信號轉(zhuǎn)導通路與帕金森病發(fā)病機制的研究

甘靜文

廣東省廣州市民政局精神病院 510043

帕金森病(idiopathic Parkinson’s disease,PD)在臨床上也被稱之為震顫麻痹，是一種老年人多發(fā)的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，本病主要病理改變?yōu)楹谫|(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡，但引起黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性死亡的病因及發(fā)病機制尚未完全明確，可能與年齡、遺傳因素、環(huán)境因素、細胞凋亡、神經(jīng)系統(tǒng)老化等有關(guān)。PD臨床癥狀主要表現(xiàn)為震顫、強直、運動障礙、姿勢保持及平衡障礙、汗多等，目前的臨床治療主要以改善臨床癥狀為主。

相關(guān)研究顯示多種信號轉(zhuǎn)導通路參與了帕金森病的發(fā)病過程, PD基因和相關(guān)蛋白質(zhì)共同組成了細胞信號轉(zhuǎn)導通路，在細胞分化、增殖以及凋亡活動中均會有這些信號通路的參與，對分子水平進行有效調(diào)控，所以從分子水平入手對PD進行分析，深入研究各種信號轉(zhuǎn)導通路與PD發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，及各信號轉(zhuǎn)導通路之間的相互聯(lián)系，從而為PD的進一步診療提供臨床參考。

1 PD臨床癥及發(fā)病機制

1.1 PD簡介 PD是老年人多發(fā)的一種疾病，在患病人群中90%以上>50歲，此病進展較為緩慢，在發(fā)展5～8年以后多半患者需要在他人的幫助下行動。PD的主要臨床癥狀如下：

1.1.1 首發(fā)癥狀:早期的PD患者主要癥狀為多動，是早期診斷的關(guān)鍵，但是因為個體差異，不同的患者表現(xiàn)不同，患者首發(fā)癥狀依次是震顫(70.5%)，強直(19.7%)，失靈巧(12.6%)，步態(tài)障礙(11.5%)，肌痛痙攣和疼痛(8.2%)，精神障礙如抑郁和緊張等(4.4%)[1]。一般情況下認為PD從發(fā)病到診斷時間平均為2.5年。

1.1.2 震顫：震顫出現(xiàn)的主要原因就是肢體的促動肌和拮抗肌出現(xiàn)節(jié)律性交替收縮的狀況，一般情況下是從一側(cè)上肢的遠端開始出現(xiàn)，逐步發(fā)展到相同側(cè)的下肢和對側(cè)上肢，同時口唇、下頜以及頭部等部位也會受累出現(xiàn)一些癥狀。出現(xiàn)震顫的患者一般上肢震顫要重于下肢，手指也常會出現(xiàn)節(jié)律性的震顫，形成“搓丸樣動作”[2]。發(fā)病初期患者一般是在靜止的情況下，肢體才會出現(xiàn)震顫的癥狀，當患者進行運動時震顫癥狀會減輕，如果患者情緒激動震顫會加重，當患者進入睡眠狀態(tài)時,震顫會加重。

1.1.3 強直：強直是以促動肌和拮抗肌的肌張力增長為主要特征的一種臨床表現(xiàn)，這種肌張力增高的情況會持續(xù)保持一致，一般將其稱之為“鉛管樣強直”。如果患者合并出現(xiàn)震顫和強直的癥狀，這時伸屈肢體都會感覺均勻的阻力在不斷增加，但是阻力會出現(xiàn)停頓的情況，我們將其稱之為“齒輪樣強直”[3]。當人的肌肉處于強直狀態(tài)時，患者就會表現(xiàn)出一種特殊的姿勢，頭部會向前傾斜，軀干會處于俯屈狀態(tài)，且上臂會內(nèi)收，手指會內(nèi)收，拇指會對掌，髖、膝關(guān)節(jié)會呈現(xiàn)彎曲狀。隨著患者病情的不斷發(fā)展，這種障礙的姿勢會不斷加重，嚴重情況下頜甚至會貼到胸前[4]。

1.1.4 運動障礙(失靈巧)：運動障礙是導致PD患者傷殘的主要原因，主要是運動肌強直所導致。通過對手術(shù)治療后PD患者狀況進行分析可知，手術(shù)治療以后，患者的強直狀況會得到有效治療，但是對于運動障礙的治療效果并不大。目前認為，DA缺乏與運動減少有直接關(guān)系[5]。

1.1.5 姿勢保持與平衡障礙：臨床研究表明PD最初的臨床癥狀就是姿勢與步態(tài)異常。有研究認為導致姿勢和步態(tài)異常的主要原件就是主動運動反射性姿勢調(diào)節(jié)出現(xiàn)障礙，這種癥狀也會在早期PD患者中出現(xiàn)。常見的表現(xiàn)為起步困難，行走緩慢，步伐較小，在行走時起步難度較大，但是邁出一步以后會以非常小的步伐向前俯沖，且會越走越快，不能立刻轉(zhuǎn)彎或者停止。而導致患者轉(zhuǎn)彎困難的主要原因就是軀干僵硬和平衡出現(xiàn)障礙，所以在轉(zhuǎn)彎時患者應(yīng)通過連續(xù)小步的方式，讓軀干和頭部一起轉(zhuǎn)彎。

1.1.6 其他：PD患者也會出現(xiàn)出汗量增多、頑固性便秘、皮脂溢出變多等情況。一般情況下，出汗會集中在震顫的一側(cè)，所以我們認為肌肉活動增加是導致出汗的主要原因。臨床上一般出現(xiàn)腦炎后的患者會存在皮脂溢出增多的情況，有少數(shù)的PD患者會出現(xiàn)排尿和排便困難的情況[6]。

1.2 PD發(fā)病機制 PD是臨床是非常復雜的一種變性疾病，主要臨床表現(xiàn)就是靜止時震顫、運動緩慢、姿勢步態(tài)異常等。目前對于PD發(fā)病機理的研究還沒有準確的定論，是一種由多因素、多病因綜合作用下所導致的疾病，主要是因為基因突變、細胞凋亡、線粒體功能障礙、泛素蛋白酶體系統(tǒng)功能障礙等[7-8]。

2 信號轉(zhuǎn)導通路與PD發(fā)病機制

PD基因和相關(guān)蛋白質(zhì)共同組成了細胞信號轉(zhuǎn)導通路，在細胞分化、增殖以及凋亡活動中均會有這些信號通路的參與，而分子的基礎(chǔ)決定了PD的發(fā)病情況。與PD發(fā)病機制相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導通路種類較多，主要有絲裂酶原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases，MAPK)通路、核轉(zhuǎn)錄因子κB(Nuclear transcription factor，NF-κB)通路、一氧化氮合酶(Nitric OX-ide synthase，NOS)等。當信號轉(zhuǎn)導的途徑出現(xiàn)異常以后，就會導致DA的神經(jīng)元活性受到影響，出現(xiàn)神經(jīng)元凋亡的情況，導致PD發(fā)生。

2.1 MAPK通路與PD MAPK通路中含有一種有絲氨酸/蘇氨酸的蛋白激酶，這種蛋白激酶在胞漿中廣泛存在，MAPK通路包含了多種類型，主要有p38通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun NH2-teminal kinase，JNK)通路、胞外信號蛋白調(diào)節(jié)激酶(Extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)通路等。

2.1.1 p38通路與PD：相關(guān)研究表明，PD的發(fā)病與細胞凋亡密切相關(guān)，通過檢驗PD患者細胞情況可知，PD患者的腦黑質(zhì)細胞死亡數(shù)會對黑質(zhì)致密部Bcl-xL/Bcl-2死亡因子造成影響，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)性。腦黑質(zhì)細胞死亡數(shù)和Bcl-xL/Bcl-2死亡因子的活性得到抑制，會提高DA神經(jīng)元的活性[9]。而通過以往的研究結(jié)果可知，p38通路可以有效調(diào)控細胞凋亡的過程，對PD的病變情況有著重要的影響。而在對p38通路是否參與PD的發(fā)病過程，是否與BAD和caspase-3表達有關(guān)的實驗中，通過使用p38MAPK通路特異性抑制劑進行了藥物干預，并利用1-甲基-4-苯基-1，2，3，4四氫毗啶對患有PD的小鼠進行誘導，將此通路阻斷，以此來分析腦黑質(zhì)磷酸化p38MAPK(p-p38MAPK)、BAD和caspase-3的表達關(guān)系，以及和DA神經(jīng)元丟失之間的聯(lián)系，希望可以得到PD的發(fā)病機制，并采取有效的預防措施[10]。

學術(shù)界在針對PD的研究過程中，形成了統(tǒng)一的觀點，黑質(zhì)中的多巴胺神經(jīng)細胞凋亡是導致PD的主要因素[11]。目前來看，臨床上治療PD的方法都是治標不治本的，所實施的治療措施并不能減少多巴胺神經(jīng)細胞的凋亡，導致此種情況的主要原因就是，現(xiàn)階段我們并不清楚導致神經(jīng)細胞凋亡的機制。而對p38造成刺激的因素較多，也是導致神經(jīng)細胞凋亡的效應(yīng)器[12]。所以，當我們分析死后PD的情況時發(fā)現(xiàn)了患者腦中p38的活性形式，通過動物實驗和PD細胞的培養(yǎng)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)p38會通過多種形式，參與PD神經(jīng)元凋亡的過程。同時，p38還能促使雌激素對蛋白PS2進行調(diào)節(jié)，進而讓PCI2的細胞凋亡更加快速。

2.1.2 JNK通路與PD：PD最為典型的病理特征就是機體出現(xiàn)α-突觸共核蛋白，此外在一些泛肽的胞漿中會包含物路易小體，這些物路易小體也是病理因素之一。當這些物質(zhì)出現(xiàn)以后，其中的色素神經(jīng)元物質(zhì)就會出現(xiàn)變性和缺失的情況，其中黑質(zhì)致密部神經(jīng)元的缺失最為明顯。通過顯微鏡觀察，我們可明顯發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元減少的情況，其中的黑質(zhì)細胞色素更是會快速消失，消失的黑質(zhì)細胞色素會游離在巨噬細胞中和一些其他組織中，機體還會出現(xiàn)不同程度的神經(jīng)膠質(zhì)增生的情況。

從PD的病理機制層面來分析，PD的病理機制主要有以下幾方面：線粒體功能障礙、多聚ADP核糖聚合酶活化異常、氧化應(yīng)激與泛素蛋白酶體系統(tǒng)功能等，這種異常的變化，或直接，或間接導致了PD的發(fā)生[13]。

最早發(fā)現(xiàn)JNK通路是1991年，JNK通路屬于MAPK通路不可缺少的組成部分。JNK通路不僅會作用于細胞的凋亡和生長，還會對細胞的應(yīng)激和病理過程進行作用。JNK通路中的蛋白激酶是由3個基因編碼所組成，即JNK1、JNK2、JNK3，這其中在全身的各個部位都有JNK1、JNK2的存在，而JNK3具有明顯的組織特異性表達特征，只在心臟、睪丸、腦部等存在。當JNK通路處于沒有被激活的狀態(tài)時，會在細胞質(zhì)中游離，在細胞核中也存在部分JNK。當JNK被激活以后，就會快速聚集到細胞核中，進而導致相關(guān)的基因表達出現(xiàn)變活[14]。JNK出現(xiàn)改變后進行作用的途徑就是激活caspase-3，并將COX-2的表達上調(diào)，還要同時釋放出細胞色素c，并且能讓活氧性得到增加，進而促使紋狀體的運動區(qū)域神經(jīng)遞質(zhì)出現(xiàn)衰竭，導致多巴胺能神經(jīng)元出現(xiàn)凋亡的情況。

另外，在線粒體功能異常、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、氧化應(yīng)激、細胞色素c的釋放等多項反應(yīng)中都有JNK信號通路的參與，JNK信號通路參與了多個病理過程，促使機體中的多巴胺能神經(jīng)元的功能出現(xiàn)異常情況，甚至會導致細胞凋亡。所以，在研究PD的過程中，分析JNK信號轉(zhuǎn)導通路的作用，對于PD的治療有較大的意義。

2.1.3 ERK通路與PD：在身體的細胞中廣泛存在ERK，ERK的主要作用就是對機體細胞的發(fā)育、生長以及成熟進行調(diào)控，通過ERK可以對多種神經(jīng)類和精神類疾病的病理進行分析。MAPK/ERK最為突出的作用就是可以對細胞的分化、增殖、惡性轉(zhuǎn)化等過程進行有效的調(diào)節(jié)，可以形成腦內(nèi)長時增強。有學者進行了動物實驗研究，將一只患有PD的大鼠作為研究對象，給其長期服用左旋多巴，發(fā)現(xiàn)大鼠體內(nèi)的紋狀體ERK1/2磷酸化水平得到明顯增加，并且促使ERK通路激活，并對突觸結(jié)構(gòu)蛋白進行作用，并對下游不同的底物進行了活化[15]。同時ERK通路被激活以后會參與神經(jīng)元的可塑性反應(yīng)，還會改變突觸的結(jié)構(gòu)，最終對行為學進行改變。一般在損傷的側(cè)紋狀體中會出現(xiàn)ERK1/2磷酸化的現(xiàn)象，這也就表明當PD出現(xiàn)運動并發(fā)癥時會有ERK通路的參與，而紋狀體上多巴胺受體超敏和受體反應(yīng)具有密切的關(guān)系，所以在臨床治療的過程中，我們常通過給患者服用抑制ERK通路的藥物，來改善患者的PD運動并發(fā)癥情況。

2.2 NF-κB通路與PD 在NF-κB不斷被刺激和暗示的情況下，NF-κB在P53表達調(diào)節(jié)中的作用也越發(fā)的凸顯，由此可以推理出在神經(jīng)退化的疾病中P53就是NF-κB通路被激活的關(guān)鍵，屬于下游的效應(yīng)器。有學者進行了動物研究實驗，利用大鼠進行了實驗，當大鼠被紋狀體中興奮性毒性入侵以后，p53和c-Myc的表達會明顯增加，而NF-κB有效抑制了p53和c-Myc的水平，促使p53和c-Myc的升高緩慢或者不升高，有效緩解了紋狀體細胞出現(xiàn)凋亡的情況[16]。反之從這個結(jié)果中可以推理出p53和c-Myc可以對NF-κB進行誘導，進而讓細胞出現(xiàn)凋亡。在血管平滑肌細胞中，如果低密度的脂蛋白被氧化，就會產(chǎn)生脂類過氧化物，也會產(chǎn)生4-羥基壬烯酸(HNE)，這些產(chǎn)生的物質(zhì)會以NF-κB激活為載體，讓凋亡的細胞更加快速死亡。利用重組體肽預處理以后，可以有選擇性地組織喹啉酸對NF-κB的誘導作用，有效阻止了NF-κB的核轉(zhuǎn)位，也能阻止細胞的凋亡。由此可見，NF-κB可以促進神經(jīng)興奮性毒素更快速誘導細胞凋亡，進而有效抑制了NF-κB級聯(lián)激活。同時，親代謝性谷氨酸鹽受體(mGluR)激動劑會促使興奮性中毒所造成的神經(jīng)元損失得到緩解。

PD患者死亡以后，利用PD動物模型和體外細胞進行研究可知，PD的黑質(zhì)區(qū)不僅具有促進凋亡的內(nèi)緩解，還有很多殘存的凋亡細胞。通過對小鼠PD模型進行MPTP誘導以后可知，在DNA的碎片中，還有黑質(zhì)中DA能神經(jīng)元進行選擇的降解。臨床研究表明，caspas-3是一種增加的抗活化抗體，而PD患者DA神經(jīng)元中存在活化的caspase-3明顯升高，陽性率達到了100%。由此可見，NF-κB通路可以通過調(diào)控P53的表達，對細胞的凋亡進行調(diào)節(jié)，進而參與了PD的發(fā)病。

2.3 NO、NOS通路與PD 精氨酸和氧反應(yīng)以后就會產(chǎn)生NO，而在合成限速酶的過程中NOS是關(guān)鍵物質(zhì)，這其中iNOS屬于一種誘導型的酶，是必不可少的誘導酶。NO會參與到多種神經(jīng)毒素中，起到介導的作用，而在這些神經(jīng)毒素中PD就是其中一種，會導致神經(jīng)出現(xiàn)退行性病變[17]。而通過對PD患者的脊髓液和腦黑質(zhì)進行檢測可知，這兩個部位的iNOS都有明顯的增加，而產(chǎn)生NO以后，會對iNOS進行有效的調(diào)節(jié)。當NO與O2進行反應(yīng)以后就會產(chǎn)生過氧亞硝酸鹽，而過氧亞硝酸鹽具有非常強的毒性，而硝基化細胞的蛋白質(zhì)中存在一種酪氨酸殘基，會改變過氧亞硝酸鹽的毒性。此外，通過檢查PD患者的LB，可知其中含有3-硝基酪氨酸。在發(fā)展的過程中免疫炎癥會參與到NO、NOS通路的反應(yīng)中，這樣就會促使巨噬細胞產(chǎn)生iNOS，進而合成NO，這就會導致小膠質(zhì)星形細胞產(chǎn)生NOS，而產(chǎn)生NOS以后，腫瘤壞死因子的-α受體-1和TNF-α表達會明顯增加，當這些因子與神經(jīng)元中的TNF-αR-1結(jié)合以后，就會活化pro-caspase-8，導致caspase出現(xiàn)級聯(lián)反應(yīng)，進而對細胞的凋亡進行有效的調(diào)控[18-19]。此外，線粒體呼吸鏈也會受到NO的破壞，過量的消耗機體中的能量，對細胞的膜內(nèi)外電位反應(yīng)造成破壞，產(chǎn)生一些神經(jīng)毒素，進而導致多巴胺神經(jīng)元出現(xiàn)變性損傷。

在PD的發(fā)病機制研究中NO是不可或缺的一部分，與其他信號轉(zhuǎn)導通路也有著密切的聯(lián)系。如果細胞受到魚藤酮刺激以后，就會激活JNK信號通路，讓iNOS進一步被激活，產(chǎn)生NO，所以JNK通路可以有效地對NO進行調(diào)控，進而產(chǎn)生一些腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性元素，促使iNOS受到影響，被P38所調(diào)控，進而促使多巴胺神經(jīng)元的凋亡受到影響[20]。

綜上所述，PD是臨床上一種嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，是在多種因素共同的作用下而導致的結(jié)果，與年齡、環(huán)境、自身免疫、細胞凋亡等因素有關(guān)系。而PD的各種信號轉(zhuǎn)導通路是通過參與調(diào)控免疫、炎癥以及凋亡等活動，對分子水平進行有效調(diào)控，所以我們從分子水平入手對PD進行分析。目前PD的治療以臨床改善癥狀為主，深入研究各種信號轉(zhuǎn)導通路與PD發(fā)生發(fā)展的關(guān)系及各信號轉(zhuǎn)導通路之間的相互聯(lián)系，可以從分子水平上為PD的臨床診療提供更深廣的思路。