帕金森病发病机制研究进展

沈凡艺 陈子方 吴海妹 郭沛鑫

云南中医药大学，云南 昆明 650500

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)又名震颤麻痹，多发生在中老年患病人群里，是一种神经退行性慢性疾病。常以运动迟缓、静止性震颤、植物神经功能紊乱以及肌强直等为主要临床表现。相关研究[1]数据显示，我国PD患者高达1.7%，普遍为65岁以上的人群，具有患病率、病残率较高和病程呈慢性进展的显著特点，目前已逐渐成为人口与健康领域中广泛关注的热点问题。由于PD通常在临床症状尚未出现之前就可能伴随神经退行性的病理变化，当大多数相关的神经元相继发生死亡后，才会出现明显的临床特征，所以早期诊断和治疗十分困难，目前的各种医疗手段都无法完全逆转神经元死亡的结局，不能彻底治愈疾病，只能缓解其症状[2-5]。因此，众多的研究者和医生均寄希望于PD的机制研究有所突破，从而能从源头研发新药或寻找解决方案。

PD的发生发展与年龄、遗传、环境等因素有关，通常多巴胺能神经元的变性坏死、全脑水平多脑区以α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)为主要成分的路易小体(Lewybody,LB)的形成、以及多巴胺神经递质的减少都被认为是PD形成的主要病理特征[6]。但其详细发病机制尚未清晰，尚存在各种科学假说。文章对近年来PD的发病机制研究进行综述，旨在为PD的临床治疗和新药的研发提供一定的参考。

1 氧化应激

活性氧是人体正常生命过程中代谢的一类生物活性非常高的含氧分子，在生理条件下，对人体起到了防御功能，参与氧化还原反应，调节各种信号通路，清除外来物质的入侵等。但在病理条件下，则会破坏细胞脂质，抑制细胞的正常功能。在人体细胞内会不断地产生自由基等物质，而自由基与活性氧的的关系非常密切，它们共同的特点是化学性质活泼，容易与其他分子包括蛋白、脂类、核酸等生物大分子发生反应[7]。为了制衡这类活泼的分子成分，在机体细胞内存在抗氧化防御系统，通过氧化还原反应的调节，控制活性氧的动态平衡，并且清除过多的自由基，维持机体的相对稳态。当机体内氧化和抗氧化的状态被打破，更倾向处于氧化的状态，失去平衡，就会发生氧化应激。

脑组织是机体氧化代谢最活跃的器官，在正常人体的脑组织中存在酶性和非酶性两种内源性抗氧化防御系统，以此给大脑组织提供一个安全屏障，使其免受氧化损伤。其中，酶性抗氧化物包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽S转移酶和过氧化物酶等物质，都可以清除自由基[8]。但随着年龄的增长，酶性抗氧化物的含量会逐渐减少或者活性降低，细胞的抗氧化系统出现缺陷，抗氧化能力下降。这在中老年人群中体现最为明显。此外，各种生化反应所生成的活性氧等自由基清除不彻底，可使脂质过氧化，对DNA和蛋白质也会产生氧化损伤[9]。

相关研究表明，与年龄相关的神经退行性疾病的发病机制与氧化应激的产生有很大的关联，活性氧的大量异常生成是 PD 患者脑中多巴胺能神经元丢失的一个重要因素，而大量活性氧生成的原因包括多巴胺代谢、离子水平紊乱、低谷胱甘肽、钙超载等[10]。文献报道[11]以鱼藤酮葵花油乳化液诱导建立PD 大鼠模型，检测治疗前后氧化应激指标的相关变化，包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性及谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)，结果发现模型组大鼠的氧化应激的指标含量均上升，而抗氧化应激的指标含量均下降，经过一定周期的治疗后，上述指标含量有所改善。结果提示PD模型大鼠多巴胺能神经元的保护作用机制可能与减轻氧化应激损伤有关。

2 线粒体功能障碍

线粒体的功能障碍与活性氧生成以及能量增加密切相关。细胞通过有氧代谢，在呼吸链的一系列反应中释放能量，并促进ATP的生成，在此过程中线粒体提供了大量的能量和主要场地。线粒体细胞凋亡，主要是由于一系列底物的水解，通过激活不同的激酶，诱导线粒体中细胞色素C的大量涌出，完成蛋白酶级联反应的激活，最终使线粒体功能发生障碍[12]。

研究显示，在 PD 患者的黑质中线粒体复合物I 活性降低32%～38%[13]。并且在PD患者尸体解剖的研究中[14]发现，不完整的线粒体呼吸链酶复合体普遍存在于大脑黑质中，导致细胞有氧呼吸功能减弱，无法产生能量合成ATP，引起了细胞无氧分解，发生酸中毒，并降解细胞的蛋白质，发生氧化代谢反应，严重影响到了大脑黑质区多巴胺能神经元的正常功能。与此同时，一些具有神经毒性和兴奋性的氨基酸如谷氨酸也相应增加，加速了神经元的损伤[15]。此外，在PD模型的制备类型中，鱼藤酮作为一种常用的的毒素，主要是通过抑制线粒体复合物Ⅰ的功能，产生“非特异性”脑损伤和周围毒性，杀死多巴胺能神经元，进而引起神经元的损伤，鱼藤酮制备PD模型的过程证明，线粒体功能的系统性缺陷可能导致选择性黑质纹状体神经变性[16]。

3 内质网应激

内质网(Endoplasmic reticulem,ER)是一种对钙离子及细胞内环境的变化十分敏感的细胞器，在蛋白质的转运、组装、折叠过程中都有参与，以此维持细胞稳态[17]。细胞存活需要细胞器的正常运行，包括蛋白质能够正确折叠，若发生错误则会使未折叠蛋白反应(Unfolded protein response，UPR)的防御机制被激活，并且让正常的细胞机能被打破[18]。内质网应激是由于蛋白质在折叠过程中发生错误或未折叠，并不断积累而造成的，细胞氧化应激、钙稳态破坏或者葡萄糖饥饿、缺氧都会对其有影响[19]。

研究认为，在PD患者神经元死亡的过程中，由UPR介导的内质网应激扮演了重要角色[20-21]。研究发现，α-突触核蛋白的持续积累可能导致内质网中钙稳态失衡，引起钙泵的活化，神经元中的钙代谢受到重大影响，直接引起内质网应激。而内质网应激持续存在将进一步导致α-突触核蛋白的聚集，两者之间形成一种恶性循环[22]。

4 基因突变

随着遗传学的进一步深入研究，人们逐渐意识到遗传因素在PD中的重要地位和作用。目前，在人体中发现有多种基因突变和PD发病有特别的联系，可能导致多巴胺神经元发生异常，不利于其正常存活[10]。现已明确的基因包括编码α-突触核蛋白的SNCA(PARK1/PARK4)、LRRK2、VPS35、编码parkin蛋白的PAPK2、PINK1、编码DJ-1蛋白的PARK7、DNAJC6、ATP13A2等。这些基因的突变均与人类帕金森病的发生发展密切相关[23]。研究[24]发现SNCA基因座上Ala53Thr 和 Ala39Pro突变可以直接导致α-突触核蛋白异常表达，并聚集在神经元上，使神经元发生损伤。编码LRRK2基因中G2019S突变，可以使α-突触核蛋白的聚集增加[25]，使多巴胺能神经元死亡。有研究[26]认为在PD致病基因中的parkin、PINK1发生基因突变，会影响到线粒体的功能，使线粒体的自噬活性受到抑制，机体无法进行正常的对受损线粒体清除的工作，致使变性坏死的多巴胺能神经元越来越多。基因突变会影响α-突触核蛋白的表达和线粒体的功能，三者之间存在某种联系，彼此影响，能使神经元发生不可逆的损伤。从其中某个节点出发，针对性的干扰，可达到整体的缓和，对PD的治疗或有不一样的效果。

5 免疫炎症反应

近年来，临床医学和试验研究结果均表明，在PD的病程中，中枢神经系统免疫异常对其产生了很大的影响，最明显的特点是出现许多过度激活的小胶质细胞。在中枢神经系统中，小胶质细胞是占较大比例的免疫细胞。小胶质细胞在受到刺激被激活后，黑质致密部发散出大批活性氧和有毒细胞因子，导致神经元损伤[27]。研究表明[28]，用神经毒素注射在动物大脑中，经检测发现有小胶质细胞在黑质致密部处于活化状态，揭示了神经元的坏死可能与小胶质细胞有关。被激活的小胶质细胞带来H2O2、NO、OH-等自由基的大量产生和聚集，进而损伤大脑脂质、DNA和蛋白质，多巴胺能神经元因此受到不可逆的伤害[29]。

在帕金森病的发病早期，嗅觉神经系统和肠道上皮细胞中的组织发生炎症还可能会引发一定数量和程度的α-突触核蛋白错误折叠[30]。大量聚集的α-突触核蛋白可诱导适应性免疫和固有免疫，在免疫反应中激活小胶质细胞，过度激活的小胶质细胞增加IL-6、IL-1β、干扰素γ和活性氧的产生，使得小胶质细胞的吞噬能力和淋巴细胞的浸润能力逐渐增强，使神经元出现炎症反应，进一步使得多巴胺能神经元凋亡，最终导致PD的发生[31-32]。

6 微生物-肠-脑轴调控机制

微生物-肠-脑轴与中枢神经系统疾病之间的关系密切。许多PD患者出现静止性震颤等运动症状，比发生在胃肠道的病症如便秘等要晚很多年，这显示胃肠道的病症与PD发病存在一些关联[33]。研究发现[34]，有61.4%的PD患者存在便秘症状，且发病年龄大，病程持续时间长，自主神经症状较严重。另外，研究人员发现[35]，通过口服鱼藤酮造模的小鼠，表现出肠道转运延迟以及运动功能缺失的症状，和PD患者的表现很相似，而在给予一些饮食，例如含有尿苷等的食物时，小鼠出现的一系列症状都能有所缓解，这表明通过饮食干预对胃肠道产生的影响，能对PD症状起到防治的作用。有研究[36]把PD小鼠的胃肠道微生物菌群都去除，然后与另一部分不去除的PD小鼠相比较，结果发现小鼠运动功能缺失的症状得到了很大改善。BRAAK等[37]曾在尸检中发现，PD患者肠神经系统中存在路易小体，众所周知，路易小体是由α-突触核蛋白形成的，推测α-突触核蛋白或许是从肠神经系统开始聚集，并在逐渐的聚集过程中诱发各种机制损伤神经元。同时，Qian等[38]研究发现，在PD患者的粪便中可以检测到多种致病菌属，如厌氧菌、水杆菌属、梭菌属等。上述一系列的研究结果都指向了胃肠道微生物与PD患者临床表现之间存在着密切相关性。

7 铁死亡调控机制

铁死亡(Ferroptosis)主要受细胞铁离子的依赖，其过程主要是脂质过氧化产物和致死活性氧的大量积累，是一种非典型的细胞死亡方式[39]。铁死亡在细胞形态上的特征主要表现为细胞膜的完整性损伤、细胞核正常、线粒体萎缩，在能量上表现为还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的水平明显下降、三磷酸腺苷(ATP)水平无改变[40-41]。

2012年Stockwell 等[44]首次报道了铁死亡(一种新型细胞死亡方式)是一种铁离子依赖的非典型的细胞程序性死亡方式。在正常生理条件下，细胞内金属离子的浓度被控制在一定范围之内，对调节生物体的正常代谢起到重要的作用。在中枢神经系统内，铁不但是众多酶的辅助因子，参与蛋白质的合成、DNA的复制和膜蛋白的构筑等，还参与髓鞘神经递质的合成。虽然铁必不可少，然而在过度铁暴露或细胞对铁离子蓄积的调控功能缺失时，铁元素的细胞内稳态将不可避免地受到破坏，特别是神经细胞中铁元素的稳态失调将会引起不容忽视的神经毒性，会通过Fenton反应促使过氧化物降解而产生大量羟自由基，严重的情况下甚至会导致神经细胞死亡，进而造成细胞损伤。这种以铁离子为主要元素的金属内稳态失衡可引发多种疾病包括帕金森等神经退行性疾病[42-43]。

近年来，很多的研究表明铁死亡相关机制与神经退行性病变之间可能存在着联系。当机体内游离的铁离子开始大量积聚，超过了人体正常水平，ROS就会在细胞内迅速生成，在二价铁或酯氧合酶的作用下，催化细胞膜上高表达的不饱和脂肪酸，发生脂质体过氧化，从而诱导大脑黑质区的神经元细胞发生死亡，最终形成神经退行性改变[45]。Jiang等[46]研究表明，PD患者脑组织大部分的铁含量均正常，而在黑质部位则明显比正常人高。尸检报告指出，PD病人黑质致密部残存的多巴胺能神经元内有铁沉积[47]。Devos等[48]通过对PD患者进行驱铁药物治疗，可以有效降低其体内的铁离子含量，从而使PD患者早期出现的一些运动症状能够有所缓解。

8 小结

综上所述，PD的病因存在各种科学假说，其具体的发病机制并没有完全阐释清晰。PD的发病机制和各作用靶点之间的联系仍是现今研究的热点，在此基础上研究出安全有效的治疗药物更是迫在眉睫。当前全球人口老龄化严重的问题正在逐渐显现，PD患者的人数也在逐渐增多，全面阐述PD发病机制，研究有效治疗的药物，探索新的治疗途径和方法是重要的研究方向。