帕金森病中嗅覺障礙機制的研究進展

王嘉玲 徐巖 曹學(xué)兵

嗅覺障礙(OD)是常見的非運動癥狀，約90%帕金森病(PD)患者均存在OD[1]。根據(jù)Braak假說，嗅球是最早受累的部位之一，在早期即可出現(xiàn)α突觸核蛋白(α-syn)相關(guān)病理變化[2]。繼而有人提出了“嗅覺載體假說”，表明一些與疾病流行病學(xué)相關(guān)的外源性物質(zhì)可通過嗅球和嗅覺通路進入腦內(nèi)，直接引起或催化PD等神經(jīng)退行性疾病[3]。一項隨訪9.8年的研究納入2 500例患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)短暫氣味鑒別試驗(BIST)低評分與PD高風(fēng)險呈相關(guān)性，可提前4～5年預(yù)測PD[4]，提示嚴重的OD或可增加PD發(fā)病風(fēng)險。按照國際帕金森病和運動障礙協(xié)會最新診斷標準，OD已被列入臨床PD診斷的非運動癥狀支持標準。隨著OD在PD診斷、臨床前期癥狀預(yù)測及輔助鑒別診斷中的作用日益受到重視，探究OD發(fā)病機制在PD中的作用也逐漸獲得重視并成為新的研究方向。

一、OD對于PD診斷的作用

1.臨床早期診斷及預(yù)測：OD與患者疾病持續(xù)時間、嚴重程度(如運動障礙評分UPDRS-Ⅲ增高)之間密切相關(guān)，提示OD可能是預(yù)測PD進展的潛在標志物[5]。除運動癥狀，嚴重嗅覺障礙患者往往還伴隨嚴重的非運動癥狀。賓夕法尼亞大學(xué)氣味識別能力測試(UPSIT)結(jié)果顯示嗅覺評分與患者認知評分相關(guān)，較低的UPSIT得分預(yù)示著存在更低的認知評分和更高的精神癥狀發(fā)生率。OD嚴重的PD患者往往伴隨著嚴重的淡漠癥狀[6]，但抑郁焦慮與OD間的關(guān)系尚未在PD臨床研究中獲得支持證據(jù)。評估白天嗜睡情況的帕金森病致殘量表(SCOPA)睡眠評分與UPSIT評分間存在顯著負相關(guān)[7]?？煅蹌铀哒系K患者的嗅覺障礙癥狀顯著，OD可能是預(yù)測快眼動睡眠障礙的一種敏感且穩(wěn)定的生物標志物，有助于識別早期轉(zhuǎn)化為PD的高風(fēng)險特發(fā)性快眼動睡眠障礙患者[8]。一項多中心觀察性隊列研究結(jié)果顯示，OD的嚴重程度與便秘的嚴重程度密切相關(guān)，低UPSIT評分與綜合便秘評分間存在顯著負相關(guān)[9]。

OD是PD癡呆發(fā)生的危險因素。長達十年的隨訪研究表明OD可大幅增加PD患者癡呆的患病風(fēng)險，且與PD認知能力下降存在顯著相關(guān)性，提示OD可作為認知能力下降的預(yù)測因子[10]。UPSIT評分可作為早期預(yù)測認知功能障礙的依據(jù)，結(jié)合β樣淀粉蛋白1-42(Aβ1-42)水平，能更準確預(yù)測認知障礙的發(fā)生及鑒別PD癡呆。

2.鑒別診斷：根據(jù)有無OD及其癥狀差異，OD可作為PD與其他退行性疾病的鑒別診斷依據(jù)。PD與多系統(tǒng)萎縮均可引起OD，前者癥狀更嚴重，后者僅出現(xiàn)輕度或中度嗅覺減退，故可先利用UPSIT評分進行初篩[11]。由于根據(jù)UPSIT評分僅能確診約50%患者，故不建議單獨利用OD作為鑒別依據(jù)。PD與進行性核上性麻痹比較，UPSIT評分鑒別這兩種疾病的最佳敏感度及特異度分別為75%和65.1%[12]。比較PD和血管性PD患者的嗅覺功能可發(fā)現(xiàn)，PD患者的嗅覺評分較血管性PD患者更低[13]。與特發(fā)性PD患者相比，LRRK2 G2019S PD患者可表現(xiàn)出更好的UPSIT評分[14]。攜帶α-syn基因A53T突變的PD患者可表現(xiàn)為嗅覺減退，而在α-syn E46K突變的PD患者中未觀察到OD[15]；其他常染色體隱性遺傳如PINK1基因突變、GBA基因突變的患者并不常見到嗅覺功能障礙[16]。藥源性PD的OD發(fā)生率遠遠低于原發(fā)性PD。

二、OD的發(fā)病機制及與PD的關(guān)系

目前尚不清楚PD中OD的發(fā)生機制，影響因素主要涉及相關(guān)遞質(zhì)、炎癥、解剖、環(huán)境等方面，可能為多因素共同作用導(dǎo)致。

1.解剖通路：嗅覺器官在結(jié)構(gòu)上與腦組織存在密切連接，同時直接與外部環(huán)境相通。從鼻腔到腦內(nèi)存在兩條主要的解剖途徑：一是從鼻腔上皮的嗅覺受體細胞發(fā)出軸突并束化形成嗅神經(jīng)，直接通過篩板孔隙到達嗅球內(nèi)的嗅小球，形成嗅束后傳入前嗅核、梨狀皮質(zhì)、杏仁核等初級中樞，最終到達島葉前腹側(cè)部分、眶額回皮質(zhì)等高級中樞。這一途徑不經(jīng)過血腦屏障；二是腦脊液和細胞外液循環(huán)可雙向連接到鼻咽黏膜的淋巴引流通道，尤其是后副鼻竇，外源性物質(zhì)可通過淋巴管引流進入腦內(nèi)循壞引起病理變化。向動物的嗅球中注射α-syn預(yù)制原纖維全長后1個月嗅球各部位出現(xiàn)明顯的α-syn病理學(xué)改變，進而擴散到皮層、黑質(zhì)、丘腦、藍斑、海馬、杏仁核等腦區(qū)[17]，同時伴隨氣味識別和運動功能下降，表明通過嗅球可構(gòu)建相關(guān)的PD前驅(qū)期模型。

連接組學(xué)方法揭示了嗅覺系統(tǒng)中許多中樞(前嗅核、嗅覺內(nèi)嗅皮層和皮質(zhì)杏仁核)是與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能障礙的主要中樞(內(nèi)嗅—海馬—皮質(zhì)和杏仁核—背側(cè)運動迷走神經(jīng)核)相互聯(lián)系的關(guān)鍵樞紐[18]。通過腺相關(guān)病毒誘導(dǎo)嗅球中A53T和A30P雙突變α-syn過表達后除了損害氣味檢測和感知能力，聚集的α-syn還可通過降低顆粒細胞放電活動和損害抑制性突觸功能引起單個僧帽細胞和簇狀細胞過度活躍，如自發(fā)放電活動和氣味誘發(fā)放電頻率增加，氣味誘發(fā)的高γ振蕩波幅增加[19]。這一電生理活動改變也可影響到其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能異常。嗅覺α-syn病理學(xué)的發(fā)展程度與嗅球大小有一定相關(guān)性，主要表現(xiàn)為腹側(cè)嗅小球丟失[20]。此外，接收主要嗅球投射的杏仁核皮質(zhì)核，顯示出比杏仁核中的其他核團更多的α-syn病理改變和神經(jīng)元丟失[21]。以上結(jié)果提示嗅覺途徑可能是一種病理載體，且嗅球的α-syn病理改變可影響到其他腦區(qū)。

除了α-syn病理外，還在PD患者的前嗅核中發(fā)現(xiàn)了tau病理。有趣的是，患有皮質(zhì)基底節(jié)變性(CBD)和進行性核上性麻痹(PSP)的PD患者很少或沒有嗅覺喪失，在前嗅核中沒有表現(xiàn)出tau病理[22]，這表明tau病理可能是另一種導(dǎo)致OD發(fā)病的原因，或是tau與α-syn共同導(dǎo)致OD。

2.中樞神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽水平改變：嗅覺通路中存在多巴胺能傳遞，而其中進行傳遞的多巴胺主要調(diào)控嗅球中神經(jīng)回路調(diào)節(jié)氣味辨別和檢測的功能。多巴胺能在PD患者腦內(nèi)黑質(zhì)區(qū)域顯著減少，但病理狀態(tài)下PD患者或PD動物模型中的嗅球球旁細胞沒有減少反而出現(xiàn)數(shù)量增加，酪氨酸氫化酶的表達也同時增加[23]。這一多巴胺能神經(jīng)元的增加，可能為基底節(jié)黑質(zhì)區(qū)域多巴胺能神經(jīng)元丟失的相關(guān)補償機制，因為多巴胺能神經(jīng)元通過D2受體抑制并通過D1受體刺激嗅覺知覺，與之對應(yīng)的嗅球多巴胺能增加可能為出現(xiàn)嗅覺障礙的原因。近來的研究通過從新型冠狀病毒肺炎和PD與OD間的關(guān)系提出了新的病理發(fā)生機制，即嗅球和嗅上皮的神經(jīng)干細胞補充再生為多巴胺能失敗可能為OD的發(fā)病機制[24]。因此，對多巴胺水平在嗅覺障礙發(fā)展中的變化仍需進一步研究探索。

1-[11C]甲基哌啶-4-基丙酸酯正電子發(fā)射型計算機斷層顯像(PMP-PET)示蹤表明UPSIT評分與海馬、杏仁核和皮質(zhì)的乙酰膽堿酯酶信號呈正相關(guān)[25]，且產(chǎn)生乙酰膽堿的基底核在PD中受損嚴重。此外，乙酰膽堿缺乏的重癥肌無力患者中存在明顯OD[26]。吸煙對PD患者氣味識別的保護作用可以反映尼古丁對膽堿能系統(tǒng)的激動作用[27]。以上證據(jù)均提示低水平的乙酰膽堿可引起OD，而激動膽堿能系統(tǒng)可對OD有一定改善作用，或可成為OD治療的一個方向。PD患者嗅球、尾狀核、扣帶回、內(nèi)嗅皮層等部位的5-羥色胺水平均檢測到顯著下降[28]，但在PD小鼠模型中可觀察到嗅球5-羥色胺水平的增加[29]。因此，5-羥色胺在OD中的作用仍需更多研究證據(jù)來支持。

此外，神經(jīng)肽可能也參與了OD的發(fā)病。與對照組相比，PD患者的前嗅核中神經(jīng)肽生長抑素水平顯著降低，小清蛋白水平增加[30]。在嗅球、前嗅核和嗅覺皮層中，受α-syn病理影響的細胞經(jīng)常與鈣結(jié)合蛋白、鈣調(diào)蛋白、小清蛋白、P物質(zhì)共存[31]。

3.環(huán)境因素：各種空氣污染物包括臭氧、PM10、PM2.5、PM2.5-10、NOx、NO2、CO、交通空氣污染、二手煙、空氣中的金屬等。空氣污染與OD發(fā)生、PD發(fā)病率上升相關(guān)。暴露于NO2(OR=1.41，95%CI1.02～1.95)與PD發(fā)病率間有顯著正相關(guān)性，而暴露于PM10及CO、O3、SO2與PD發(fā)病率間沒有顯著相關(guān)性[32]。在空氣污染地區(qū)人群的嗅球中存在α-syn病理改變。通過對生活在極端空氣污染條件下的墨西哥城居民進行研究，發(fā)現(xiàn)其嗅覺功能顯著降低，并在嗅球中發(fā)現(xiàn)路易病理學(xué)改變和高磷酸化tau[33]。此外，空氣中的有害金屬如Fe、Zn、Cu、Mn等也可以在鼻腔等部位蓄積，促進α-syn聚集和錯誤折疊，并在含有α-syn聚集體的路易小體中大量富集[34]，同時可引起局部金屬穩(wěn)態(tài)失調(diào)從而影響嗅覺功能。在PD患者嗅球中檢測到Fe(P<0.05)和Na(P<0.01)濃度升高；在前嗅核中游離Zn和α-syn的共定位表明Zn與PD發(fā)病機制相關(guān)[34]。環(huán)境因素引起的金屬穩(wěn)態(tài)失調(diào)并非導(dǎo)致單一金屬水平改變，且金屬混合物比單一金屬帶來的危害更廣更大，因此需要綜合考慮各金屬離子的作用。

4.神經(jīng)炎癥：神經(jīng)炎癥與PD的病因及進展相關(guān)。由解剖可知嗅球是外部毒素或病原體的主要進入點之一，可促進腦內(nèi)相應(yīng)的炎癥反應(yīng)。使用脂多糖構(gòu)建PD動物模型發(fā)現(xiàn)，通過激活小膠質(zhì)細胞產(chǎn)生白細胞介素、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等促炎因子，產(chǎn)生有神經(jīng)毒性的氧自由基，可導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡[35]。Vroon等[36]報道了1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)小鼠的嗅球小膠質(zhì)細胞增生增加，而小膠質(zhì)細胞已被證明可調(diào)節(jié)大腦炎癥。除尼古丁外具有潛在抗炎特性的治療靶點還有n-3多不飽和脂肪酸(n-3PUFA)化合物、咖啡因、褪黑激素和大麻素等，可預(yù)防或減少與PD相關(guān)的炎癥過程以改善PD癥狀，但關(guān)于治療的有效性和安全性仍需進一步的臨床前和臨床研究來驗證。

三、總結(jié)與展望

基于上述嗅覺通路在PD嗅覺功能障礙中的重要作用和相應(yīng)的α-syn病理改變，我們認為嗅覺通路是在PD臨床前期發(fā)生病理改變的重要結(jié)構(gòu)，而這一病理改變的發(fā)生可能與環(huán)境因素和炎癥相關(guān)。Braak假說提出腸道可能是PD病理發(fā)生的重要部位之一，但其在PD發(fā)病中的作用仍存在一定爭議。一些研究表明PD中OD與便秘間存在顯著正相關(guān)，提示嗅覺功能改變與胃腸道癥狀相關(guān)，但機制不明。最近的在非人靈長類動物中的研究表明，腦內(nèi)α-syn病理變化可引起腸道α-syn聚集等病理改變，而在腸道聚集的α-syn可上傳到腦內(nèi)并進行擴散，從而誘發(fā)PD相關(guān)病理改變[37]。α-syn可通過迷走神經(jīng)、交感神經(jīng)、體液等途徑實現(xiàn)腦腸軸的雙循環(huán)。據(jù)此，我們進一步推測，從嗅球開始的病理改變逐漸在腦內(nèi)擴散累積，并可通過腦腸軸雙循環(huán)到達胃腸道等部位。目前關(guān)于嗅球起病與后續(xù)腦腸軸循環(huán)的聯(lián)系尚未見報道，從嗅球和腦腸軸切入可能是研究PD發(fā)病機制的一個新視角。

正確認識OD或為探索PD治療及發(fā)病機制的一大突破口。OD在PD中不但早于運動癥狀出現(xiàn)，可預(yù)測運動癥狀及PD疾病進展，且與其他非運動癥狀密切相關(guān)，因此，及早發(fā)現(xiàn)OD并借助OD進行輔助診斷有利于PD的管理及治療。目前，對于OD的機制研究仍未完善，且未見特異性治療藥物；對OD的研究證據(jù)級別有限，亟待大型前瞻性臨床研究及深入的基礎(chǔ)研究以增加證據(jù)強度、闡釋OD與PD的關(guān)系。本研究概述了OD在PD中的標志物作用和預(yù)測診斷的價值，進而分析了主要參與OD發(fā)病的可能機制，以一個新視角提出嗅球可能是研究PD的重要病理起點，推測嗅球與腦腸軸的聯(lián)動可能成為一個新的PD發(fā)病途徑研究方向，OD研究證據(jù)的完善可能會對PD發(fā)病機制帶來更新的理解。