信号转导通路与帕金森病

张晓晓，卢 宏

(郑州大学第一附属医院神经内一科 河南郑州 450052)

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)也称震颤麻痹，是发病率仅次于阿尔茨海默病的神经退行性疾病，其主要病理改变是黑质致密部(substantia nigra compacta，SNc)、多巴胺(dopamine，DA)能神经元不可逆的丢失及路易小体(lewy body，LB)的形成［1］。PD 发病机制与多种因素相关，包括细胞自治性(如线粒体氧化应激、蛋白质聚集等)及非细胞自治性(如蛋白质错误折叠及神经免疫等)［2］。目前研究发现，多种信号转导通路亦参与PD发病机制，本文将相关研究给予综述。

1 PD及其发病机制

PD为一复杂的变性病，临床主要以静止性震颤、运动迟缓、肌强直、姿势步态异常为主要表现形式。针对其发病机理，尚无明确定论，考虑为多病因、多因素综合作用的结果，主要包括基因突变、线粒体功能障碍、过度氧化应激、泛素蛋白酶体系统功能障碍、细胞内外钙离子稳态破坏、细胞凋亡等［2］。截至1997年资料统计，PD在人群中患病率高达0.2%，65岁以上老年人中，患病率为1% ～2%，而在85岁以上老年人中，高达3% ～5%［1］，因此研究PD发病机制，针对发病机制合理治疗至关重要。

2 信号转导通路与PD

细胞信号转导通路由PD基因和相关蛋白质构成，可参与细胞分化、增殖及其凋亡活动等，从分子基础上决定PD的发病。它主要包括丝裂酶原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)通路、核转录因子 κB(nuclear transcription factor，NF-κB)通路、一氧化氮(nitric oxide，NO)、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)通路、蛋白激酶 C(protein kinase C，PKC)通路等。细胞信号转导途径的异常与DA能神经元活性及神经元凋亡存在明显关系［3］。

2.1 MAPK通路与PD MAPK是一种含有丝氨酸/苏氨酸的蛋白激酶，广泛分布于包浆中，MAPK通路主要包括胞外信号蛋白调节激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun NH2-teminal kinase，JNK)通路、p38 通路3 条途径，通过转录因子磷酸化，进而改变基因表达水平，参与神经损伤的发生及其修复［4］。

2.1.1 ERK通路与PD:ERK在体内广泛分布，调控机体的发育、生长、细胞迁移及成熟，对多种神经及精神类疾病的病理发生及发展有重要作用［5］。

MAPK/ERK对细胞的分化增殖及恶性转化均有调节作用，参与形成脑内长时程增强及突触的塑造。孔敏等［6］试验研究证实，长期使用左旋多巴，可显著增强PD大鼠纹状体ERK1/2磷酸化水平，使ERK通路激活，作用于突触结构蛋白，活化下游不同底物，参与改变突触和神经元的可塑性，最终改变行为学，而ERK1/2磷酸化主要发生在损伤侧纹状体，进而说明ERK通路参与PD运动并发症的发生，与纹状体上多巴胺受体超敏及受体后反应关系密切，临床给予抑制ERK通路药物可能有助于治疗PD运动并发症。

2.1.2 p38通路与PD:p38是重要的细胞内信号酶，是MAPK的重要组成部分，参与介导细胞免疫、炎症、凋亡、氧化应激等病理生理改变［7］。p38的激活与PC12神经元的凋亡一致，具有持续p38活性的PC12神经元可出现明显的细胞凋亡，提示p38/MAPK参与调控细胞凋亡［8］。而PD发病虽与多种因素相关，但最终结果是中脑黑质多巴胺能神经元的凋亡。Merad［9］曾有实验表明细胞凋亡中含有许多促凋亡因子，如细胞色素 c及半胱氨酸蛋白酶(caspase)。caspase家族蛋白具有天冬氨酸特异酶和半胱氨酸蛋白酶切位点，降解底物，使细胞形态学发生改变，介导凋亡，细胞色素c可调控caspase凋亡机制，功能异常时诱导凋亡。邻乙汞硫基苯酸钠可磷酸化p38/MAPK，使caspase-3活化，p38活性受抑制，细胞色素c释放减少，caspase-3的降解也减少，减少细胞凋亡，进而调控PD发病［8］。亦有研究发现，在MPTP模型小鼠中，p38/MAPK信号通路可能激活NF-κB和环氧化酶-2(cyclo-oxygen-ase-2，COX-2)，损伤黑质多巴胺神经元，诱导PD发生，证明p38/MAPK参与PD的发病［9］。p38/MAPK可通过增强表达原癌基因 c-myc，介导fas/fasL凋亡，使c-jun和c-Fos激活，诱导Bax转位及p53表达等，参与细胞的凋亡［8］。而作用于p38通路的药物可减轻PD多巴胺神经元的损伤，可能与减少炎症反应，降低细胞凋亡有关［11］。

2.1.3 JNK通路与PD:JNK信号通路参与调节细胞生长、凋亡周期，在应激的生理过程中扮演重要角色。JNK信号通路在未激活时主要存在于胞浆，激活后迅速表达，通过参与介导capase-3，促进COX-2的表达，调节释放细胞色素c，减少线粒体复合体I，增加活性氧等途径，造成纹状体运动区域的多巴胺能神经元凋亡［12］。

JNK通路与线粒体功能障碍及氧化应激:JNK通路的氧化激活受DJ-1因子的影响［13］，而DJ-1基因有抵抗线粒体氧化应激，减少复合物I的形成，清除过氧化氢，促进细胞内谷胱甘肽合成的作用［14］，防止JNK通路的激活，从而减少PD的发生［15］。当DJ-1基因表达减少或突变时，会造成细胞生理功能的缺失，当DA功能缺失时，其产生的6-羟基多巴胺和神经黑素可造成呼吸链损伤，ATP生成减少，最终细胞死亡于能量不够，PD发病增加。

JNK通路与内质网错误折叠及聚集:PD等神经变性疾病的脑组织中均有蛋白质的异常沉积，这些异常聚集的蛋白质造成细胞变性，ATP酶分解受阻，使神经元损伤［16］。泛素-蛋白酶体是细胞内清除蛋白质的主要途径，当其功能受损时，会造成内质网降解功能丧失，使蛋白质局部降解或折叠后反复降解，造成局部累积［17］。有报道证明，散发的PD模型研究中，异常蛋白质聚集可激活JNK通路，介导细胞凋亡［16］，造成PD的发病。

JNK通路与细胞凋亡:细胞凋亡与氧化应激、线粒体功能障碍等均有联系，caspase是细胞凋亡的关键酶，而细胞色素c的释放是细胞凋亡的关键步骤。体外模型中可利用乳胞素激活ASK-1，介导JNK和c-Jun磷酸化，使JNK通路激活，从而释放出细胞色素c，并激活caspase-3和caspase-9，导致多巴胺神经元凋亡，给予 JNK通路抑制剂 SP00125后，可减轻凋亡现象［14］。

JNK通路与KATP通道:近年研究发现以小胶质细胞过度激活为主要表现方式的炎症反应亦参与PD发病［19］，而KATP离子通道被激活后，可降低黑质和纹状体中NOS的活性剂mRNA的水平，造成TNF-a的产生及表达减少，抑制细胞凋亡［20］。埃他卡琳(Ipt)是新型的钾离子开放剂，用Ipt处理经鱼藤酮损害的小神经胶质细胞后，其线粒体膜上的钾离子通道被打开，c-Jun的磷酸化显著减少，使得JNK信号通路被抑制，细胞凋亡停止［14］，说明KATP离子通道的开放可能会抑制小胶质细胞的炎症反应，进而抑制JNK信号通路，减少PD的发病。

2.2 NF-κB 通路与 PD NF-κB 包括 RelA、RelB、CRel、p105/p50和p100/p52等，主要通过两种激活方式参与信号通路的调节。一种是依赖于NIK-IKKa/в的IκBal磷酸化及降解［21］，另一种是依赖于 ERK 和p38/MAPK磷酸化的转位［22］。NF-κB在PD病人的多巴胺神经元中是增加的，以及RelA核转录位在PD病人尸体的黑质多巴胺神经元中存在很强的表达。神经炎症在PD的发病机制中起重要作用［19］，NF-κB可参与外周炎症反应，调控B细胞的增生、增殖及凋亡，在T细胞分化的不同阶段起重要作用，而且参与树突细胞(dendritic cell，DC)的活性抑制，减少炎症损伤及凋亡［23］。在PD病人大脑中，LB的形成与被磷酸化的IκBaNF-κB 抑制剂及 SCFв-TrCPpIκBα 的泛素连接酶相关，NF-κB调节p53的表达，进而调节细胞凋亡。成神经细胞经1-甲基-4苯基-4氢吡啶离子处理后，发现p53表达增加，出现caspase-3的裂解及以DNA断裂及其核形态学变化为主要特点的细胞凋亡，所以NF-κB通过调控p53的表达，进而调节细胞凋亡，参与PD发病［24］。

2.3 NO、NOS通路与PD NO是由L-精氨酸和氧反应产生，NOS是其合成最关键的限速酶，其中iNOS为诱导型关键酶。NO参与介导多种神经毒素，而这些神经毒素可导致包括PD在内的多种神经退行性疾病［25］。在PD患者的中脑黑质及脑脊液中，iNOS均有显著增加，而NO的产生受iNOS的调节。NO与O2结合后，生成过氧亚硝酸盐，其有强烈的毒性，硝基化细胞内蛋白质的酪氨酸残基，使其功能发生改变，在PD患者的LB中，我们就发现了3-硝基酪氨酸［26］。免疫炎症参与NO、NOS通路，巨噬细胞可产生iNOS，使NO的合成增加，而小胶质星形细胞产生NOS后，可增加组织中的肿瘤坏死因子-α受体-1(tumor necrosis factor-α receptor-1，TNF-αR-1)及其 TNF-α 表达，神经元上TNF-αR-1被结合后，可使pro-caspase-8被活化，引起caspase级联反应，调控凋亡［19］。NO对线粒体呼吸链亦有破坏作用，消耗能量，破坏细胞膜内外电位，产生神经毒性，使多巴胺神经元损伤变性［26］。

NO是PD多种发病机制的重要组成成分，与其他信号转导通路亦有联系。当细胞受鱼藤酮刺激后，JNK信号通路被激活，进一步激活iNOS，使NO的产生增加，所以JNK通路可调控NO的产生［27］。中脑黑质多巴胺能神经元变性丢失严重受iNOS的影响，而iNOS的表达受p38的调控，在转录和翻译水平上，iNOS的表达受到p38的快速调节，进而调控多巴胺神经元的凋亡［11］。

2.4 PKC通路与PD PKC对细胞的增殖、生长及和核基因的表达起重要作用，磷酸化底物蛋白Ser-Thr的残基，对细胞的短期及长期反应均有调节作用，而PKCб亚型本身是凋亡蛋白caspase的效应靶点，参与凋亡相关蛋白的调节。PKCб的激活可能是一个PD的致病位点，参与PD的发病。PKC的某些家族成员在炎性刺激、有丝分裂刺激、应激刺激等情况下可作为ERK上游的信号分子，参与激活ERK［28］，并可选择性降低ERK1/2的磷酸化水平，所以PKC系统有可能参与调控ERK通路的部分激活，进而参与PD发病的调节［6］。

3 小结

目前PD的发病机制考虑为多因素共同作用的结果，与环境因素、年龄因素、神经免疫、细胞凋亡、线粒体氧化应激等均有相关性，各种信号转导通路通过参与调控免疫、炎症、凋亡等，从分子水平为PD的发生进行进一步的阐述。目前PD的治疗以临床改善症状为主，深入研究各种信号转导通路与PD发生发展的关系及各信号转导通路之间的相互联系，可以从分子水平上为PD的临床诊疗提供更深广的思路。

［1］Fabio B.Neural and Immune Mechanisms in the Pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Neuroimmune Pharmacol，2013，8(1):189-201.

［2］Etienne C，Peter J，FRPharm S，et al.Pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Movement Disorders，2013，28(1):24-30.

［3］陈生弟，王刚，刘军，等.帕金森病发病机制与诊治的基础与临床研究进展［J］.上海交通大学学报(医学版)，2012，32(9):1221-1226.

［4］陶昕，孟祥志，孙丽，等.MAPK信号通路与神经损伤的研究进展［J］.解剖学进展，2010，16(6):574-577.

［5］关晓伟.ERK1/2及CRF系统在可卡因成瘾过程中的作用［D］.南京:南京医科大学，2009:12-19.

［6］孔敏，巴茂文，刘振国.细胞外信号调节激酶通路在帕金森运动并发症中的作用［J］.中华神经科杂志，2009，42(5):67-70.

［7］Roux P P，Blenis J.ERK and p38 MAPK-activated protein kinases:a family of protein kinases with diverse biological functions［J］.Microbiol Mol Biol Rev，2004，2(68):320-344.

［8］孙欣.p38 MAPK通路和帕金森病［J］.国外医学-老年医学分册，2009，30(2):65-67.

［9］王茜，张辉，张作凤，等.p38MAPK对帕金森病MPTP模型小鼠NF-κB和COX-2调控的研究［J］.中国现代医学杂志，2012，22(28):15-20.

［10］陶丽珍，陈建宗.NF-κB通路与帕金森病［J］.国际老年医学杂志，2011，32(1):32-35.

［11］张田，张作凤，魏子峰，等.p38 MAPK通路参与调控iNOS活化及其介导的帕金森病小鼠的多巴胺神经元消失［J］.中国煤炭工业医学杂志，2009，12(3):34-36.

［12］Wapen S，Kooncumchoo P，Shavali S，et al.Salsolinol，an endogenous neurotoxin，activates JNK and NF-κB signaling pathways in human neuroblastoma cells［J］.Neurochem Res，2007，32(6):443-450.

［13］Lee K W，Junn E，Mouradian M M，et al.DJ-1 protects against oxidative damage by regulating he hioredoxin/ASK1 complex［J］.Neurosci Res，2010，67(3):203-208.

［14］关榆根，张建鹏.JNK信号通路的激活在帕金森病发病机制中的作用［J］.生物技术通讯，2012，23(6):874-878.

［15］Rita P，Teresa C O，Ana C R.Peprint of:Revisiting oxidative stress and mitochondrial dysfuction in the pathogenesis of Parkinson diseaseresemblance to the effect of amphetamine drugs of abuse［J］.Free Radical Biology and Medicine，2013，62(1):186-201.

［16］陈娜，代丽芳，姜玉武，等.内质网应激后未折叠蛋白反应在神经退行性疾病发病机制中的作用［J］.生物化学与生物物理进展，2012，39(8):764-770.

［17］胡晓梅，郭斌.自噬在帕金森病发生发展中的作用［J］.生命科学，2013，25(1):73-77.

［18］Li X，Du Y，Fan X，et al.c-jun Kinase mediates lacacystin-induced dopamine neuron degeneration［J］.Neuropathol Exp Neurol，2008，67(10):933-944.

［19］张娜，柯开富，邱一华.神经炎症在帕金森病发病机制中的作用［J］.交通医学，2012 26(1):45-47.

［20］刘彩霞.帕金森病中KATP通道的研究进展［J］.Apoplexy and Nervous Diseases，2012，29(2):188-189.

［21］Awasthi Y C，Sharma R，Cheng J Z，et al.Role of 4-hydroxynonenal in stress-mediated apoptosis signaling［J］，Mol Aspects Med，2003，24(45):29-230.

［22］Craig R，Larkin A，Mingo A M，et al.p38 MAPK and NF-kappa B collaborate to induce interleukin-6gene expression and release.Evidence for a cytoprotective autocrine signaling pathway in a cardiac myocyte model system［J］.J Biol Chem，2000，275(31):23814-23824.

［23］Long-Smith C M，Sullivon A M.，Nolan Y M.The influence of mictoglia on the pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Progress in Neurobiology，2009，89(3):277-287.

［24］Noda K，Kitami T，Gai W P，et al.Phosphorylated IkappaBalpha is a component of Lewy body of Parkinson’s Disease［J］.Biochem Biophys Res Commun，2005，331(1):309-317.

［25］Davies I R，Zhang X.Nitric oxide selective electrodes［J］.Methods Enzymol，2008，436(8):63-95.

［26］李晓峰，陈建宗.一氧化氮信号通路与帕金森病的发病机制［J］.第四军医大学学报，2009，30(18):1836-1838.

［27］Gao H M，Hong J S，Zhang W，et al.The role of differential activation of p38-mitogen-activated protein kinas in preconditioned ventricular myocutesl［J］.FASEB，2000，14(14):2237-2246.

［28］范鹰，李静，杨奕，等.通过抑制PKCδ-ERK1/2通路减轻6-羟基多巴胺所致多巴胺能细胞凋亡［J］.中国生物化学与分子生物学报，2011，27(12):1133-1140.