帕金森病病因與發(fā)病機(jī)制研究現(xiàn)狀及其診治意義

焦倩 姜宏

[摘要]帕金森?。≒D）是威脅中老年人的“第三殺手”，并呈現(xiàn)明顯的年輕化趨勢，給家庭和社會(huì)帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。PD病因及發(fā)病機(jī)制是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，本文主要介紹當(dāng)前PD發(fā)病機(jī)制、診斷和治療的研究現(xiàn)狀，論述如何通過加強(qiáng)對病因和發(fā)病機(jī)制研究，更好地為PD的診斷和治療研究服務(wù)。

[關(guān)鍵詞]帕金森病;病理過程;早期診斷;臨床方案;述評(píng)

[中圖分類號(hào)]R742.5;R364

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]2096-5532（2021）02-0159-04

[ABSTRACT]Parkinsons disease （PD） is the “third killer” that threatens the health of middle-aged and elderly people， with a trend of earlier age of onset， which brings heavy burden to the family and society. Current research on PD focuses on its etiology and pathogenesis. This article mainly introduces the current status of research on the pathogenesis， diagnosis， and treatment of PD and discusses how to provide better support for the diagnosis and treatment of PD by strengthening the research on etiology and pathogenesis.

[KEY WORDS]Parkinson disease; pathologic processes; early diagnosis; clinical protocols; editorial

帕金森?。≒D）是常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，作為神經(jīng)退行性疾病的一種，其發(fā)病率僅次于阿爾茨海默病。我國65歲以上患病人群有近200萬人，隨著PD發(fā)病呈現(xiàn)年輕化趨勢，到2030年我國PD患病人數(shù)預(yù)計(jì)將達(dá)494萬，約占全球半數(shù)，成為全球PD病人數(shù)量最多的國家。由于PD病人中腦黑質(zhì)多巴胺（DA）能神經(jīng)元的選擇性丟失，導(dǎo)致紋狀體神經(jīng)末梢釋放的DA耗竭，引起了靜止性震顫、肌僵直和運(yùn)動(dòng)遲緩等為主要表現(xiàn)的臨床運(yùn)動(dòng)癥狀，并伴有嗅覺減退、胃腸功能障礙、心血管功能障礙、睡眠障礙和神經(jīng)認(rèn)知障礙等非運(yùn)動(dòng)癥狀[1]。目前，PD的確切病因和發(fā)病機(jī)制仍不清楚，本文將從PD發(fā)病機(jī)制研究現(xiàn)狀及其對該病早期診斷進(jìn)展和治療策略開發(fā)等方面的作用，論述如何加強(qiáng)我國PD病因和發(fā)病機(jī)制的研究工作。

1 PD的病因和發(fā)病機(jī)制研究現(xiàn)狀

目前已知PD的病因和發(fā)病機(jī)制包括基因遺傳、環(huán)境毒素暴露和腦鐵代謝異常等導(dǎo)致的胞內(nèi)蛋白異常聚集和降解系統(tǒng)紊亂、線粒體功能障礙等，闡明PD發(fā)病機(jī)制將對該疾病的診斷和治療具有重要的科學(xué)意義。

1.1 遺傳因素

目前已發(fā)現(xiàn)和PD發(fā)病相關(guān)的基因有30多個(gè)，研究較多的包括alpha-突觸核蛋白（α-syn）（SNCA或Park1/4）、Parkin （Park2）、富含亮氨酸重復(fù)序列激酶1（LRRK2或Park8）、三磷酸腺苷酶13A2（ATP13A2或Park9）、DJ-1（Park7）、PTEN誘導(dǎo)激酶1（PINK-1或Park6）、微管相關(guān)蛋白tau（MAPT）等[2-5]。在大多數(shù)家族性PD病人中，遺傳因素在其發(fā)病因素中占有重要地位和作用。研究結(jié)果顯示，α-syn蛋白序列上Ala53Thr和Ala39Pro突變可以直接導(dǎo)致α-syn異常聚集[6]，引起DA能神經(jīng)元發(fā)生損傷，據(jù)此研究者利用該突變制備PD轉(zhuǎn)基因小鼠模型，為PD發(fā)病機(jī)制和治療的研究提供整體動(dòng)物模型。LRRK2蛋白中G2019S突變也可加劇α-syn的聚集[7]。Parkin和PINK-1的突變，則影響線粒體和自噬的功能，導(dǎo)致?lián)p傷線粒體和異常折疊的蛋白不能及時(shí)清除，加劇神經(jīng)元損傷[8]。除了單基因突變可增加PD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，這些相關(guān)基因的多態(tài)性及蛋白的過表達(dá)和異常的蛋白翻譯后修飾均增加了散發(fā)性PD的易感性。越來越多的證據(jù)表明，黑質(zhì)DA能神經(jīng)元的退行性病變是多種基因共同作用的結(jié)果，由于基因的改變，使其對PD的易感性增加，加上環(huán)境和年齡等誘導(dǎo)因素，最終導(dǎo)致PD的發(fā)生。利用現(xiàn)有的分析技術(shù)，如基因芯片分析和廣譜基因多態(tài)性分析，對PD高危人群進(jìn)行已知致病基因的篩查，可提出疾病的預(yù)防策略，進(jìn)而延緩發(fā)病進(jìn)程。因此，加強(qiáng)PD相關(guān)基因的鑒定和功能研究對疾病的預(yù)防、治療和延緩發(fā)病進(jìn)程等具有重要意義。

1.2 環(huán)境毒素

有毒環(huán)境化合物的暴露是誘導(dǎo)PD的原因之一。農(nóng)藥、金屬元素、雙酚A等環(huán)境化合物通過與職業(yè)、生活接觸等方式和途徑被人體吸收，可誘導(dǎo)包括PD在內(nèi)的多種神經(jīng)退行性疾病。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，殺蟲劑、金屬元素、雙酚A及其他環(huán)境化合物含量與PD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)存在關(guān)聯(lián)，多種環(huán)境毒素可誘導(dǎo)動(dòng)物出現(xiàn)PD癥狀，模擬PD的發(fā)病過程和病理特征，構(gòu)建用于科學(xué)研究的PD動(dòng)物和細(xì)胞模型[9]。①農(nóng)藥和有機(jī)物化合物：魚藤酮是一種從豆屬植物毛魚藤提取的有機(jī)殺蟲劑。魚藤酮灌胃小鼠可模擬PD類似Braak分級(jí)的病理變化[10]。首先引起胃腸誘導(dǎo)α-syn異常聚集，逐漸進(jìn)展累及低位腦干，再進(jìn)一步累及黑質(zhì)和其他中腦深部核團(tuán)等，導(dǎo)致PD運(yùn)動(dòng)癥狀。百草枯成分屬于二氫吡啶類，與神經(jīng)毒素1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）結(jié)構(gòu)和作用相似。②金屬元素：土壤和水中的金屬元素如鋁、鉛、銅、汞、鋅、鐵和錳等的含量與該地區(qū)的神經(jīng)退行性疾病呈現(xiàn)相關(guān)性[11]。長期處于錳、銅、鐵超標(biāo)的環(huán)境、食用或飲用含有金屬超標(biāo)的食物和水，造成金屬元素在腦中沉積，損傷神經(jīng)元的功能。通過對環(huán)境毒素暴露分析，對規(guī)避PD風(fēng)險(xiǎn)因素和減低PD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

1.3 蛋白異常聚集和降解系統(tǒng)紊亂

α-syn蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和異常聚集是導(dǎo)致PD的發(fā)病機(jī)制之一，其異常折疊、聚集及降解機(jī)制的破壞顯得尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)，影響α-syn蛋白聚集的因素包括129位絲氨酸的磷酸化（pSer129）、錯(cuò)義突變（如A53T和A30P）、基因過表達(dá)（如三倍體化）、酸堿度（影響α-syn構(gòu)象）、C末端切割（影響α-syn聚集性）、金屬離子（影響α-syn聚集性）、氧化修飾（如硝基化影響α-syn聚集性）等[2，12]。因此，可通過探尋影響α-syn蛋白聚集的機(jī)制，利用現(xiàn)有的手段改善細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境，限制α-syn的表達(dá)，穩(wěn)定其蛋白構(gòu)象，降低聚集性，從而達(dá)到抑制α-syn異常聚集和錯(cuò)誤折疊的目的。

蛋白維持胞內(nèi)質(zhì)量平衡是其發(fā)揮功能的前提。在蛋白質(zhì)量控制系統(tǒng)中，泛素-蛋白酶體系統(tǒng)、自噬溶酶體途徑和分子伴侶都是其重要組成部分，它們均起到調(diào)節(jié)和清除錯(cuò)誤折疊和異常聚集蛋白質(zhì)的作用。在PD病人和PD模型中，均發(fā)現(xiàn)泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬溶酶體途徑功能異常[13-14]，如糜蛋白酶樣和胰蛋白酶樣的蛋白酶體活性顯著降低、自噬相關(guān)分子表達(dá)異常等。通過藥物提高泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬溶酶體途徑的活性，利用蛋白質(zhì)降解途徑中的潛在治療靶點(diǎn)，可有望減少PD的發(fā)生或延緩其進(jìn)展。

1.4 氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙

PD病人黑質(zhì)部位存在嚴(yán)重的氧化應(yīng)激反應(yīng)，造成胞內(nèi)氧化與抗氧化作用的失衡。氧化應(yīng)激產(chǎn)生大量活性氧和自由基，攻擊蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸等生物大分子物質(zhì)，進(jìn)而引起DA能神經(jīng)元的損傷。造成黑質(zhì)氧化應(yīng)激反應(yīng)過度的因素多樣，包括鐵超載、抗氧化體系功能降低（如胞內(nèi)還原型谷胱甘肽、超氧化物歧化酶等減少）、線粒體功能障礙、神經(jīng)炎癥、α-syn聚集和DA自身代謝等[15-17]。

胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)和線粒體功能障礙密不可分。線粒體在產(chǎn)生ATP的過程中伴隨大量自由基的產(chǎn)生，隨后經(jīng)抗氧化體系消除，保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷。研究發(fā)現(xiàn)，散發(fā)性PD病人黑質(zhì)紋狀體神經(jīng)元內(nèi)線粒體復(fù)合物Ⅰ的活性及相關(guān)蛋白明顯下降[18]。MPTP制備的PD小鼠模型則是利用其被DA能神經(jīng)元選擇性攝取，經(jīng)單胺氧化酶B轉(zhuǎn)換成MPP+后，抑制線粒體復(fù)合體Ⅰ，阻斷胞內(nèi)線粒體呼吸鏈，產(chǎn)生大量活性氧和自由基，造成細(xì)胞氧化損傷。線粒體相關(guān)蛋白DJ-1、PINK1、Parkin等基因突變可誘導(dǎo)遺傳性PD的發(fā)生，也提示了線粒體功能障礙與PD發(fā)病密切相關(guān)[8，19]。利用這些原理降低胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)、改善線粒體功能，是預(yù)防和延緩PD進(jìn)展、改善PD運(yùn)動(dòng)癥狀的有效靶點(diǎn)。

1.5 免疫和炎癥反應(yīng)

PD病人及PD動(dòng)物模型中均發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)與紋狀體存在激活型小膠質(zhì)細(xì)胞和外周免疫細(xì)胞浸潤，伴隨著白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、IL-6、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等大量促炎性因子釋放，引起活性氧和趨化因子的生成，進(jìn)一步促進(jìn)黑質(zhì)區(qū)炎性免疫反應(yīng)，影響DA能神經(jīng)元的功能和存活[20-21]。PD動(dòng)物模型中也有星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，表現(xiàn)為細(xì)胞增殖、胞體增大和突起增粗等，其是否繼發(fā)于小膠質(zhì)細(xì)胞激活仍需進(jìn)一步探索[22-23]。神經(jīng)炎癥伴隨著PD的發(fā)生和發(fā)展，但神經(jīng)炎癥發(fā)生的具體機(jī)制不明，闡明PD中神經(jīng)炎癥發(fā)生的機(jī)制和關(guān)鍵調(diào)控分子，對確立治療新靶標(biāo)具有重要意義。

1.6 腦鐵代謝異常

PD病人早期鐵選擇性聚集在黑質(zhì)，提示鐵可作為反映PD病程進(jìn)展的一種生物標(biāo)記物和影像學(xué)指標(biāo)。鐵代謝調(diào)控異常是導(dǎo)致PD中DA能神經(jīng)元損傷的一個(gè)關(guān)鍵因素[24]。胞內(nèi)過量的鐵會(huì)通過Fenton反應(yīng)產(chǎn)生大量羥自由基，進(jìn)而引起神經(jīng)元鐵死亡或者凋亡的發(fā)生[15]。鐵螯合劑（如去鐵酮及衍生物、羥胺-鐵離子螯合劑等）和抑制鐵死亡的小分子（如Ferrostatin-1等）可改善鐵超載引起的DA能神經(jīng)元損傷[25]。但是，PD中黑質(zhì)DA能神經(jīng)元內(nèi)鐵選擇性沉積的來源和機(jī)制尚未研究清楚，該問題的解決將為闡明PD發(fā)病機(jī)制、尋找新型藥物治療靶點(diǎn)提供重要線索。

1.7 腸道微生物菌群失調(diào)

胃腸功能障礙是PD早期的常見的非運(yùn)動(dòng)癥狀，包括胃腸動(dòng)力減弱、便秘等[26]。除了胃腸激素異常引起胃腸功能障礙，腸道菌群失調(diào)也是重要原因之一[27-29]。部分PD病人表現(xiàn)為小腸細(xì)菌過度生長，并與腹脹、脹氣和吸收不良等癥狀有關(guān)[30]。PD病人糞便微生物群的結(jié)構(gòu)和豐富程度與正常人群明顯不同[31]。同時(shí)，腸道微生物的代謝物可間接影響腦內(nèi)細(xì)胞的功能活動(dòng)[32-33]。有研究發(fā)現(xiàn)，利用益生菌改善腸道微生物菌群失調(diào)可增加PD便秘病人排便次數(shù)，改善胃腸功能[34]。在魚藤酮制備的PD動(dòng)物模型中，胃腸最先出現(xiàn)α-syn的異常聚集，并通過迷走神經(jīng)逆向傳播至大腦。因此，胃腸功能和環(huán)境的改變對早期PD的發(fā)生和發(fā)展尤為重要。

2 PD發(fā)病機(jī)制研究與其早期診斷的關(guān)系

依據(jù)《中國帕金森病的診斷標(biāo)準(zhǔn)（2016版）》，PD確診病人已出現(xiàn)明顯的運(yùn)動(dòng)癥狀，此時(shí)DA能神經(jīng)元已出現(xiàn)不可逆的損傷，即使藥物和手術(shù)治療能改善部分運(yùn)動(dòng)癥狀，但DA能神經(jīng)元損傷已無法修復(fù)。因此，如何對PD進(jìn)行早期診斷并針對性干預(yù)成為目前研究的熱點(diǎn)。近年來，與上述發(fā)病機(jī)制相關(guān)的細(xì)胞和分子成為早期診斷的新靶點(diǎn)，血液、唾液和腦脊液等生物樣本檢測、影像學(xué)檢查等研究方法，為PD早期診斷提供了一些可能的生物標(biāo)記物[35]。①血液標(biāo)志物：在外周血液研究中發(fā)現(xiàn)一些與PD發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)的蛋白、激素或小分子物質(zhì)，可用于潛在生物標(biāo)志物的開發(fā)和利用。如血清中α-syn、DJ-1蛋白、胃腸激素ghrelin和小分子microRNA等。②腦脊液標(biāo)志物：存在于腦脊液潛在生物標(biāo)志物中，目前采用最廣泛的是α-syn和pSer129 α-syn、Aβ1-42、tau蛋白和pThr181 tau 蛋白等，并且通常用于PD病程發(fā)展相關(guān)研究[36]。③唾液標(biāo)記物：以α-syn為主的蛋白分泌物檢測[37]。④影像標(biāo)志物：利用磁共振成像、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描和正電子發(fā)射斷層掃描等神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)[36]，對相關(guān)腦區(qū)的DA轉(zhuǎn)運(yùn)體、5-HT轉(zhuǎn)運(yùn)體、鐵沉積等進(jìn)行神經(jīng)成像，評(píng)估臨床PD病人的神經(jīng)影像學(xué)改變，以反映PD病程的進(jìn)展。⑤基因篩查：利用基因芯片分析和廣譜基因多態(tài)性分析等基因檢測技術(shù)，對PD高危人群進(jìn)行已知相關(guān)致病基因如SNCA、Parkin、LRRK2、PINK-1、DJ-1和ATP13A2等基因多態(tài)性和基因單突變的篩查[36]。⑥腸道菌群：在高危人群糞便中檢測如厭氧菌、水桿菌屬、梭菌屬等多種致病菌屬的含量。隨著對PD的發(fā)病機(jī)制研究，將有可能提供更多可靠有效的PD早期診斷生物標(biāo)記物。

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（本文編輯 于國藝）