硒及硒蛋白與帕金森病關系的研究進展

岑燕梅 綜述 徐葉子，曹睿，畢偉 審校

暨南大學附屬第一醫(yī)院神經內科，廣東 廣州 510632

帕金森病(Parkinson's disease，PD)是僅次于阿爾茨海默病的常見中樞神經系統(tǒng)變性疾病，主要以運動遲緩、靜止性震顫、肌強直和姿勢步態(tài)異常等運動癥狀為主，并常伴感覺障礙、自主神經功能紊亂以及精神認知障礙等非運動癥狀，其進行性加重的癥狀及中晚期運動并發(fā)癥(包括癥狀波動、異動癥和凍結步態(tài)等)嚴重影響了老年人的運動能力和生活質量，最終預后較差。然而目前對PD的治療主要為多巴胺缺乏癥的替代治療，而應用最為廣泛的抗帕金森藥物控制效果欠佳，更全面的管理方法需求尚未得到滿足。近年的研究表明，硒及硒蛋白具有強大的抗氧化作用，參與了PD的發(fā)生及發(fā)展，因此研究硒及硒蛋白在PD發(fā)生發(fā)展的作用具有重要意義。

1 神經系統(tǒng)中的硒及硒蛋白

硒(selenium，Se)是人類健康必需的微量元素，主要以硒蛋白的形式發(fā)揮生物學效應，硒蛋白參與了調節(jié)細胞氧化應激、免疫應答和炎癥反應等生物過程[1-2]。硒在人體內主要以硒代半胱氨酸(selenocysteine，Sec)和硒代蛋氨酸(selenomethionine，Se-Met)兩種形式與蛋白質結合，通常把硒以Sec 形式參與形成的蛋白質稱為硒蛋白(selenoprotein)，而以其他方式結合硒的蛋白質稱為含硒蛋白(Se-containing protein)，迄今為止，已發(fā)現(xiàn)包括谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)、硫氧還蛋白還原酶(thioredoxin reductase，TrxR)、硒蛋白R、硒蛋白P、硒蛋白K、硒蛋白T等25種硒蛋白[3-6]。硒蛋白常位于酶的活性位點，可對酶的活性起關鍵的調節(jié)作用[2，7]。

大腦的高代謝活動過程中易產生過多的活性氧(ROS)及自由基，從而誘導細胞的氧化應激，導致線粒體功能障礙、鈣超載、細胞膜受損等病理生理過程，這需要大腦能有效清除ROS 以維持正常的神經元功能，而硒蛋白是一種強抗氧化劑，可高效地將過氧化物還原為水或醇，從而達到快速清除過氧化物的作用[3，8-9]。硒在神經系統(tǒng)中的濃度相對于其他器官(如腎臟、肝臟等)較低，但在硒缺乏時，中樞神經系統(tǒng)可因載脂蛋白E 受體2 (apoER2)在血腦屏障中的高表達而被優(yōu)先攝取及保留，從而保持硒水平在大腦中的相對穩(wěn)定[1，7，10]。另外，硒蛋白在大腦區(qū)域之間并非均勻分布，其中以灰質的濃度最高，尤其是殼核、黑質、頂葉下小葉和枕葉皮質，大多數(shù)硒蛋白都可在大腦中表達[1，9，11]。以上表明硒及硒蛋白在維持大腦正常功能發(fā)揮重要作用。

然而目前硒的安全范圍仍有爭議，其毒性取決于化學形式、給藥方法、暴露時間、生理狀態(tài)以及與其他金屬的相互作用等，各個國家及地區(qū)的平均血漿硒濃度差異也較大，可能反映了不同的測定方法以及可能源于土壤中硒含量的生物利用度差異[2，12-13]。當硒長期缺乏時，不僅降低免疫力、損害神經系統(tǒng)功能，還可能增加心肌梗死的風險，此外，克山病、大骨節(jié)病、阿爾茨海默病等疾病也與硒長期缺乏相關，而硒中毒時則表現(xiàn)為脫發(fā)、指甲變脆、皮疹、胃腸道紊亂等癥狀，并可能增加癌癥的風險，嚴重時可導致急性肝衰竭等[2，7，12-13]。

2 硒蛋白參與PD的發(fā)病機制

帕金森病(PD)又稱震顫麻痹，主要的病理表現(xiàn)為α-突觸核蛋白的異常堆積、路易小體的形成和黑質多巴胺能神經元的喪失，其發(fā)病機制尚未完全闡明，但氧化應激在PD 的發(fā)病機制中占據核心地位，而硒蛋白具有較強的抗氧化和抗炎作用，可上調抗氧化狀態(tài)和減少多巴胺神經元的喪失[7，11，14]。在PD患者中血液或血清中的硒水平目前尚存爭議。有研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者血液中的硒含量高于對照組以應對PD患者的高氧化應激狀態(tài)[15-16]，也有研究表明PD患者的血硒水平低于正常人，而硒缺乏是導致多巴胺能神經元丟失的間接原因，并可能加速了帕金森病的發(fā)病[17]。在Gellein 等[18]和Zhang等[19]的前瞻性病例對照研究中發(fā)現(xiàn)PD 病例和對照組血清硒水平并無顯著性差異，未接受左旋多巴治療的PD患者的腦脊液硒水平顯著高于已接受多巴胺能藥物治療的患者，表明硒可能參與PD患者應對氧化應激的過程。有研究表明，硒蛋白可通過多種途徑發(fā)揮抗氧化等作用參與PD 的發(fā)病機制，了解硒蛋白在PD的發(fā)病機制中的作用，可為利用硒作為潛在藥物治療PD開辟新的可能性[19-22]。

2.1 谷胱甘肽過氧化物酶(GPx) GPx是抗氧化系統(tǒng)中最重要的成分之一，在腦中主要以GPx1 和GPx4的形式存在。GPx1是已鑒定的最豐富的GPx亞型，是一種細胞內的抗氧化酶，在神經元、星形膠質細胞和小膠質細胞的細胞質中以可溶態(tài)存在[5，11]。GPx-1可通過直接消除過氧化物和氧化型谷胱甘肽(GSH)以調節(jié)細胞氧化狀態(tài)，還可以減少脂類過氧化物和其他從膜脂中釋放還原磷脂-單?；视偷目扇苄赃^氧化物[23]。研究表明，異常α-突觸核蛋白可產生過氧化氫，并將GPx1 引導至氧化應激區(qū)域，GPx1 參與了路易小體的降解，誘導M2型(即抗炎型)小膠質細胞活化，發(fā)揮抗炎、抗氧化的作用[24]。GPx4在神經元的細胞質、線粒體及細胞核中表達，是唯一一種以膜磷脂過氧化氫為底物抑制生物膜的脂質過氧化的GPx[11，25]。GPx4 定位于腦線粒體內膜可防止膜磷脂的氧化，可穩(wěn)定電子傳遞鏈的復合物、維持線粒體功能、保持線粒體酶活性[14，26]。多巴胺可自發(fā)氧化形成缺電子的多巴胺醌(DAQ)，DAQ作為多巴胺的一種反應性代謝物可導致多巴胺能神經元死亡，GPx4 的硒醇基團易與DAQ 形成共價鍵，從而參與DAQ的降解，減少DAQ對多巴胺能神經元的損害[14]。

2.2 硫氧還蛋白還原酶(TrxR) 硫氧還蛋白系統(tǒng)(TS)是抗氧化應激的重要細胞系統(tǒng)，由硫氧還蛋白(Trx)、硫氧還蛋白還原酶(TrxR)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)組成[27]。TrxR是一種同型二聚體，每個亞基由一個黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和一個Sec 活性位點組成，可使用NADPH 催化Trx 的活性位點處二硫鍵的還原[28]。TrxR主要有三種不同亞型，分別為細胞溶質TrxR(TrxR1)、線粒體TrxR(TrxR2)和硫氧還蛋白-谷氧還蛋白還原酶(TGR o TrxR3)。TrxR1和TrxR2 在所有哺乳動物細胞和組織中都有表達，而TrxR3 在睪丸中表達[28-29]。TrxR可以作為清除脂質過氧化物的補充途徑，還可以將抗壞血酸自由基直接還原成抗壞血酸[28]。TrxR1 的過表達可降低PD 細胞模型中的ROS，降低DNA損傷、內質網應激和線粒體自噬,另外，TrxR1 可通過干擾p53 通路、細胞衰老及抑制Caspase-3 的表達等途徑，增加紋狀體突觸重塑、減少TH 細胞凋亡[30-31]。TrxR2 還可以增加多巴胺能神經元對氧化應激的敏感性，通過穩(wěn)定線粒體膜電位維持線粒體功能，在TrxR2 缺陷的細胞中，細胞線粒體基礎耗氧率降低，從而導致多巴胺能神經元線粒體功能障礙[32-33]。

2.3 硒蛋白P(SelP) SelP 是一種主要由肝臟產生的高度糖基化的血漿蛋白，因其含10~12 個Sec 位點，且SelP 的含硒量占總硒的50%~60%，因此被認為是硒的運輸、儲存和代謝的中心。SelP可獨立于血漿中的硒來維持在中樞神經系統(tǒng)中的含量，可以為黑質、殼核和其他大腦區(qū)域提供硒，對神經系統(tǒng)中硒的穩(wěn)定具有重要作用[3，13，34-35]。SelP在黑質(SN)神經元中含量豐富，并與路易體共定位，在PD 受試者的中，通過SelP 的上調或者表達SelP 的細胞增多使其濃度相對增加，另外，SelP存在于殼核的細胞體、多巴胺能軸突和末端中，表明SelP 在SN神經元和黑質-紋狀體多巴胺能傳遞通路中起作用，SelP 還參與了ApoER2 受體調節(jié)細胞信號傳導通路[11，36-37]。

2.4 硒蛋白K (SelK) SelK 是一種定位于內質網和高爾基體膜的11-kD硒蛋白，SelK可通過結合多種蛋白復合物參與調節(jié)內質網(ER)穩(wěn)態(tài)，可以消除ER中折疊錯誤的蛋白質，還可以促進Ca2+有效流入[36，38]。小膠質細胞的遷移和吞噬作用有利于清除PD中的α-突觸核蛋白，研究表明，SelK 可以通過上調IP3R 的mRNA轉錄和蛋白表達增加小膠質細胞的游離Ca2+水平，增強小膠質細胞的吞噬和遷移能力[6，39]。

2.5 硒蛋白T(SelT) SelT 是一種錨定在ER 膜上的硫氧還蛋白樣酶，其一級結構在進化過程中高度保守，在胚胎組織中含量豐富，在中樞神經系統(tǒng)中的表達很低甚至無法測出，但條件性基因敲除會引發(fā)小鼠大腦的解剖學改變，說明SelT在維持神經系統(tǒng)功能起重要作用[40]。SelT可調控ER中的蛋白質加工，使細胞有效應對氧化應激并維持ER 穩(wěn)態(tài)，通過氧化還原機制直接或間接參與胞內Ca2+通道硫醇基團的糖基化，參與細胞黏附和氧化還原穩(wěn)態(tài)的控制[41-42]。SelT可通過Sec的硫氧還蛋白樣催化結構域保護SH-SY5Y細胞和酪氨酸羥化酶(TH)以免受過量ROS 水平的影響，在敲除SelT 基因的小鼠中，多巴胺能神經元會失去對亞硝化或氧化應激的抵抗力，導致多巴胺能神經元的嚴重丟失[43]。

2.6 硒蛋白R(SelR) 甲硫氨酸亞砜還原酶(Msr)是重要的抗氧化系統(tǒng)，其中MsrB1 是Msr 家族中唯一利用Sec 活性位點的酶，也稱為硒蛋白R (SelR)[8，44]。SelR主要分布在細胞質和細胞核中，甲硫氨酸是其他含硫氨基酸及化合物的前體，甲硫氨酸對氧化應激高度敏感，SelR 可還原甲硫氨酸-R-亞砜[Met-R-(O)]中不對稱的硫原子而發(fā)揮較強的抗氧化作用[45-47]。敲除MsrB1 基因的小鼠可表達出對氧化應激的敏感性減弱，目前尚無SelR 參與PD 的發(fā)病機制的研究。已有的研究表明，MsrB1 與MsrA 具有相似的催化作用，MsrA 可有效地減少了重組α-突觸核蛋白中的氧化蛋氨酸殘基，保護多巴胺能神經元免受α-突觸核蛋白的聚集和毒性作用[44，48-49]。

2.7 其他硒蛋白 其他硒蛋白包括硒蛋白W(SelW)、硒蛋白S(SelS)、硒蛋白H(SelH)、等。SelW在哺乳動物的肌肉、脾臟、大腦和心臟中含量最高，包含一個硒代半胱氨酸殘基和一個谷胱甘肽結合半胱氨酸殘基[50-51]。SelW 的功能目前尚有爭議，有研究表明SelW可作為谷胱甘肽依賴性抗氧化劑，保護細胞免受過氧化物介導的損傷，然而也有SelW的體外耗竭實驗表明其主要功能是在細胞信號傳導中發(fā)揮作用[52-54]。SelS是一種單通道跨膜蛋白，具有ER區(qū)、一個跨膜區(qū)和一個細胞質區(qū)，可以保護細胞免受ER應激引起的損傷，可在維持細胞內ER 的形態(tài)和分布方面發(fā)揮作用，并參與錯誤折疊的蛋白質從內質網到細胞質的轉運[38，53，55]。SelH位于細胞核中可保護DNA，SelH 缺陷細胞表現(xiàn)出持續(xù)的DNA 損傷、氧化應激和Nrf2 激活增加以及GSH 水平降低，可通過ATM-p53 途徑防止氧化應激而達到抑制衰老的作用[53，56]。SelW、SelS、SelH 等在帕金森病的發(fā)病機制中尚無研究，需更多的研究進一步闡明。

3 硒及硒蛋白治療PD的潛在價值

目前，已有相關研究表明，硒對PD神經毒性動物模型有神經保護作用。亞硒酸鈉可呈劑量依賴性逆轉MPTP 誘導的多巴胺及其代謝產物水平降低[57]。缺硒飲食可增強甲基苯丙胺(MA)誘導的黑質中酪氨酸羥化酶樣免疫反應性(TH-IR)、降低多巴胺(DA)及其代謝物水平，加劇黑質多巴胺神經元的丟失，富硒飲食可顯著阻斷MA導致的多巴胺能神經元毒性[58]。亞硒酸鈉可呈劑量依賴性保護單側紋狀體立體定位注射6-羥基多巴胺(6-OHDA)的PD大鼠模型，可改善該模型大鼠的運動及肌肉協(xié)調性，抗氧化酶活性呈劑量依賴性升高，尤其是GPx、谷胱甘肽還原酶(GR)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽-S-轉移酶(GST)[59]。依布硒琳(Ebselen)是一種具有谷胱甘肽過氧化物酶樣活性的硒有機化合物，可抑制銅離子存在下多巴胺誘導的氧化性DNA 損傷，可以防止靈長類MPTP 的PD模型中的神經元損失和臨床癥狀，可以預防MPTP在PD細胞模型中的毒性作用[60-61]。甘氨酸納米硒可改善MPTP誘導的PD 大鼠模型的運動癥狀，有助于恢復多巴胺神經元或防止MPTP 誘導的多巴胺神經元的損失，減少大鼠大腦中ROS的積累[62]。

4 展望

硒在帕金森病防治過程中具有重要作用，硒的生物學功能主要通過硒蛋白來實現(xiàn)，因此研究硒蛋白在PD 發(fā)病機制中的作用具有重要意義。硒供應不足可能加劇神經元功能障礙和死亡，近年來硒蛋白在大腦中的生物學功能方面取得了顯著進展，特別是硒蛋白的抗氧化、抗炎、維持線粒體和內質網功能方面，這為利用硒治療神經退行性疾病開辟了新的潛在可能性。然而，硒參與的特異性治療藥物在轉化階段未能取得預期的效果，這可能與大多數(shù)藥物難以透過血腦屏障這一生理屏障特性相關，且對硒補充的最佳劑量和形式評估仍然是一個有爭議的問題，其安全性和有效性需更多的研究進一步闡明。無機硒形式有較高毒性，因此限制了它們在治療上的應用，需要進一步尋找硒供體，特別是有機形式的硒供體以實現(xiàn)與硒相關的抗PD的藥品的研究。