帕金森病发病机制与治疗研究进展

辛陈琦综述，张承武，李 林审校

0 引 言

帕金森病（Parkinson′s disease，PD）是一种多发于中老年人的神经系统退行性病变，其主要病理特征为黑质多巴胺能神经元的进行性死亡。在65岁以上的人群中，PD发病率为2%左右，随着世界人口老龄化的日益严重，PD患者的数量也越来越多。目前世界上大概有1000万PD患者，其中我国的患者人数大概为500万，这给我国人民的健康和社会发展带来巨大的压力［1］。在1817年，詹姆士·帕金森博士首次详细阐述一类包括运动功能障碍如动作迟缓、肌强直、静止性震颤，以及非运动症状例如嗅觉衰退、睡眠障碍的疾病，后来人们将其命名为帕金森病［2］。目前关于帕金森病的发病机制虽然提出诸多学说，但仍有待进一步阐明；在治疗方面，临床上仍以对症治疗为主，但尚未有可以治愈PD的方法。本文我们将介绍PD的发病机制，并着重讨论基于发病机制的有关PD治疗的方法和进展，希望可以为PD的临床研究提供理论指导。

1 PD发病机制

PD患者的主要病理特表现在黑质致密部多巴能神经元的损伤、纹状体多巴胺含量的减少［3］；后者进而引起黑质-纹状体通路多巴胺神经支配功能的减弱，胆碱能神经功能相对增强，患者出现运动功能障碍等症状。PD的发病目前认为主要和年龄、环境及基因因素相关［4］。其中年龄因素在PD发病中的作用已经得到大量研究结果证实，随着年龄的增加，PD的发病几率也越来越高。环境中有多种因素可以导致PD，例如重金属、杀虫剂、神经毒素等。但是，部分PD患者在年轻时就发病，而且没有明显环境致病因素存在，进一步研究证明，这些患者体内的某些基因发生了突变或缺失，我们称之为家族性PD［5］。目前已经报道的PD相关基因有十多个，其中最常见的为发现亮氨酸重复激酶2（leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2）、α-突触核蛋白、PINK1、DJ-1、parkin等基因［6］。这些PD相关基因的发现，为我们深入认识PD的发病分子机制提供了很好的模型依据。统计学结果显示，家族性PD患者约占患者总数的10%左右，而剩余的90%无家族性致病基因存在的，我们称之为散发性PD［7］。PD的致病因素虽然比较明确，但发病机制仍有待进一步阐明。目前认为，PD的致病因素主要影响蛋白降解、线粒体功能、氧化应激的平衡等，进而导致多巴胺神经元的死亡。

2 PD的治疗

目前临床上对于PD一般是采取对症治疗，常用的药物包括拟多巴胺类药和抗胆碱药。前者包括左旋多巴、儿茶酚-O位-甲基转移酶抑制剂、单胺氧化酶抑制剂等，它们一方面可以体内补充多巴胺的含量，另一方面可以减少多巴胺的降解，从而维持多巴胺的正常水平；后者包括苯海索、东莨菪碱等，通过拮抗相对过高的胆碱能神经功能起作用［9］。随着人们对PD研究的深入以及生物技术的发展，人们对于PD的治疗有了更多的方案，在此，我们着重介绍基于PD发病机制的有关治疗方法，同时也介绍最近兴起的几种方法。

2.1 增加线粒体功能遗传学、病理学研究结果表明，PD患者均伴有不同程度的线粒体功能损伤。神经毒素和PARK1，PARK2，PINK7等基因的突变会引起线粒体功能异常，最终出现帕金森症状。多巴胺能神经元线粒体的高度活跃也决定了神经细胞的易受损这一性质，增加线粒体的生物活性可以增强神经元抵抗外界压力的能力。

烟酸，又称为维生素B3，是人体必需13种维生素之一，烟酸进入体内后可以在酶的作用下生成辅酶I（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，NAD+）、辅酶II（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，NADP+）。NAD+参与生物体内的氧化还原反应，是呼吸链的重要组成之一，同时NAD+也可以作为生物信号因子，影响下游蛋白例如聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶［poly（ADP-ribose）polymerase，PARP］、Sirtuins等的活化［10］。

Williams等［11］发现 Vitamin B3可以缓解神经退行性疾病，其机制主要是通过提高细胞内NAD+/NADH的含量，并增强线粒体呼吸链复合体的功能而实现。有研究发现Vitamin B3通过增加NAD+/NADH可以对抗PD疾病，在他们的文章中运用到了PD模型的果蝇，并阐明Vitamin B3是通过抑制线粒体功能异常而发挥作用［12］。Szego等［13］发现在补充Vitamin B3后，细胞内NAD水平增加，重组人去乙酰化酶2通过wnt信号通路作用于蛋白激酶B从而调节多巴胺能神经元的活性。NAD也可以作用于PARP蛋白家族并激活其蛋白活性，抑制细胞损伤［13］。除了Vitamin B3，其他维生素也对PD有一定的对抗效果，这对于PD的防治有重要参考价值［14-15］。在呼吸链中，泛醌在复合物I和复合物II/III中起着电子传递的作用，近年来研究发现在PD患者多巴胺能神经元内的泛醌的含量明显低于正常组［16］。给MPTP诱导的小鼠PD模型补充泛醌后，线粒体的功能显著增强［17］。此外，研究表明，临床抗组胺药Latrepirdine可以增强呼吸链及ATP合成酶的功能［18］，也可以通过增加自噬能力而增强细胞的活力［19］。

线粒体是细胞能量补给站，也是多种疾病发生的关键因素。最新的研究表明，在Ca离子依赖性的CD38和cADP介导下，星形胶质细胞中的线粒体会排出到细胞外基质，并在胞吞的作用下进入邻近的神经细胞［20］，这一研究结果提示，移植健康的线粒体是也可能成为PD治疗的方案之一。线粒体功能异常导致ATP减少，细胞不能维持其正常活动，最终走向死亡。包括PD在内神经退行性疾病是威胁人类健康的重要疾病之一，越来越有证据表明线粒体的功能异常与这类疾病的发生、发展密切相关，因此提高线粒体的生物活性，是治疗这类疾病的一个重要途径。

2.2 减少氧化应激大量的研究结果表明，氧化应激与PD的发生密切相关。在氧化应激环境中，细胞产生大量活性氧簇（reactive oxygen species，ROS），ROS造成细胞内线粒体自噬受阻、生物大分子损伤；并且会激活小胶质细胞，使之释放炎症因子引发神经炎症［21］。此外，临床标本分析结果显示，PD 患者多巴胺能神经元存在大量ROS［22］，这进一步佐证了ROS在PD发病中的重要作用。

谷胱甘肽（glutathione，GSH）不仅是一个神经递质，也是生物体内重要的抗氧化剂。在PD患者SN区域的多巴胺能神经元中，GSH的含量远远低于正常对照组，通过静脉注射增加GSH的含量，可以起到有效对抗PD的效果［23］。核转录因子Nrf2是细胞内对抗氧化应激的重要信号分子，在氧化应激下Nrf2与其抑制因子Keap1解离，Nrf2由细胞质转移到细胞核，上调抗氧化蛋白基因的表达，增强细胞抵抗氧化应激能力［24］。提高Nrf2的活性、增加Nrf2的磷酸化水平或者减少Keap1的表达可以增加内生抗氧化蛋白的表达，例如过氧化氢酶、超氧化物歧化酶过氧化还原酶等，从而抑制由病变或外界刺激产生的ROS，增强细胞存活能力［25］。

炎症反应可以产生ROS，同时细胞ROS增多也可以诱导发生炎症［26］。通过正电子发射计算机断层扫描技术分析PD患者脑部，发现胶质细胞的激活主要发生在基底核区域［27］，对PD患者的脑脊液提取分析发现存在大量的促炎症因子［28］。黄芩等黄酮类药物，它可以减少肿瘤坏死因子α、白细胞介素6等促炎症因子，抑制胶质细胞的活化，达到治疗PD 的效果［29］。

离子通道紊乱是细胞产生ROS的原因之一，其中钙离子通道［30］、钾离子通道异常与PD密切相关［31］。多巴胺能神经元线粒体分布很多钾离子通道，钾离子通道的正常转运是线粒体产生ATP的保障，因此有效地控制钾离子通道的开/关尤为重要。有研究表明埃他卡林对鱼藤酮诱导产生的小鼠PD模型有保护作用，其主要通过特异性活化钾离子通道而实现［32］。钙离子作为细胞内重要的信号分子，其含量的变化对细胞存活起决定性的作用。当细胞处于钙超载状态时，会破坏线粒体上的呼吸链，线粒体膜电位会下降，ATP产生减少，引起细胞不可逆性损伤，最终造成细胞死亡。Hurley等［34］发现，钙稳态紊乱出现在早期PD患者神经元细胞中［33］，抑制钙离子通道可以有效地减少PD患病风险。依拉地平是二氢吡啶类钙拮抗剂药物，临床上主要作用于高血压。研究数据表明，服用依拉地平的高血压人群患有PD风险较低，其机制能与依拉地平对抗钙超载，进而保护多巴胺能神经元有关［35］。

2.3 增强蛋白降解途径蛋白异常聚集是多巴胺能神经元死亡的关键因素。α-突触核蛋白基因突变可以导致家族性PD［36］；α-突触核蛋白通过特殊的胞吞-胞吐方式使邻近神经细胞出现蛋白聚集或胶质细胞的激活，这一过程类似于朊病毒蛋白感染周围细胞［37-38］。研究发现α-突触核蛋白聚集首先发生在迷走神经、舌咽神经和嗅觉神经中，紧接延伸到延髓，然后到达黑质区，最后在多巴胺能神经元中发生聚集导致PD发生［39-40］。及时清除神经细胞内基质及细胞外基质中过多的α-突触核蛋白，可以保护细胞免受蛋白冗余毒性伤害。PRX002是α-突触核蛋白C-末端序列的抗体，通过特异性结合α-突触核蛋白从而减少细胞外基质中蛋白聚集。PRX00对抗PD的作用已经得到Ⅰ临床期实验的验证［41］。

细胞内蛋白降解包括泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system，UPS）、溶酶体相关自噬途径。UPS包括泛素、泛素活化酶、泛素结合酶、泛素连接酶、蛋白酶体。Parkin是一个泛素连接酶［42］，当Parkin基因突变导致其功能丧失时，可以诱发家族性PD［43］。Parkin蛋白的底物主要包括细胞周期调控相关蛋白1，Synphilin-1，CyclinE，氧位糖基化的α-突触核蛋白等。细胞周期调控相关蛋白1在神经元中大量表达，是一种突触囊泡相关蛋白，存在于突出前神经末梢，它的异常积累会造成多巴胺能神经元分泌受阻从而产生氧化毒性［44］。Synphilin-1主要在海马组织、皮质、小脑浦肯野神经元细胞中表达，它与α-突触核蛋白相互作用，是形成路易小体的重要组分之一［45］。通过对PD患者大脑成分检测发现，在皮质区Synphilin-1的水平较正常组分高［46］，通过高表达Parkin蛋白的PD小鼠发现，其底物Synphilin-1含量降低，聚集物减少，同时PD症状也有所缓解。

自噬是UPS之外的另一个重要的蛋白降解系统，通过形成囊泡，与溶酶体融合，从而进行蛋白质降解。自噬包括3种途径：分子伴侣介导的自噬、大囊泡自噬、内吞作用［47］。增加自噬的功能也能有效对抗PD［48］。分子伴侣作为高度保守蛋白在细胞内协助蛋白质或多肽链进行正常折叠、组装及其降解［49］。HSP70是分子伴侣家族蛋白之一，通过体外及体内实验发现过量表达HSP70可以提高分子伴侣介导的自噬能力，从而缓解蛋白聚集毒性［50］。线粒体自噬是一种通过自噬机制选择性清除受损或过多的线粒体的过程，研究表明线粒体自噬异常与神经退行性疾病相关［51］。在线粒体受到损伤后，与线粒体自噬相关的PINK1蛋白稳定的结合在线粒体外膜上，并招募Parkin蛋白，进而形成囊泡结构，再与自噬连接受体结合（如p62、LC3等），最终被溶酶体降解［52］。

蛋白质是细胞内重要的大分子之一，蛋白异常聚集可以导致包括PD在内的多种疾病的发生；增强蛋白质降解功能则是对抗这些疾病的一个重要方案。

2.4 其他新兴治疗方案细胞替换疗法我们已经知道，PD的发病是由于黑质多巴胺能神经元的进行性死亡，因此寻找一种细胞可以替代或生长为多巴胺能神经元将会从根本上解决PD的问题。早在20世纪80年代，就有人尝试通过移植多巴胺能神经元从而加强纹状体功能［53］；临床结果证明人胎腹侧中脑细胞移植到PD患者脑内后，人胎腹侧中脑细胞受纹状体支配，重塑多巴胺能神经元功能，并且有效的缓解运动障碍［54］。近年来有研究发现，未成熟的多巴胺能神经细胞较多巴胺始祖细胞更易分化成酪氨酸羟化酶阳性细胞，从而催化酪氨酸生成多巴胺，这一过程在调节中枢神经和交感神经系统功能上发挥着重要作用［55］。此外，研究结果显示，胚胎干细胞和诱导多能干细胞不仅能定向诱导分化成多巴胺能神经元可以缓解PD动物模型行为学缺陷，还可以避免机体免疫排除反应［56-57］。但是，细胞移植疗法目前仍处于前期研究阶段，并未在临床上推广使用，其原因在于干细胞定向分化效率低、存在致癌风险等［58］。

深层脑部刺激疗法（deep brain stimulation，DBS）是通过在PD患者脑部植入电刺激器，在电场作用下刺激脑部基底核区域，缓解运动障碍，同时和左旋多巴配合治疗可以减少患者的用药量［59］。DBS与传统的手术疗法（如苍白球切开术）相对比，减少了出血、梗塞及死亡率的风险。但是人们对于DBS的治疗仍存在争议，临床试验表明丘脑基底核的DBS会带来认知和精神方面的副作用，例如冲动、情绪不稳定等［60］。

基因疗法也是目前PD治疗手段之一，它是利用病毒载体携带目标基因导入到特定的脑区，通过目标基因的表达缓解PD行为学障碍［61］。目前采用的目标基因包括谷氨酸脱羧酶、与多巴胺相关的合成酶和神经生长因子［62］等。谷氨酸脱羧酶是γ-氨基丁酸合成的限速酶，可以增加丘脑底核γ-氨基丁酸的量，缓解PD非运动障碍；酪氨酸羟化酶、GTP环化酶1、芳香氨基酸脱羧酶的表达增多可以诱导多巴胺合成。尽管基因疗法在临床前实验中已经取得了一定治疗效果，但该疗法仍未得到推广应用。

此外，有证据表明PD可能起始于肠道疾病，然后扩散到嗅球再到尾管脑干，最后通过脑干和脑间到达皮质区域，造成PD［63］。在PD的动物模型中发现，神经毒素鱼藤酮诱导后，小鼠中枢神经系中发现α-突触核蛋白聚集，并且其肠腔内微生物群发生生态失衡，益生菌群相对丰度明显降低，进而促进PD的发生。因此有学者提出改善肠道菌的微环境，减少短脂肪酸链的释放，从而抑制小胶质细胞的激活，缓解PD的运动障碍［64］。

3 结 语

PD是影响人类健康和生命的重大疾病，给患者家庭及社会带来巨大的社会和经济负担，但是目前仍未找到可以治愈PD的方法。阐明PD的发病机制是PD治疗的关键所在，因此今后应加强PD发病机理入手，找到导致多巴胺能神经元死亡的关键分子，并针对于此开发相应的治疗方法。另外，细胞替代疗法也是很值得期待的一条治疗PD的途径，但替代细胞的来源及安全性仍有待研究。