帕金森病嗅觉减退与非运动症状的相关性研究进展

吴巧珍综述，王 强审校

帕金森病(Parkinson's disease，PD)是仅次于阿尔茨海默病的第二常见的全球神经退行性疾病，其病理机制是黑质多巴胺能神经元受损，存活神经元中含有α-突触核蛋白(Alpha-synuclein，α-syn)的包涵体(路易小体)受损。PD患病率随着年龄的增长而增加，60岁以上人群中有1%的人患有PD[1]。根据2015年颁布的运动障碍学会标准，早期PD可分为3个阶段：临床前PD(神经退行性变开始时没有明显的症状或体征)、前驱PD(症状和体征存在，但仍不足以定义PD)和临床PD(基于临床症状的诊断)[2]。PD前驱期的非运动症状(non motor symptoms，NMS)因其高患病率而日益成为PD的一个新的临床焦点。嗅觉障碍是PD的一个重要的非运动症状，临床和病理学研究都表明，它往往比运动症状的出现早几年或几十年，80%的PD患者都存在嗅觉减退症状[3]。越来越多的研究发现，PD患者的嗅觉减退与各种运动和非运动症状有关，如认知减退、睡眠障碍、精神障碍等[4]。PD的NMS及其相关因素可能是预测运动性PD未来发展的有用临床生物标志物[5]。因此，本文探讨了嗅觉减退与PD其他NMS的相关机制，以期为PD的早期诊断和治疗提供新思路。

1 嗅觉减退的病理生理机制

人类嗅觉信息主要由嗅球经嗅束直接进入初级嗅觉皮质，包括前嗅核、梨状皮质、内嗅区、杏仁核周围皮质，并进一步投射至次级嗅觉皮质，如眶额皮质、丘脑背侧内核、海马、岛叶皮质以及杏仁核复合体[6]。然而，对于嗅觉减退的发生机制，目前并没有系统的论述。一系列的研究表明，PD嗅觉减退可能与中枢神经系统区域的神经元的丢失和神经递质系统的改变、PD相关蛋白的聚集，以及大脑相关结构的异常等因素有关。

1.1 相关蛋白的改变 以往的研究表明，PD的病理特征是神经元内异常α-突触核蛋白(α-syn)聚集体的沉积。这些病理性沉积物在中枢神经系统(CNS)中有特定的分布，遵循Braak阶段假说，第一阶段主要影响嗅球和迷走神经运动背核，因此PD的嗅觉障碍似乎可以通过中枢神经系统内嗅觉结构中的异常α-syn沉积来解释[7]。多项临床和病理研究表明，嗅球和下脑干通常是异常α-syn聚集体沉积的部位。随着PD病程的进展，α-syn从嗅球、前嗅核和下脑干扩散到大脑的其他区域。Johnson等[8]将α-syn预制纤维双侧注射到野生型小鼠的嗅球中，并在注射后6 h发现α-syn存在于前嗅核和梨状皮质中，这表明α-syn可能从嗅球转移到大脑的其他相关嗅觉区域。除了以上的传统嗅觉中心，PD患者的嗅觉减退与边缘或副边缘皮质的一些非传统嗅觉区域有关，例如杏仁核[9]。杏仁核是一个主要的嗅觉中枢。杏仁核皮质核接收初级嗅球投射，与其他核相比，显示出更多的α-syn病理学和神经元丢失。这些慢性和长期的初级嗅觉系统受累可能会导致神经元回路的重塑，导致嗅觉区的形态学改变和异常神经可塑性，从而出现嗅觉减退。

以往的研究主要关注病理性α-syn在嗅觉相关大脑皮质的聚集，很少有人关注PD嗅觉障碍患者的脑脊液中α-syn的变化。Guo等[10]研究证明PD伴有嗅觉障碍组脑脊液中的α-syn水平显著高于PD不伴嗅觉障碍组，表明α-syn从嗅觉相关脑区大量沉积并释放到脑脊液中。在生理状态下，α-syn在调节神经递质释放和维持突触可塑性方面发挥良性作用。然而，当α-syn错误折叠时，形成的病理性α-syn或路易小体对神经元产生神经毒性作用。其病理聚集与炎症反应相互作用，即α-syn的异常聚集可引起神经炎症，而神经炎症反应可进一步加速α-syn的异常聚集[11]。这种恶性循环可能导致嗅球内大量α-syn的积累，从而导致嗅觉减退的出现。

除此之外，遗传性PD动物模型也证明了嗅觉减退和α-syn的相关性。大量研究发现，遗传性PD模型中描述的嗅觉功能障碍，主要与SNCA基因有关。Hansen等[12]在过度表达α-syn-GFP(绿色荧光蛋白)的转基因小鼠和具有人类α-syn的A53T突变小鼠中都观察到嗅觉障碍。A53T突变小鼠表现出异常的α-syn积累，胆碱能神经元数量减少，嗅觉系统中乙酰胆碱酯酶活性降低[13]。除了α-syn病理学，尸检在PD患者大脑中也发现了tau病理学[14]。Tau是一种微管相关蛋白。过度磷酸化的tau(P-tau)是神经原纤维缠结的主要成分。当tau过度磷酸化时，会导致神经元变性和死亡。为了证明Tau与PD嗅觉减退之间存在相关性，Takeda等[15]研究表明前嗅核中的tau水平与杏仁核和内嗅皮质中路易小体的形成有关，这两个区域都是大脑中关键的嗅觉区域。Beauchamp等[16]的研究也进一步证明了上述观点，在PD动物模型中，敲除tau蛋白之后，会导致小鼠出现功能性的嗅觉缺陷。

PTENα是一种肿瘤抑制因子，它与神经系统疾病的关系及其潜在机制也得到了广泛的研究。据报道，它在大脑发育的不同阶段发挥着不同的作用，包括神经元分化、迁移和突触可塑性调节[17]。PTENα在许多类型的组织中都有表达，尤其是在大脑中的表达很高。研究发现，与大脑其他区域相比，嗅球中PTENα的表达水平明显更高。Yuan等[18]研究表明，PTENα可能通过内吞调节在维持适当水平的受体信号中发挥重要作用，从而影响小鼠嗅球的神经发育和神经回路的建立，并维持正常的嗅觉功能。相反，PTENα的缺失会导致嗅球内吞作用减少，从而导致神经回路建立障碍和嗅觉功能障碍。另外，PTENα突变体H169N在小鼠嗅球中的过度表达扰乱了嗅觉功能，进一步支持PTENα参与嗅觉调节的结论。

1.2 神经递质系统以及神经元的改变 PD患者的多种神经递质发生改变，有几种已证实与嗅觉障碍有关，包括多巴胺、乙酰胆碱和血清素。多巴胺作为一种神经递质，广泛分布于中枢神经系统的许多结构中，包括嗅觉系统，尤其是嗅结节区域，由于嗅结节和其他中边缘区域接收来自腹侧被盖的多巴胺能输入，因此该区域的多巴胺能缺陷可能导致PD患者的嗅觉功能障碍。为了更清楚地识别多巴胺转运体(DAT)缺陷与嗅觉减退之间的关系，Oh等[19]通过FP-CIT PET和MRI图像评估，证明了PD早期尾状核DAT摄取值与嗅觉功能障碍相关。Noyce等[20，21]研究也证明了PD嗅觉减退与纹状体的DAT活性结合之间存在高度相关性。随着深入研究，以神经毒素为基础的PD动物模型被广泛用于诱导黑质纹状体神经元的多巴胺能变性。MPTP(1-甲基-4-苯基-1，2，3，6 四氢吡啶)是一种广泛用于PD模型的神经毒素。MPP+被DAT吸收并在多巴胺能神经元内积累，通过抑制电子传递链的复合物I引起线粒体损伤和氧化应激，被证明在减少PD急性毒素模型中黑质纹状体多巴胺能丧失和运动损伤方面具有显著的有益作用。在啮齿类动物中，单次经鼻给予MPTP后，观察到嗅觉辨别的破坏[22]。这种破坏与嗅球多巴胺和去甲肾上腺素水平降低和嗅觉上皮损伤有关。这表明PD嗅觉减退症状与多巴胺能变性显著相关。PD患者的乙酰胆碱水平的改变也会导致嗅觉障碍。Meynert基底核富含产生乙酰胆碱酯酶的神经元，在PD患者中表现出大量神经元缺失[23]。Bohnen等[24]在使用正电子发射断层扫描的研究中，PD患者的宾夕法尼亚大学气味识别测试(UPSIT)评分和乙酰胆碱酯酶活性之间存在中度至强相关性，说明了乙酰胆碱与嗅觉丧失之间的潜在关联。第三种可能在PD嗅觉功能障碍发病机制中起作用的神经递质是血清素。5-羟色胺来自中缝核，通过中缝核将投射物发送到嗅球。因此，在PD病患者的中缝核中发现了路易病变，嗅球和嗅觉系统其他区域的5-羟色胺显著减少，证明5-羟色胺与PD患者的嗅觉减退有关。

1.3 大脑相关结构的改变 以往的研究只关注大脑皮质，很少有研究阐明嗅觉损伤和大脑结构改变之间的联系。Haewon等[25]测量了18例特发性PD伴低嗅觉患者和18例年龄和性别匹配的无低嗅觉患者的海马体积，并将海马体积与嗅觉减退的严重程度相关联，结果表明PD伴低嗅觉患者的海马体积明显较小。因此，PD患者双侧海马萎缩意味着中枢嗅觉过程存在潜在问题。另外，Wang等[26]研究发现，与对照组相比，PD患者的嗅球体积减小，嗅沟结构也发生变化。Tanik等[27]的研究结果也证明了上述观点。与健康对照组相比，PD患者的嗅球体积和嗅沟深度显著降低。此外，右侧嗅球和左侧壳核的体积，以及右侧嗅沟深度和右侧海马体积之间存在显著相关性。综上所述，大脑相关结构的萎缩也会导致PD患者的嗅觉减退。

2 嗅觉减退与认知障碍的相关性

认知障碍是PD前驱期的NMS之一。迄今为止，已经有大量研究证实了PD患者的嗅觉障碍和认知障碍之间存在显著的相关性。最近一项研究表明，PD患者的认知功能下降程度在伴有嗅觉减退的患者中更严重[28]。由于PD患者的嗅觉功能障碍与多种认知缺陷有关，因此嗅觉减退可作为早期PD患者认知能力的敏感标志物[29]。认知功能由多巴胺能、5-羟色胺能和胆碱能系统控制的多种神经递质调节。多巴胺能神经元是一种高度复杂的结构，能释放多巴胺并与目标神经元(如乙酰胆碱和5-羟色胺)发生突触反应，从而激活下游信号级联，进一步调节神经元兴奋性。研究发现，PD 患者海马区多巴胺减少与嗅觉障碍有显著相关性[30]，而多巴胺的减少同样与PD患者的认知障碍有关。在 PD患者中，由于黑质纹状体系统多巴胺能减少，皮质-皮质下多巴胺环路遭到破坏，从而影响认知[31]；同时，多巴胺系统与海马相互作用，多巴胺的变化可对海马依赖的记忆及学习能力产生影响。此外，Bohnen 等[32]发现PD患者的嗅觉减退和认知障碍与胆碱能通路的完整性有关，嗅觉识别能力与海马、杏仁核的乙酰胆碱酶活性呈明显的正相关，而边缘系统中的乙酰胆碱酶活性与执行、记忆功能相关，同时，边缘皮质中胆碱能神经失支配与嗅觉受损相关，故从神经生化机制上可解释嗅觉减退与认知障碍的相关性。随着PD病程的进展，认知障碍程度会进一步加重，从而进展为PD痴呆(PDD)。Baba等[33]发现嗅觉功能障碍与PD痴呆风险之间也可能存在关联。由于与嗅觉功能相关的几个大脑区域与认知能力下降密切相关，因此严重的嗅觉减退可能会预测PDD的发展。有研究显示，PDD患者的新皮质、边缘和基底节区域的多巴胺能、5-羟色胺能和去甲肾上腺素能神经分布普遍存在缺陷[34]。同样，这些神经递质的改变也会导致PD患者的嗅觉减退，因此PD嗅觉减退可以作为PDD的标志。

除了神经递质的调节作用，大脑相关皮质的萎缩也可以解释嗅觉减退与认知障碍之间的相关性。Lee 等[35]研究发现PD伴嗅觉减退患者的认知相关大脑灰质萎缩，以梨状皮质、眶额皮质等嗅觉皮质更明显，该解剖结构提示两者存在密切关系。许多研究表明海马体萎缩与嗅觉损伤有关，这意味着海马体是认知损伤和嗅觉减退之间的关键联系。另外，一些与记忆和嗅觉相关的大脑区域，尤其是海马旁回，在认知能力下降的PD患者中发生改变[36]。海马旁回是一种与海马结构相邻的大脑结构，主要由内嗅皮质构成，作为传入信息的整合站，整合后的信息随后被发送到海马结构和大脑的其他区域，如杏仁核和纹状体。由于内嗅皮质直接接收嗅觉输入，因此海马旁回的萎缩可能会干扰嗅觉相关反应。同样，由于杏仁核和海马结构涉及记忆处理的几个方面，因此海马旁回的损伤不可避免地会导致认知障碍[37]。综上，PD患者的嗅觉减退与认知障碍存在显著的相关性。

3 嗅觉减退与情感障碍的相关性

精神症状是PD的重要非运动特征，包括抑郁、焦虑等，这些疾病的病理生理学可能与广泛的脑干和皮质神经元丢失以及病理性的α-syn的异常聚集有关。大量的文献表明，嗅觉功能的破坏会导致情绪状态紊乱。然而，对于这两者的神经基础研究甚少。抑郁症是最常见的神经精神疾病之一，也是PD前驱期的非运动特征之一。据报道，超过2.64亿不同年龄段的人受到抑郁症的影响。有证据表明，参与PD发病机制的几个因素，如多巴胺、去甲肾上腺素和5-羟色胺的消耗，以及额叶皮质和边缘回路的破坏，可能会导致PD患者的抑郁症[38]。此外，焦虑和抑郁与5-羟色胺能和去甲肾上腺素能通路的改变有关，这些通路与额叶和皮质下区域的多巴胺能变性相互作用。神经影像学发现与抑郁相关的大脑异常区域主要位于额叶和纹状体，以及皮质下或边缘结构，包括丘脑、杏仁核、海马、前扣带回皮质和岛叶[39]。在前额叶区域，PD抑郁症患者的神经活动增加，前额叶和边缘结构之间的功能连接减少。嗅觉在抑郁症研究中受到广泛关注，并可能为感官功能和情绪之间的联系提供一些见解。嗅觉不同于其他感觉方式，因为嗅觉的输入基本上绕过丘脑，几乎直接投射到与情绪调节和情绪状态有关的大脑中心。嗅球中的嗅觉处理通过与边缘系统和大脑皮质直接联系，气味分子与鼻嗅上皮感觉神经元的嗅觉受体结合，投射到嗅球，随后投射到次级嗅觉区域，包括前嗅核、嗅结节、内嗅皮质、梨状皮质和皮质杏仁核，然后，该信号进一步传输到其他大脑中心，包括海马、丘脑、岛叶腹侧前叶、眶额皮质和腹侧被盖区[40]。因此，嗅觉系统似乎可以直接进入知觉处理的皮质中心以及与情绪处理有关的大脑区域。此外，抑郁症发作后嗅觉结构的解剖损伤已在人类大脑中观察到。核磁共振成像(MRI)显示，抑郁会导致嗅球体积减小，嗅球体积减小的程度与抑郁的严重程度相关[41]。因此，嗅球体积的大小可能是增强抑郁症易感性的一个生物标志物。除此之外，抑郁症患者的海马、杏仁核、扣带回皮质的体积也有所减少[42]。海马和杏仁核接收来自嗅觉系统的投射信息，同时，在情绪学习和记忆的调节中也发挥关键作用[43]，因此，嗅觉和抑郁之间存在联系是由于嗅觉和情绪处理共同的解剖结构(杏仁核、海马、眶额皮质、前额叶皮质、伏隔核、海马旁回、脑岛、腹侧纹状体)受到影响。以上这些介导情绪应激反应和嗅觉信号处理的神经结构重叠表明嗅觉结构可能与情绪障碍有关，并可以解释为什么抑郁症往往伴随嗅觉功能的改变。

为了深入了解与抑郁症有关的神经回路，许多人转向了动物模型。啮齿类动物抑郁样行为模型中与神经网络的改变可能导致嗅觉功能紊乱。Li等[44，45]在抑郁症动物模型中，观察到嗅觉受体数量减少，嗅觉辨别受损，以及嗅球和海马中的神经发生减少。虽然许多研究表明海马神经发生减少与抑郁样症状风险增加之间存在关联，但很少有研究测试重度抑郁和嗅球的神经发生之间的关系，Rochet等[46]发现在抑郁症动物模型中，神经发生减少能够恢复海马以及嗅球中的神经发生水平。Chen等[47]研究发现，短暂的嗅觉剥夺会导致小鼠的情绪和认知障碍。此外，缰核是参与嗅觉信息向大脑其他区域的传递的通路，也被证实可能在抑郁症中受到影响。啮齿动物双侧眼球切除模型显示，抑郁症期间缰核细胞凋亡水平较高，这可能有助于其在抑郁症伴嗅觉障碍中的作用[48]。以上动物研究证实了嗅觉减退与情绪障碍之间的相关性。研究抑郁症与嗅觉功能之间的关系有可能为疾病的可能神经生物学基础、症状表达以及治疗和干预的可能新靶点提供独特见解，因此进一步的研究对于弥合目前关于抑郁症与嗅觉功能之间关系的差距至关重要。

4 嗅觉减退与睡眠障碍的相关性

快速眼动睡眠行为障碍(REM sleep behavioral disorder，RBD)是PD患者的前驱期非运动症状之一。临床表现为快速眼动睡眠期间的痉挛、发声和复杂的运动行为，同时伴有生理性肌肉无力症。研究表明，大脑结构的病理学改变可能会导致RBD，如蓝斑核、外侧嗅下核、中缝背核、巨细胞核等结构的损伤可能会减少对运动神经元的抑制，从而导致RBD[49]。Chen等[50]研究发现，PD伴有嗅觉减退的患者有更多的NMS，尤其是RBD。然而，RBD中嗅觉减退的病理基础尚不清楚，这可能与PD前驱期RBD患者不同的病理学损害与神经解剖学退行性变模式有关。嗅觉系统和脑干下部的突触核蛋白病理学代表了大脑疾病的起始部位。根据Braak假说，早期病理学始于嗅球和下脑干，随着病程的进展，上升到中脑和皮质[51]。嗅束位于嗅球，其中的一部分纤维来自脑干的中缝核和蓝斑，发自蓝斑的去甲肾上腺素能纤维以及来自黑质的多巴胺能纤维部分投射到嗅区中央核，这些神经通路影响嗅球中的球旁细胞分泌多巴胺，从而影响嗅觉功能。而快速动眼睡眠(REM)期睡眠受脑干的中缝核及蓝斑控制，RBD 患者病理学改变主要累及脑干核团(蓝斑核、脑桥被盖核)，影响脑干与嗅觉通路联系的神经纤维，从而造成嗅觉障碍。因此RBD理论上可能与PD的嗅觉障碍相关。另外，大量研究证明RBD患者的发生是由于边缘系统的直接损伤，而嗅觉系统与海马、丘脑和额叶皮质有着相对直接的联系。Mazza等[52]使用单光子发射计算机断层扫描的脑成像研究报告，与对照组相比，RBD患者的额叶、颞叶和顶叶皮质区域的灌注减少，这证明了中边缘通路在RBD的发病机制中起重要作用，其被认为是嗅觉障碍和RBD发病机制的关键，由于这二者在大脑相关区域的病理改变有重叠，因此可以解释两者之间的相关性。嗅觉结构在PD等神经退行性疾病中早期参与，因此嗅觉功能障碍应被视为RBD的重要标志物。

除了在解剖结构上的相关性，PD嗅觉减退以及RBD与黑质多巴胺能的退行性变有关。对RBD患者进行的横断面研究显示，多巴胺转运体(DAT)结合与快速眼动睡眠期间的嗅觉功能障碍和肌电活动的严重程度有关。Jennings等[53]研究发现，伴有嗅觉减退和DAT缺陷的受试者比不伴有DAT缺陷的低嗅觉受试者更可能容易出现RBD，这项研究结果支持了黑质多巴胺能变性和嗅觉丧失以及RBD之间的联系。同时，Dušek等[54]发现RBD患者中肌电图肌肉活动也与黑质多巴胺能退行性变的严重程度呈正相关。Valencia等[55]研究表明，REM睡眠期间的异常肌肉活动可能反映了亚蓝核和或腹内侧髓质的变性，由于该髓质在解剖学上靠近黑质，因此在RBD中，一旦该髓质受到α-syn的影响达到一定程度，α-syn病理学就可能扩散到相邻的黑质。多巴胺能神经传递的亚临床损害可能对参与REM睡眠调节的脑桥或髓质结构产生叠加效应，从而加重REM睡眠期间受损的肌张力控制。上述研究结果证明了嗅觉减退以及RBD与多巴胺能退行性变方面的相关性。然而，二者的具体机制仍尚不清楚。RBD作为PD前驱期非运动症状的较为敏感的特异性标志物，其病理机制与其他非运动症状的相关性还有待进一步的探索。

5 小 结

综上，嗅觉减退的发生是多种因素共同作用的结果，目前对于嗅觉减退病理机制的研究尚处于初步探索阶段，主要通过尸检、动物实验以及影像学等手段进行研究，其病理生理机制主要涉及PD相关蛋白的异常聚集、中枢神经系统区域的神经元的丢失和神经递质系统的改，以及大脑解剖结构的异常等方面。嗅觉减退、睡眠障碍、认知障碍以及精神障碍是影响PD患者生活质量的重要因素，因此研究嗅觉减退与其他NMS在生理病理机制方面的相关性将有助于更好地预防及治疗PD。嗅觉减退作为PD最早出现的非运动症状，其检测手段主要有宾夕法尼亚大学气味鉴定测试(UPSIT)、五味嗅觉测试、电生理以及神经影像等，较为简便、客观，可能作为PD前驱期的特异性标志。及时对嗅觉减退的PD患者进行干预治疗，可降低其他NMS的发生风险。未来要把血清、血脂、脑脊液等标志物纳入研究，相关技术的突破可能为PD的治疗带来新的希望。在临床方面要进行更大样本的研究，为NMS之间的相关性提供更多的临床支持，同时也要开展更多动物实验以更深入地探索PD非运动症状的发生的具体机制，以指导对PD的早期诊断和干预治疗。