多巴胺转运蛋白在帕金森病诊断与治疗中的应用

蒋天放 综述 陈生弟 审校

(上海交通大学医学院附属瑞金医院神经内科,上海交通大学医学院神经病学研究所,上海 200025)

帕金森病(Parkinson disease,PD)是一种常见的神经系统变性疾病,其主要病理变化为黑质纹状体多巴胺(DA)能神经元变性死亡。近来的研究证实PD患者基底节区多巴胺转运蛋白(dopamine transporter,DAT)的水平是 DA能神经元最为特异的标记物,已成为诊断早期 PD的敏感指标。使用单光子发射计算机断层成像(SPECT)及正电子发射断层成像(PET)技术测定基底节区的 DAT水平有助于对 PD的正确诊断,并进行疗效评价。同时,DAT阻滞剂的应用也开辟了一个全新的治疗途径。

PD是由于 DA能神经元渐进性、选择性变性和缺失所导致的一种慢性、进行性疾病,以静止性震颤、肌强直、运动迟缓及姿势步态障碍为主要临床表现[1]。针对 PD的临床表现而得出的症状性诊断具备高敏感性,但病理诊断缺乏特异性[2,3],这使得 PD的早期诊断较为困难。大量临床研究显示,DAT神经功能显像技术能灵敏和直接地反映黑质 -纹状体通路 DA能神经元的变化,评价黑质纹状体退行性病变的严重程度,其特异性较症状学诊断较高。本文就 DAT在 PD诊断与治疗中的应用现状予以综述。

1 多巴胺转运蛋白

1.1 DAT的基因及生理作用 中枢神经系统的DAT是位于 DA能神经元突触前膜的一种糖蛋白分子,其编码基因位于 5p15染色体上,长 64 kb,包含15个外显子编码的部分。该基因在 3'末端有一可变数目的重复序列(VNTR)[4],VNTR的差异会影响转运体表达的基础水平,目前已找到 DAT基因的表达多态性与 DA相关疾病之间的关系[5]。DAT具有重摄取功能,即清除前额叶皮质以外部分的突触间隙中的 DA,并将其重新摄取入突触前膜,由去甲肾上腺素转运体(NAT)输送至神经元内以供再释放[6],突触间隙中的 DA通过神经元再摄取方式失去生物活性,保证了冲动传递的时效性。国内研究表明,PD患者脑内 DAT水平的降低与神经元内 DA含量减少呈正相关[7]。

1.2 DAT的生化病理 1-甲基 -4-苯基 -1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)目前被认为可能是与遗传因素共同作用而增加了人类罹患 PD风险的一种环境毒素[1]。它是一种高度亲脂分子,能够轻易渗透过双分子层脂膜,能在数秒钟内通过血脑屏障进入大脑。MPTP在单胺氧化酶 B(MAO-B)的作用下转化为 1-甲基 -4-苯基 -2,3-二氢吡啶离子(MPDP+),后者是一种非常不稳定的分子,能自发歧化为 1-甲基 -4-苯基吡啶离子(MPP+)和 MPTP[8]。除了内源性的 DA与 DAT结合后被转运入细胞内,MPP+也可被 DAT选择性摄入黑质 DA能神经元内,并通过线粒体外膜上能量依赖性转运机制进入线粒体并聚集,抑制线粒体电子传递链中的复合物Ⅰ,干扰 ATP的生成,导致 DA能神经元变形死亡。大量自由基的生成及应激性氧化反应增加也同样参与其中。

2 DAT神经功能显像在 PD诊断中的应用

通常,PD发病隐袭,在临床诊断确立时,约 50%～80%的黑质细胞已脱失[9]。基于详细的病理研究结果,Fearnley等[9]得出黑质细胞呈指数级损失的假设,即在疾病亚临床期,近 90%的黑质细胞可能已死亡。Nutt等[10]也证实早期 PD患者底节的 DAT水平已降低 30%～60%,在临床症状出现前,其含量已减少 50%以上。因此,DAT的功能活动、密度变化是能够反映 DA递质系统功能的一项客观、重要的指标,利用 DAT显像技术就能够灵敏、直接地反映黑质 -纹状体通路 DA能神经元的信息变化,对 PD的早期诊断及反映病情严重程度具有重要价值[11,12]。

2.1 DAT的 SPECT显像 被认为是诊断早期 PD及评估病情进展的一项有价值的检测技术。尽管早先有报道称运用18F-6-氟多巴 -PET显像来观测PD患者纹状体 DA含量,可提供较高的空间分辨率和较好的量化数据[13],但 DAT-SPECT显像的使用仍具有广泛性、实用性和性能优越性[14]。Ashkan等[15]将 8只雄性猕猴在 20 d内注射不同剂量 MPTP制备PD动物模型,旋转行为测试后,选择 I123标记的 N-ω-氟代丙基 -2β-甲氧羰基 -3β-(4-碘苯酚)托烷(beta-CIT)作为显像剂,应用 SPECT检测纹状体及枕叶区的 DAT含量。结果显示在亚临床期,患侧纹状体 DAT摄取功能已有明显降低。利用 DAT摄取功能可以评估 PD模型猴症状的严重程度,这与Ashkan等[15]进行的行为评分、黑质致密部酪氨酸羟化酶(TH)阳性细胞和尼氏染色观察 DA能神经元内尼氏小体的减少的实验结果均较为一致。因此,病理及生化改变都支持 DAT-SPECT显像的结论,且DAT-SPECT显像适用于对 PD的病情监测。

临床证实 PD患者多单侧起病,早期临床症状多不对称。有研究[16]发现 Hoehn-Yahr分级为 1～2.5级的 PD患者的双侧纹状体的 DAT功能与密度均低于正常对照。同时,多巴胺转运蛋白显像剂(99Tcm-TRODAT-1)的 SPECT显像结果表明,PD患者双侧纹状体特异性摄取99Tcm-TRODAT-1的能力有显著差异,患肢对侧纹状体对99Tcm-TRODAT-1的特异性摄取较患肢同侧显著下降[16]。这两种现象表明,早期PD患者纹状体的 DAT功能与密度有不对称受损,患侧为甚。这种“双侧不对称性减低”的特性与 PD临床“症状与体征不对称”的特点相吻合。

除了 DA能神经元突触前膜 DAT以外,突触后膜的多巴胺 D2受体(D2R)的功能变化也是反映 DA能神经系统病变的客观指标。然而在注射 MPTP第7天(即制备偏侧 PD猴模型)进行 DAT-SPECT显像,发现其损毁侧的 DAT功能降低 60%左右,注射后 4个月时的 DA的降低可达 99%以上,而第 14天时131I-IBZM显像未发现 D2R功能有明显变化[17]。Chalon等[18]也发现,PD患者在 DA能神经元脱失的同时,伴随有突触前膜 DAT的显著减少,而早期未经替代治疗的 PD患者的突触后 D2R功能则正常表达或明显上调。产生该现象的机制可能是早期 PD患者的黑质 DA减少导致内生 DA相对增加,即突触前持续降低的 DA刺激致使突触后 D2R功能持续上升,而一旦 DA补充治疗后则扭转了这种上调效应,呈现受体下调现象[19]。由此可以推断,DAT较 D2R在 PD的早期诊断中更加敏感。

上述 PD患者 DAT-SPECT显像的“双侧不对称性减低”现象,以及 PD早期 DAT及 D2R显像结果,均可为 PD与继发性帕金森综合征、与原发性震颤(ET)之间的鉴别诊断提供依据[16,19,20]。

2.2 DAT的 PET显像 目前应用18F标记的能够发射正电子的放射性核素标记配体进行 PET检查,其优点是能有效地纠正组织衰减、防止辐射弥散和具有较高的敏感性,且 PET应用的核素标记配体属于内在标记,不影响配体的药物动力学,因而有利于进行定量分析。蒋雨平等[21]发现对患者先后进行脑受体显像(18F-FP-CIT)的 PET和99Tcm-TRODAT-1的SPECT显像,两种显像技术对于 PD的早期诊断敏感性都很高。然而,SPECT为半定量分析,仅能区分出整个纹状体区域 DAT含量的异常变化,而无法区别出早期损害最为严重的壳核区。相比较,18F-FP-CIT的 PET能够直接行核素分布计数,在显像图中,可以敏感地区分出纹状体各区(尾状核、前壳核和后壳核)的损害程度,即在早期 PD患者尾状核、前壳核和后壳核 3个基底节不同组成区之间,DAT含量均值均存在显著性差异(P＜0.01),以后壳核降低最为严重。Nurmi等[22]应用18F-CFT的 PET显像发现早期PD患者的尾状核、前壳核和后壳核的 DAT活性分别减低至正常对照者相应部位的 71%、45%和 27%,与上述文献中的实验结果相一致。

研究发现[21],经 Hoehn-Yahr分级及统一帕金森病分级量表(UPDRS)评价后的早期与晚期 PD患者,应用 PET和 SPECT显像后,基底节各区域的 DAT活性与 HY分级、UPDRS评分呈显著负相关。我国也有类似的报道[16,23]。因此,PET与 SPECT均可对 PD的病情进展进行监测。

3 与 DAT相关的 PD治疗

DAT参与 PD的发病机制的形成,主要是因MPTP、MPP+、苯丙胺 (AMP)与之结合后被转运入DA能神经元内,或其本身不被转入细胞,却阻止了DAT转运 DA,从而导致突触间隙内DA含量上升,干扰了神经突触间正常的信号传递。

可卡因是一种 DAT抑制剂[24]。敲除 DAT基因的小鼠对可卡因的反应减弱,并在给予可卡因后对其成瘾性降低[25,26]。此外,经 6-羟基 DA化学损毁了伏核和腹侧被盖区 DA能神经元的小鼠对可卡因的作用效应明显降低。因此,可卡因可因其具有阻断 DAT这一作用而可能用于治疗 PD。但目前全球滥用此类药物的趋势以及可卡因不容忽视的成瘾性给该治疗的临床应用施加了阻碍。Kyle等[24]发现苯甲托品与 GBR-12909(1-[2-[双(4-氟代苯基)甲氧基]乙基]-4-[3-苯丙醇]哌嗪二盐酸盐)作为DAT阻断剂,对 DAT亦有较大的亲和力。实验观察可卡因、苯甲托品和 GBR-12909与野生型和突变型人类 DAT之间的相互作用,得出了“分子结构的不同决定了拮抗剂与受体间的结合模式,而并非单纯取决于拮抗剂的亲和力或其药代动力学”的论点。这对于 DAT抑制剂在临床上的应用起到了很好的指导作用。

4 展 望

由于 PD早期有 DA更新率增加(突触前代偿)和 DA受体失神经后超敏(突触后代偿)的机制,使得临床症状不明显(代偿期),随疾病进展才逐步出现典型的临床表现(失代偿期),故而早期及时准确的诊断及时有效地应用神经保护性治疗,无疑可为延缓乃至阻止 PD的进展提供可能。因此,DAT的PET与 SPECT显像在 PD的早期诊断以及鉴别诊断中作用非常重要。DAT相关的 PD治疗的深入机制研究有可能为临床治疗 PD开辟新的途径。

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