线粒体功能障碍与帕金森病的相关性及中医药对其干预作用研究进展

米文静，孙灵芝

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种慢性进展性神经系统退行性疾病，英国医学家James Parkinson于1817年首次提出“震颤麻痹”的病名，后人为表纪念，将其称为PD，并将每年的4月11日（James Parkinson的生日）定为“世界帕金森日”。流行病学调查显示，我国60岁以上人群PD粗患病率为113.9/10万，且男性发病率高于女性，近年来我国PD患病人群呈快速上升趋势，而人口老龄化是最重要的原因之一［1］。PD常见临床症状包括静止性震颤、运动迟缓、肌强直、姿势障碍等运动症状以及感觉障碍、自主神经功能紊乱、精神障碍等非运动症状，严重影响患者的生活质量。目前PD的发病机制尚未明确，可能是遗传、环境、年龄等多个因素交互作用的结果。线粒体作为细胞的主要能量来源，已成为PD机制研究的热点。现对线粒体功能障碍与PD的关系及中医药对其干预作用的研究现状作一综述，旨在探索PD治疗的可行靶点。

1 线粒体功能障碍与PD的关系

1.1 线粒体自噬

1.1.1 概述 自噬是细胞依赖溶酶体降解自身受损细胞器、错误折叠的蛋白质等细胞质内容物的生物过程，在这一过程中相继形成自噬泡、自噬体以及自噬溶酶体等包裹内容物，并最终将其降解为氨基酸、脂肪酸等小分子物质，供细胞循环利用。根据自噬识别的特异性可将其分为非选择性自噬和选择性自噬，线粒体自噬属于后者，是靶向受损线粒体的一种选择性自噬。线粒体自噬由LEMASTERS［2］于2005年首次提出，指对细胞内待清除线粒体的靶向吞噬，是线粒体质量控制的主要机制，对于维持物质代谢平衡、细胞内环境稳态以及细胞正常生理功能发挥着重要作用。大量研究表明，线粒体自噬参与衰老、神经系统退行性疾病、肿瘤、心血管疾病等的生理病理过程［3-4］。

1.1.2 线粒体自噬与PD的关系 ZHU等［5］在PD患者神经元中观察到自噬体中有线粒体，表明自噬、受损线粒体和PD发病机制之间存在潜在联系。近十年出现了许多与PINK1/Parkin介导的线粒体自噬相关的研究，该途径被认为是线粒体自噬最常见和最重要的途径［6］。VINCOW等［7］对果蝇模型进行研究发现，Parkin突变组线粒体蛋白质周转率明显低于对照组；另外，将Parkin突变组的156个线粒体蛋白和atg7突变组（阳性对照组）的170个线粒体蛋白的t1/2与对照组进行对比，结果表明，Parkin突变组与atg7突变组线粒体蛋白t1/2明显延长，且Parkin突变组与atg7突变组线粒体蛋白t1/2相似。由此可见，Parkin突变可引起线粒体自噬清除障碍，导致新旧线粒体更替减缓，进而无法降解受损线粒体蛋白，这可能是导致许多PD患者出现线粒体功能障碍的原因。STERKY等［8］通过对MitoPark PD小鼠模型研究发现，镜下有大量神经元的核周以及树突近段有一个或多个粗大的圆形线粒体聚集；另外，一些神经元内含有明显的碎片线粒体，且此类神经元的占比随鼠龄的增长而增加，这表明PD的发生发展与线粒体自噬功能减弱有着密切的关系。线粒体自噬障碍会引起α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）聚集，α-syn聚集反过来又可抑制线粒体自噬，循环往复，以致多巴胺神经元的变性坏死，最终引起PD的发生与发展［9］。研究表明，PINK1缺失的动物模型由于氧分压升高等因素，引起线粒体自噬水平上调，进而导致PD的发生，而线粒体自噬不足或过度均可引起多巴胺神经元的死亡，从而诱发PD［10］。彭凯歌［11］研究发现，鱼藤酮诱导的PC12细胞多巴胺能神经元变形损伤模型中LC3绿色荧光蛋白的荧光强度呈剂量依赖性增强，p62表达水平呈剂量依赖性降低，线粒体荧光探针与LC3绿色荧光蛋白共染色的结果表明鱼藤酮可诱导线粒体自噬水平升高，从而导致PD的发生。综上所述，线粒体自噬水平异常下调与上调均有可能引起神经元损伤，虽然其具体机制尚未明确，但维持线粒体自噬功能对PD患者的病理生理学和治疗进展具有重要意义。

1.2 线粒体复合物Ⅰ

1.2.1 概述 线粒体复合物Ⅰ是位于线粒体呼吸链上的酶，又称为NADH辅酶Q氧化还原酶。呼吸链位于线粒体内膜上，由线粒体复合物Ⅰ、Ⅱ（琥珀酸-Q氧化还原酶）、Ⅲ（UQ-细胞色素C氧化还原酶）、Ⅳ（细胞色素C氧化酶）、Ⅴ（ATP合成酶）构成，其中，线粒体复合物Ⅰ是最复杂且最关键的酶，其位于呼吸链的始端，参与呼吸链的电子传递过程，其通过氧化磷酸化耦联的方式生成ATP，为细胞活动提供能量［12］。脑中能量主要来源于氧化磷酸化，因此神经元对ATP合成受损非常敏感［13］。近年来研究表明，线粒体复合物Ⅰ功能障碍与神经系统退行性病变密切相关［14］。

1.2.2 线粒体复合物Ⅰ与PD的关系 环境因素与PD的发病密切相关，其中1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）是重要致病因素，该化合物被J. William Langston于1982年首次在一种新型毒品中发现，其可引起急性、不可逆的PD症状［15］。研究表明，MPTP无毒性，但由于其具有亲脂性，其通过血-脑脊液屏障进入大脑后，在单胺转化酶的介导下，会迅速转化为毒性代谢物1-甲基-4-苯基吡啶离子（1-methyl-4-phenyl pyridine，MPP+），进而进入多巴胺能神经元，抑制线粒体复合物Ⅰ，使得ATP合成受阻［16-18］。因此，利用MPTP制备PD动物模型在现代研究中得到了广泛的应用。研究表明，鱼藤酮、3，4-亚甲基二氧基甲基苯丙胺（3，4-methylenedioxy-methamphetamine，MDMA）、6-羟基多巴胺（6-hydroxydopamine，6-OHDA）、番荔枝内酯等化合物均具有类似MPTP的作用［12，19-21］。SHINDE等［22］研究纳入40例PD患者和30例年龄匹配的对照者，以淋巴细胞中线粒体复合物Ⅰ＋Ⅲ与线粒体复合物Ⅱ＋Ⅲ活性比值推测线粒体复合物Ⅰ的活性，结果表明，PD患者淋巴细胞中线粒体复合物Ⅰ的活性明显降低。这一结果支持呼吸链中的线粒体复合物的生化缺陷可能参与PD发病机制的观点［23］。WEN等［24］研究亚甲蓝（methylene blue，MB）作为替代电子载体在PD动物模型中的作用，发现MB可明显改善PD大鼠的行为缺陷以及神经病理学损伤，减轻了多巴胺能神经元的变性，其机制是MB改变了线粒体电子转移的路径，该研究从一定程度上证明了线粒体复合物Ⅰ功能损伤与PD发病的密切关系。由此可见，线粒体复合物Ⅰ的电子传递作用对于多巴胺能神经元的正常结构与功能的维持具有重要作用，一旦线粒体复合物Ⅰ被抑制，呼吸链中断，黑质（substantia nigra，SN）多巴胺能神经元ATP合成受阻，就会导致多巴胺能神经元变性凋亡，从而引起PD的发生。

1.3 氧化应激

1.3.1 概述 氧化应激是细胞抗氧化防御系统不足以将活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平保持在毒性阈值以下的一种状态，是体内氧化与抗氧化作用的失衡［25］。ROS是体内主要的自由基，包括羟自由基、超氧阴离子、过氧化氢等，绝大多数的ROS在线粒体内产生，是线粒体内膜上ATP合成过程中的副产物，适量的ROS可以防御外来物质的入侵，调节内部生物学过程［26］；而过量ROS在体内堆积可导致DNA、蛋白质及脂质的氧化损伤，同时又可作为信号分子启动一系列病理生理过程［27］，进而引起细胞结构与功能的破坏。由于脑组织富含脂质（尤其是不饱和脂肪酸），基础代谢条件下，脑组织相对于其他组织耗氧量更高，ROS产生的更多，脑组织更容易受到氧化应激的损伤。因此，氧化应激在神经系统疾病的病理过程中发挥着重要作用。

1.3.2 氧化应激与PD的关系 PERIER等［28］对MCAT模型组（线粒体过氧化氢酶过表达的转基因小鼠模型）与对照组黑质致密部（substantia nigra pars compacta，SNpc）多巴胺能神经元受损数量进行比较，结果表明，线粒体中过氧化氢酶的过表达能够以基因剂量依赖的方式保护SNpc多巴胺能神经元免受PD相关线粒体复合物Ⅰ的抑制，从而指出线粒体源性ROS在PD相关多巴胺能神经退行性病变中发挥重要作用。SIAN等［29］研究表明，PD患者SN中还原型谷胱甘肽（reduced glutathione，GSH）含量与对照组相比明显降低，GSH/氧化型谷胱甘肽（oxidized glutathione，GSSG）比值下降，谷胱甘肽倾向于氧化形式，这与PD中氧化应激参与SN细胞丢失的机制一致。GÖKÇE ÇOKAL等［30］的研究纳入29例PD患者与32例健康受试者，结果表明，PD患者谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）和黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）活性高于健康受试者，提示氧化应激可能在PD神经退行性病变中发挥着关键作用。AN等［31］的研究采用定量磁化率成像技术对PD患者与健康对照者颅脑MRI进行分析，结果显示，PD患者SN表现出更高的磁化率值，特别是晚期PD患者。这证实了SN中铁沉积与PD的进展有关。铁沉积可通过反应产生大量羟自由基，引起多巴胺能神经元的氧化损伤，推测铁沉积通过氧化应激参与PD的发生进展［26］。综上所述，氧化应激引起的多巴胺能神经元内氧化与抗氧化作用的失衡是PD发病的重要环节。

1.4 α-syn

1.4.1 概述 α-syn又称为非β淀粉样前体蛋白，是一种由SNCA基因表达的分子量为14 kDa的天然伸展的酸性蛋白质，其由140个氨基酸组成，具有多种形式，仅存在于脊椎动物，由MAROTEAUX等［32］于1988年利用纯化的抗胆碱能囊泡抗体在电鳐的发电器官中首次提取，并确定其主要定位在神经突触前末梢以及核周。近来大量研究通过生化以及分子生物学方法证明了α-syn与线粒体之间具有明显相关性［33-35］。目前，α-syn确切的生理功能尚不清楚，其可能在调节酶活性、神经递质的转运与释放、神经元分化、调节某些信号传导通路等方面发挥潜在的作用。但已有研究证实α-syn是多种神经退行性疾病神经元中蛋白沉积的主要成分，此类疾病现统称为突触核蛋白病，PD即为其中之一［36-38］。

1.4.2 α-syn与PD的关系 GANJAM等［39］通过对LUHMES神经元的α-syn毒性模型与对照组的比较发现，线粒体靶向的α-syn过表达可导致线粒体ATP合成减少，ROS生成增多，树突状神经网络结构和功能被严重破坏，从而导致神经元死亡；透射电子显微镜下，实验组神经元线粒体内嵴变形，嵴结构完全丧失，线粒体大量肿胀、破碎。DEVI等［40］通过多种人体模型发现PD大脑SN和纹状体线粒体中有明显的α-syn积累，且线粒体复合物Ⅰ活性降低，推测线粒体中α-syn可能与线粒体复合物Ⅰ相互作用，并干扰其功能。由此可见，α-syn在PD线粒体功能障碍中扮演着重要角色。NAKAMURA等［41］研究表明，与对照组相比，转染人α-syn的神经元内可见线粒体碎片化，而碎片化可能发生在转染早期或晚期，且细胞凋亡风险呈剂量依赖性增加。因此推测突触核蛋白对线粒体形态的影响是PD的重要发病机制。SHERER等［42］采用皮下泵植入术建立鱼藤酮慢性暴露的PD大鼠模型，结果表明，模型大鼠SN内可见α-syn聚集以及高选择性黑质纹状体多巴胺变性。WANG等［43］的研究纳入100例PD患者和102例对照受试者，通过酶联免疫吸附试验测定研究对象红细胞内α-syn低聚物水平，结果发现，PD患者的α-syn低聚物/总红细胞蛋白比值高于对照受试者，且红细胞内α-syn低聚物水平与PD患者的发病年龄或统一帕金森病评定量表（The Unified Parkinson's Disease Rating Scale，UPDRS）评分之间没有相关性，推测红细胞内α-syn低聚物/总红细胞蛋白比值可能是PD的潜在诊断指标。近年来，越来越多的临床研究致力于探讨将脑脊液及血液中α-syn及其其他形式作为生物标志物用于PD的诊断和预后判断，由此可见，α-syn的毒性聚集引起的线粒体功能障碍在PD发病机制中发挥着关键作用，这对于未来的药物治疗提供了重要靶点。

综上所述，线粒体功能障碍与PD密切相关，主要从线粒体复合物Ⅰ、线粒体自噬、氧化应激以及α-syn等方面影响多巴胺能神经元物质与能量代谢，进而参与PD的发生与发展。目前，有关PD的发病机制尚无定论，PD的诊断与治疗仍需进一步研究。随着对线粒体功能障碍与PD相关性的深入研究，以线粒体为靶点的干预措施将为PD的治疗提供新的思路，线粒体功能障碍与PD的相关性对于未来PD的诊断与治疗的探索具有重要价值。

2 中医药对线粒体功能障碍的干预作用

现代医学对于PD的干预主要有药物治疗、外科手术治疗以及新兴的干细胞移植等。药物治疗主要是以左旋多巴为代表的多巴胺替代疗法，但其只能暂时缓解症状，不能从根本上治愈PD，并且随着用药时间的推移药效逐渐减退，且患者可能会发生恶心呕吐等消化道症状、认知障碍、精神障碍、直立性低血压、运动并发症（如异动症）等不良反应。常见的手术治疗如脑深部电刺激疗法（deep brain stimulation，DBS）也存在弊端，如手术并发症、认知及语言功能障碍等神经系统不良反应。干细胞移植或因技术不成熟以及个体差异而致临床结局及并发症的控制并不理想。随着祖国医学的不断发展与创新，越来越多的学者致力于中医药治疗PD的研究，中医药在治疗PD方面具有不良反应小、作用显著、低耐药性等优势，开拓了临床工作者的治疗思路，近年来，靶向线粒体功能障碍的中医药干预效果也得到了研究者的广泛认可。

2.1 中药对线粒体功能障碍的干预作用 王训翠等［44］研究结果表明，丹皮酚组丹酰戊二胺（monodansylcadaverine，MDC）染色为阳性的细胞明显少于MPP+组，同时应用激光共聚焦检测溶酶体与线粒体共定位发现，丹皮酚组仅有少量黄色标记，提示丹皮酚可以抑制MPP+诱导的线粒体自噬上调，从而稳定线粒体稳态，但其具体机制有待进一步研究。KAVITHA等［45］研究表明，高剂量（40 mg/kg）的知母宁预处理可避免使小鼠出现由MPTP诱导的GSH耗竭和GSH-Px活性受损，其机制可能是通过改善PD小鼠的抗氧化状态、抑制氧化应激发生，从而起到神经保护作用。BAE等［46］通过对韩国中药复方MYH（Modifified Youldahanso-tang）研究发现，MYH处理后，MPP+诱导的神经生长因子（nerve growth factor，NGF）分化的PC12细胞中LC3-Ⅱ表达和LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值均增加，Beclin1的表达呈剂量和时间依赖性增加，表明MYH可通过增强线粒体自噬来增强神经保护作用。何建成等［47］研究表明，滋补肝肾、通络解毒中药干预后，PD大鼠体内ROS和丙二醛的含量明显降低，谷胱甘肽、GSH-Px以及超氧化物歧化酶含量明显升高，提示滋补肝肾、通络解毒中药可以提高机体的抗氧化能力，减轻氧化应激损伤。唐岚芳［48］研究苁蓉舒痉颗粒对PD大鼠模型的治疗作用，发现苁蓉舒痉颗粒干预14 d后，模型大鼠延髓中线粒体整体破坏较轻，线粒体嵴排列整齐，仅有少量肿胀及空泡变性的线粒体，且α-syn阳性表达增加，提示苁蓉舒痉颗粒可以改善线粒体形态破坏，减少α-syn的聚集，从而减轻线粒体功能障碍带来的损伤。ZHANG等［49］采用不同浓度的大补阴丸对转染pcDNA3-Flag-DJ-1的SH-SY5Y细胞进行干预，发现大补阴丸能够剂量依赖性地增强DJ-1对线粒体功能的改善作用，包括增加线粒体质量，提高线粒体复合物Ⅰ活性以及增加细胞ATP含量。

2.2 针灸对线粒体功能障碍的干预作用 早在1996年，中国就率先开展了针刺治疗PD的动物实验［50］。翁晓彦［51］采用Western blotting检测正常组、假手术组、模型组以及艾灸治疗组（取风府、关元、足三里穴）SN PINK1、Parkin蛋白表达水平，结果显示，艾灸治疗组大鼠PINK1、Parkin蛋白表达水平增高，提示艾灸疗法可能通过作用于PINK1/Parkin通路促进线粒体自噬水平的上调，减少α-syn的聚集，从而发挥重要的治疗作用。WATTANATHORN等［52］研究表明，激光针刺HT7穴位，可以明显抑制PD大鼠模型GSH-Px活性的降低和丙二醛水平的升高，以此减轻细胞内氧化应激，从而减少神经变性，最终改善PD大鼠的记忆障碍。王志永［53］研究表明，与模型对照组相比，多巴丝肼组线粒体复合物Ⅰ活性略升高，针灸组（针刺督脉大椎、百会穴）与针灸联合多巴丝肼组线粒体复合物Ⅰ活性明显升高，提示长期针刺或针刺联合多巴丝肼可减轻线粒体复合物Ⅰ的损伤，为针刺督脉大椎、百会穴熄风止颤的功效提供了实验证据。蔡伟彬［54］研究表明，头穴透刺能够降低PD小鼠线粒体分裂蛋白（Drp1，Fis1）表达水平，提高线粒体融合蛋白（Mfn2）表达水平，且针灸干预组P62表达水平降低，Beclin1、LC3-Ⅱ表达水平升高，提示头穴透刺可抑制线粒体分裂，促进线粒体融合，可能通过上调PD小鼠的自噬而改善其运动功能。王琪［55］选取太冲、风府穴对PD大鼠进行持续4周的电针干预，结果显示，电针组大鼠SN α-syn阳性表达明显降低，HDAC6 mRNA、LC3-Ⅱ mRNA的相对表达量明显升高，提示电针疗法能够清除SN中异常聚集的α-syn，可能机制是促进了神经元内的自噬活动。梁靖蓉［56］对PD大鼠颈枕部肌群软组织进行针刀松解治疗，结果显示，与模型组相比，针刀组超氧化物歧化酶、GSH-Px活性、GSH含量明显升高，丙二醛含量明显下降，推测针刀可能通过平衡细胞内氧化与抗氧化来抑制氧化应激，减轻由其带来的氧化损伤，从而达到一定的治疗作用。王顺等［57］的研究纳入76例PD患者，将其分为治疗组（采用头部电针透穴联合多巴丝肼治疗）与对照组（采用多巴丝肼治疗），共干预1个月，结果表明，治疗组体内超氧化物歧化酶及过氧化脂质（lipid hydroperoxide，LPO）的含量高于对照组，治疗有效率明显优于对照组，推测可能与头部电针透穴联合多巴丝肼可促进自由基的清除、提高患者抗氧化损伤能力有关。

综上所述，无论是针灸还是中药，在改善线粒体功能障碍方面均具有重要意义，通过调整线粒体自噬、修复线粒体复合物Ⅰ、减少氧化应激以及减少α-syn聚集等机制对PD发挥治疗作用。但由于缺乏规范的中医诊疗方案和疗效评定体系，中医药对于PD的干预作用有待进一步研究。

3 小结与展望

线粒体功能障碍与PD的发生发展有着密切联系，线粒体自噬障碍、线粒体复合物Ⅰ的破坏、氧化应激的增加以及α-syn的毒性聚集等及相关通路均可导致线粒体功能障碍，从而诱发PD。因此，针对线粒体功能障碍的研究对于PD的防治十分关键。现代医学多采用多巴胺替代药物治疗、手术及干细胞移植治疗PD，对改善PD症状具有一定作用，但同时存在不良反应大、长期耐药等缺点。然而，中医药通过作用于上述机制及有关通路在PD防治中发挥重要作用。由于中医药不良反应小、效果明显等特点，越来越多的临床试验和动物实验致力于PD中医药干预的研究，中医药的潜在治疗价值逐渐被广泛认可。中医药治疗具有多靶点的特点，因此其多重作用的综合机制需要更多的研究进行验证。随着中医药理论与线粒体功能障碍关系研究的不断深入，通过中医药调节线粒体功能来治疗PD并揭示其作用靶点将具有广阔的前景。

作者贡献：米文静进行文章的构思与设计、文章的可行性分析、文献/资料收集与整理，撰写、修订论文；孙灵芝负责文章质量控制及审校，并对文章整体负责、监督管理。

本文无利益冲突。