多巴胺能系统与不宁腿综合征的昼夜节律

邱 健，赵显超，程金湘综述，宿长军审校

不宁腿综合征(Restless legs syndrome，RLS)又称为Ekbom综合征，是一种感觉运动障碍，其特征是患者主诉强烈的、几乎不可抗拒的肢体运动冲动。这种强烈的冲动通常伴随肢体深处不舒适或难以描述的感觉，但不总是如此。其在休息或静止时加重，运动后部分或全部缓解，夜晚症状重于其他时间。该病在美国及北欧成人的患病率约为1.9%～4.6%，女性的发生率高于男性，且随着年龄的增长发病率逐渐增加[1]。RLS作为一种慢性疾病，可以导致失眠、疲劳，降低了生活质量。RLS症状在傍晚或夜间加重反映了该疾病具有一定的昼夜节律性。目前RLS的发病机制尤其是昼夜节律的机制尚不清楚，多巴胺可能是目前研究最广泛的机制之一，RLS对多巴胺药物良好的反应性同样证实了该观点。多巴胺能系统又与昼夜节律调节相互联系，相互作用，推测多巴胺在RLS的昼夜节律改变中可能也扮演着重要的作用[2]。

本文从RLS患者存在或可能存在的昼夜节律异常、多巴胺能系统与昼夜节律调节的关系以及多巴胺能系统参与RLS病理过程等方面，进一步阐述多巴胺能系统与RLS昼夜节律的相互联系。

1 RLS与昼夜节律异常

RLS临床症状表现出昼夜节律。RLS患者临床表现为强烈的不可抗拒的肢体运动冲动，伴随肢体深处不舒服或难以描述的感觉，具备的特点为：休息时加重，活动后缓解，主要发生在傍晚或夜间。RLS疾病本身的感觉症状和伴有的运动症状都有显著的昼夜节律，且都在夜晚呈现出高峰[3]。而且RLS症状强度的峰值出现在身体核心温度下降的过程中，而症状强度的减弱出现在核心温度上升的过程中[2]。此外，RLS患者对外界刺痛刺激(评估静态机械痛的一种方法)的痛觉敏感性存在昼夜变化，这种痛觉过敏与神经性疼痛有相似之处，可能是由于中枢介导的。对RLS患者进行定量感官测试(晚上8：00～10：00和第2天早上的8：00～10：00)，发现患者的足部只有在晚上会出现机械性痛觉敏感性增加，在早上却未出现[4]。RLS患者机械性疼痛敏感性的昼夜节律可能是由内源性的神经递质和激素的改变引起的。

RLS患者的脊髓与皮质兴奋性也可能存在节律变化。由于RLS病理过程可能涉及脊髓兴奋性的改变，一项研究根据足底反射活动判断脊髓兴奋性，结果发现RLS患者晚上的足底反射活动增加，但正常对照未见差异[5]，这提示了RLS患者脊髓兴奋性也可能存在昼夜节律变化。而一项对RLS患者进行的事件相关同步化电位研究，发现了RLS患者夜间的皮质节律活动与上午的活动存在差异[6]。后又有研究使用经颅磁刺激的技术证实了该观点，结果观察到RLS患者与正常人群的白天的参数未见差异，但RLS患者在夜晚表现出皮质静息期缩短且运动阈值下降，该研究支持了皮质活动存在昼夜差异性[7]。

RLS患者在注意力、言语流畅性和执行功能等方面可能存在认知功能损害，这些损害被认为通过前额-纹状体回路所调节，也可能存在昼夜差异。一项研究[8]通过Simon任务探索RLS患者多巴胺依赖的认知功能是否存在与感觉运动相似的节律变化。结果发现在Simon任务中，RLS患者夜间的任务表现更佳，这可能是由于RLS患者视觉-运动启动的损害导致错误反应趋势的减少。但是目前对于认知功能损害是否存在昼夜节律的差异仍有待更多的研究证实。

此外，RLS患者内源性的激素和神经递质水平可能存在昼夜波动。RLS患者的感觉与运动症状出现之前，褪黑素分泌增加，提示了褪黑素可能通过抑制中枢系统多巴胺的分泌影响RLS的症状[9]。多巴胺是催乳素主要的抑制因素，并且会影响人生长激素的释放，催乳素和生长激素可以作为多巴胺代谢异常的观察指标。对未经治疗的RLS患者进行24 h动态观察，发现两种激素波动正常；但使用左旋多巴后的RLS患者催乳素和生长激素释放会发生改变，而且这种变化只出现在晚上[2，10]，这种原因可能是突触后的多巴胺受体昼夜变化的敏感性不同。RLS患者脑脊液中的hypocretin-1也有报道可能存在昼夜差异[11]。

2 多巴胺能系统与昼夜节律调节

哺乳动物几乎所有的生理和行为过程都遵循着节律模式，而这主要靠下丘脑视交叉上核(SCN)这个主时钟的调节。多巴胺分泌存在昼夜节律变化，之前的研究证实多巴胺以及代谢产物昼夜节律的变化不仅仅出现在人类的血清中，也出现在灵长类动物的脑脊液以及大鼠的纹状体中，在结节漏斗多巴胺能系统的研究也揭示了多巴胺受体的敏感性在夜晚增加[12]。脑内多巴胺能系统主要参与运动功能、动机目的和药物滥用等生理过程，而其参与的与动机和觉醒状态相关的生理活动存在着昼夜节律改变，这些节律改变可被SCN以及SCN以外脑区通过多巴胺能系统进行调节[13]。SCN以及其他脑区时钟既可以调节多巴胺能系统节律变化，多巴胺能系统也可以对其产生负反馈作用。

多巴胺在视网膜、嗅球、纹状体、中脑和下丘脑展现出昼夜节律样的活动，而在其中的部分脑区，节律基因既调节着多巴胺的活动，同时多巴胺也调节着节律基因的表达。节律基因包括Bmal1、Clock、Per1和Per 2、Cry1 和Cry 2、Npas2和Rev-erba，有研究发现节律基因Clock、Per和Bmal1等在富含多巴胺神经元的腹侧被盖区(VTA)和黑质区(SN)有表达[14]。以纹状体的研究为例，节律基因可以调节多巴胺递质的变化。多巴胺内源性的节律调节需要纹状体上的节律基因Per2的正常表达，这种效应又通过D2受体的特异性激活所介导[15]；另外，纹状体D3受体的表达也展现出在节律的核受体RORα和REV-ERBα控制下的日间变化[16]。而多巴胺能系统反过来也会影响节律基因的表达。在体外培养的纹状体神经元中，D2或D3受体激动剂会抑制节律基因Clock和Per1的表达，而D1受体激动剂会刺激Clock、Per1、Npas2和Bmal1的表达[17]。这些提示了纹状体的多巴胺信号通路与节律控制联系密切。

在多巴胺能系统参与的精神性疾病和神经变性病中，例如帕金森病、儿童注意力缺陷多动障碍，昼夜节律以及睡眠觉醒周期的改变也同样出现。

3 RLS的多巴胺能系统异常

RLS患者表现出昼夜节律异常，而多巴胺能系统与昼夜节律的改变联系密切，且参与了RLS病理过程，推测多巴胺能系统参与了RLS的昼夜节律变化[2]。RLS患者多巴胺能系统异常的研究结果不一。较早研究中的脑脊液分析结果显示，RLS患者和对照组相比，多巴胺合成相关的前体物质与代谢产物未见差异[18]。后来，又有两个独立的研究都发现，RLS患者脑脊液中3-氧-甲基多巴(3-OMD)显著增加，而且这种增加与多巴胺代谢物高香草酸(HVA)有关[11，19]。鉴于从酪氨酸羟化酶到多巴胺的代谢途径，3-OMD和HVA的增加最好地解释为可能是酪氨酸羟化酶(水解酶)活性的增加导致RLS患者多巴胺产生增加。

影像学的研究进一步揭示了脑内多巴胺能系统的变化。PET以及SPECT的研究发现脑内多巴胺的功能失调不仅涉及到黑质纹状体区域也涉及到中脑边缘区域[20]，尽管结果并不一致，但不少研究从多巴胺能系统的突触前以及突触后变化提示了RLS患者存在多巴胺功能损害。

对于突触前多巴胺的变化，研究的重点是位于突触前膜上的特异性的多巴胺转运蛋白(dopamine transporters，DAT)，其功能对评价多巴胺神经递质系统的功能具有重要的价值。许多使用SPECT的研究并未发现DAT的变化，只有两项研究发现了DAT功能失调，其中一项研究发现早期RLS患者纹状体中的DAT下降[21]，而另一项研究则发现了在严重的老年RLS患者中纹状体中DAT的密度有所增加[22]。而在PET的研究中，利用示踪剂氟[18F]-多巴胺([18F]F-DOPA)，通过放射性标记左旋多巴摄取，检测左旋芳香族氨基酸脱羧酶(AADC)活性，以评价多巴胺神经元末梢的功能，有的研究并未发现差异，有的研究发现在壳核和尾状核的摄取下降；而针对膜结合DAT，一项PET研究发现，RLS患者中壳核和尾状核的结合潜力下降，而腹侧纹状体区域并未发现异常[23]。SPECT与PET在纹状体DAT的研究结果似有矛盾之处，但SPECT反映的是总的DAT的动态变化，而PET则仅仅反映了膜结合的DAT的变化，对此的解释是尽管总的细胞的DAT没有发生改变，但是膜结合的DAT的数量是下降的。

对于突触后的多巴胺D2受体，只有一项SPECT研究发现RLS患者的纹状体中[123I]标记的碘苯甲酰胺([123I]- IBZM)的结合下降，表明纹状体的多巴胺功能减弱，但是其他几项SPECT研究并未发现异常[20]。PET研究主要使用示踪剂示踪剂[11C]-雷氯必利([11C]-raclopride)研究RLS患者的突触后D2受体，其中有两项研究报道了纹状体的摄取下降，其中一项研究发现纹状体的D2受体的结合潜能下降，但膜上的受体密度以及受体的亲和度并未发生变化[24]。另有一项使用示踪剂的PET研究发现，RLS患者中脑边缘多巴胺区域[11C]-雷氯必利的结合潜能降低，例如伏隔核和尾状核区域；而在黑质纹状体区域却没有发现差异，如壳核区域[24]。这种结合能力与临床的严重程度成负相关，且与使用多巴胺药物治疗后疾病严重程度的升高成正相关，该研究进一步揭示了RLS患者的中脑多巴胺功能的损害。但是也有研究获得相反的结果，发现RLS患者的边缘和相关的纹状体亚区[11C]-雷氯必利的结合潜能更高；且使用更亲和D2受体的放射性物质[11C] FLB 457后发现丘脑的内侧和背侧、前扣带回和岛叶的结合潜能更高[25]。

PET和SPECT的研究支持了多巴胺通路功能的异常，不仅涉及了黑质多巴胺通路，还涉及中脑边缘区域，病理学的数据以及动物模型的研究同样支持了这一理论。尸体解剖的结果发现纹状体DAT的总量没有区别；但是纹状体的D2受体蛋白下降，而且这种下降的程度与RLS的严重程度是相关的；在纹状体与黑质的酪氨酸羟化酶的活性也显著增加。这些研究都符合突触前的高多巴胺状态，表明多巴胺的合成以及释放都是增加的。在动物中研究发现，脑内缺铁的小鼠会出现与RLS患者相同的多巴胺的变化，发现D2受体密度、DAT下降，而磷酸化的酪氨酸羟化酶的表达增加[3]。大多数影像医学的研究发现，多巴胺通路异常涉及到纹状体区域D2受体和多巴胺转运体(尤其是膜结合的转运体)的异常，这些发现与突触间多巴胺的增加相符合。

左旋多巴等多巴胺药物对RLS的治疗有效，一般认为RLS患者的多巴胺缺乏。如果RLS患者脑内多巴胺已经在不正常的增加，补充多巴胺却可以减少症状，这个明显的矛盾其实与多巴胺活动、RLS症状的昼夜节律有着密切的关系。增加的多巴胺的刺激将会导致突触后的下调改变，可能是受体的改变也可能是内在细胞功能的改变。对于严重的RLS患者，D2受体下调的一般模式可能代表着多巴胺-受体反应的部分下降。多巴胺分泌有着明显的昼夜节律模式，在傍晚或晚上分泌下降，在早晨时分泌增加，这可以解释RLS患者的突触后适应对于日间增加的多巴胺刺激对维持白天功能是足够的，但是对于傍晚或者晚上的多巴胺下降后却是不足的[26]，这就导致了尽管RLS患者总的多巴胺在增加，但是傍晚或夜间的多巴胺会相对缺乏。因此通过使用多巴胺激动剂或补充左旋多巴来增加多巴胺的活动可以帮助缓解RLS的症状。然而，通过补充多巴胺来控制RLS症状的方法并不会持久，这是由于随着药物的不断补充，将会导致多巴胺受体持续的下调和多巴胺的需求进一步的增加；同时夜间多巴胺的缺乏会更加严重且持续时间更长[26]。这个多巴胺失调理论可能是RLS症状恶化的基础，导致了RLS的症状出现时间更早，以及使用多巴胺药物后更严重。

多巴胺异常的具体解剖部位存在着争议，沿脊髓下行的多巴胺能系统可能也参与了RLS的病理过程，该系统起源于背侧下丘脑，被称为A11区域。潜在的机制可能是脊髓A11多巴胺区域对脊髓感觉传入抑制作用的丧失[27，28]。A11区域病变的啮齿类动物常被用来作为一种RLS动物模型。A11区域病变的动物常表现为运动活动的增加，而且会由于铁缺乏加重。然而神经病理学上的研究并不支持这一观点，在RLS患者中并未发现A11区域病变的证据。

不同多巴胺受体亚型对多巴胺的亲和性不同，在脊髓中，低多巴胺浓度更容易激活抑制性的D2类受体(包括D2、D3和D4受体)，介导脊髓背侧的抑制作用[29]；而高浓度的多巴胺则作用于兴奋性的D1类受体(包括D1和D5受体)[30]，甚至可以引起和维持孤立脊髓中的运动样活动[31]。RLS表现的感觉异常与其常伴有的周期性肢体运动(periodic limb movements，PLMs)可能分别是脊髓环路中感觉加工与运动处理中的两种不同反应过程。下肢运动的产生是在胸腰段的脊髓腹侧，而D1受体在脊髓腹侧表达高于背侧，D1受体介导的活动可能作用于脊髓运动相关的功能而不是感觉相关的功能。动物实验显示D3受体敲除和MEIS1敲除的小鼠表现出兴奋性增加，感觉相关兴奋性增加可能来源于D3受体系统的改变，运动相关兴奋性增加可能是由于脊髓中D1受体表达增加[32]。

多巴胺药物初始治疗RLS患者的有效性得到了证实，但长期治疗却会造成“恶化”，其具体机制尚未清楚。一项随机对照临床研究结果显示选择性D3受体激动剂对RLS症状以及PLMs的改善效果优于D2受体激动剂[33]。多巴胺药物可能作用于抑制性的D3受体，降低了神经元的兴奋性。而长时间D3受体激动剂的治疗会导致脊髓中兴奋性D1受体亚型的增加，并可能导致恶化[34]。随着年龄的增加，RLS的发病增加，而脊髓中的D1受体表达增加，这也支持了D1受体可能参与了RLS的发生以及恶化的出现。有研究发现抑制性的D3受体可以与兴奋性的D1受体通过形成功能性的异二聚体或者异四聚体相互作用[35]。且D1受体可以与腺苷A1受体形成异二聚体，通过这种异二聚体可以调节D1受体的功能[36]。这种A1-D1受体形成的异二聚体不仅在脑内基底节区发现，也在脊髓中发现。有报道称，脑内缺铁会造成低嘌呤的状态，下调A1受体，可能打破了纹状体以及其他区域中由A1-D1受体异二聚体控制的平衡和A1受体介导的对谷氨酸神经递质的抑制作用，这可能引起PLMs以及高觉醒[37]。

总之，多巴胺能系统异常在RLS的病理过程中具有重要作用，同时铁作为多巴胺递质合成的必要辅助因子，与多巴胺异常密切相关。铁缺乏会降低多巴胺受体的密度，来自动物的研究提示，铁缺乏大鼠在尾状核和壳核出现多巴胺D1受体与D2受体数量下降，且D2受体水平与铁的浓度水平相关[26，38]。虽然已经有大量的研究显示多巴胺、铁系统都与RLS有关，但是目前尚不清楚缺铁以及多巴胺能系统异常状态是如何出现的。RLS真实的病理过程可能比一个或者两个系统的参与更加复杂。有研究认为，基因以及环境因素的影响可能导致了脑内缺铁状态，这种状态可能是导致RLS的首要的病理学机制，将导致多巴胺异常状态(主要涉及静坐不能与PLMs)和高谷氨酸能状态(同样参与了觉醒的增多)，除此之外还可能有第三种机制即低腺苷状态的参与[27]。

4 结 语

RLS患者的感觉与运动症状、脊髓与皮质兴奋性、认知功能以及激素和神经递质都呈现出或者可能呈现出昼夜节律的变化；多巴胺分泌具有昼夜节律，在主控时钟的指挥下协调着部分生理活动的节律变化，并能对节律调节产生负反馈作用；多巴胺能系统在RLS患者中异常，并在发病过程中占有重要地位。推测多巴胺能系统可能参与了RLS的昼夜节律异常。但RLS的病理机制可能是多方面，其昼夜节律也可能由多个系统共同参与调节。因此，探究RLS昼夜节律改变背后的机制网络需要更多的基于人与动物的研究。