的自身抑制，減少神經(jīng)元的放電和遞質(zhì)釋放。多巴胺可阻斷CaV3 離子通道，使細(xì)胞超極化導(dǎo)致紋狀體神經(jīng)元興奮性下降。可從離子通路與神經(jīng)元興奮性調(diào)節(jié)角度分析離子通道在帕金森病中的作用及其可能存在的治療靶點(diǎn)。文獻(xiàn)綜述提示紋狀體神經(jīng)元興奮性與離子通道的調(diào)節(jié)相關(guān)，但離子通道調(diào)控機(jī)制在帕金森病發(fā)病中尚不清楚，因此，進(jìn)一步研究帕金森病中離子通道與紋狀體神經(jīng)元興奮性的相關(guān)性，有助于深入了解帕金森病的發(fā)病機(jī)制，為未來治療帕金森病提供新的治療的靶點(diǎn)。

作者貢獻(xiàn)度說明：

馬媛媛：文章提綱設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)檢索、撰寫；陳志斌：文章提綱設(shè)計(jì)、論文修改、審閱；王埮：文章提綱設(shè)計(jì)、論文修改、審閱；周暢：文獻(xiàn)檢索、撰寫。