帕金森病发病机制的研究

李阳丹 毛彤瑶 张 辉 孙明宏 耿丽鑫 王 茜

(河北联合大学基础医学院 河北唐山 063000;①河北唐山第二医院关节一科)

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)也称震颤麻痹，是中老年人群中常见的一种神经系统退行性疾病。表现为中脑黑质致密部多巴胺能神经元选择性缺失，残存的神经元内出现以α－突触共核蛋白(α－synuclein)主要成分的嗜酸性包涵体－路易小体(Lewy body，LD)，LD 是本病重要的病理特点[1～3]。该病起病缓慢，呈渐进性发展，主要临床表现为以静止性震颤、肌强直、运动减少和姿势步态异常等。患者晚期生活无法自理，生活质量很差，最终死于肺部感染等并发症。PD发病可能与遗传因素、环境因素、线粒体功能障碍、免疫炎症反应等有关。

1 遗传基因与PD

通过对家族性帕金森病相关基因的研究，迄今已发现有十几种基因缺陷与帕金森病发病有关。已知α－synuclein基因(PARK1/PARK4)、UCH －L1基因(PARK5)、LRRK2基因(PARK8)、GIGYF2基因 (PARK11)和 Htra2/Omi基 因(PARK13)等为常染色体显性遗传性帕金森病致病基因;Parkin基因(PARK2)、PINK1基因(PARK6)、DJ －1基 因(PARK7)和ATP13A2基因(PARK9)为常染色体隐性遗传性帕金森病致病基因[4]。其中，LRRK2基因是目前为止帕金森病患者中突变频率最高的帕金森病常染色体显性致病基因，与晚发性帕金森病相关。在北欧犹太人及北非人种中，LRRK2中除了G2019S突变外，3个氨基酸置换物(R1441C，R1441G和R1441H)基因突变也已经被证实是PD发病的重要因素[5]。尽管α－synuclein基因突变出现在家族性帕金森病患者中的频率很低，但由于该基因所编码的蛋白质是路易小体的主要组成成分，提示它在帕金森病整个发病过程中起重要作用。同时α－synuelein基因属于常染色体显性遗传。研究分析发现，致病基定位于4q21－q23，编码α－synuclein基因的3号外显子有突变，此错义突变导致53位的丙氨酸被苏氨酸替代(A53T)。随后，研究又相继发现A30P、E46K突变。但是这些点突变只在很少一部分常染色体显性遗传性PD患者中发生，这些患者与散发性PD的症状相似，只是发病年龄更早，进展更快，伴有非典型临床症状[6～8]。α－synuclein基因编码的α－synuclein为一小蛋白质，在许多脑区中含量丰富，多集中于神经元突触前末梢。α－synuclein基因Ala53Thr和Ala39Pro的突变导致α－突触共核蛋白异常沉积，最终形成路易小体。此基因还能促进对神经元有毒性作用的α－synuclein蛋白初原纤维的形成。有研究表明，α－synuclein蛋白初原纤维能在细胞膜形成小孔使突触膜渗透性增加，从而干扰多巴胺的储存;同时还可以损伤线粒体膜，导致跨膜电势的扩散和凋亡前因子的释放，促进神经细胞凋亡[9]。近期有研究发现，组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)能够抑制PD的发病。在果蝇PD模型中，将编码HDAC6基因进行缺失突变后，PD症状包括多巴胺神经元死亡、视网膜退变和运动障碍都显著加重;同时标志性的包涵体由于HDAC6的缺失而显著减少，可溶性的寡聚体却明显增多。提示包涵体可能对PD具有的保护作用，而寡聚体可能是真正的致病原因[10]。

2 环境因素与PD

环境因素对帕金森病发病的影响一直是研究的热门。实验证明1－甲基 －4－苯基 －1，2，3，6－四氢吡啶(MPTP)和鱼藤酮(rotenone)与帕金森病发病相关，且在动物模型可产生类似帕金森病的症状和病理生化改变[11]。MPTP能通过血脑屏障被多巴胺能神经元摄取并在单胺氧化酶B作用下产生神经毒性作用的代谢产物1－甲基－4苯基吡啶离子(MPP+)，MPP+可抑制线粒体复合物I活性，进一步抑制ATP合成。并可产生氧自由基和一氧化氮等导致黑质多巴胺能神经元变性死亡。鱼藤酮为脂溶性，可穿越血－脑屏障，它可抑制线粒体复合体Ⅰ活性，导致大量氧自由基和凋亡诱导因子产生，二者均可造成多巴胺能神经元变性[12，13]。水果和茶叶中含有一种天然的亲脂性线粒体复合酶I抑制剂annonacin，将其注射到大鼠体内能够诱导黑质多巴胺能神经元变性，大鼠可出现非典型PD样综合征[14]。此外，自然环境中存在着可诱发PD的异喹啉类化合物，它们广泛存在于日常食物、动物体内及人体内，虽然现在还没有它们导致PD产生的直接证据，但这类化合物的体外试验的毒性作用与鱼藤酮非常相似，提示环境因素可以通过饮食习惯的方式引发PD[15]。同时有研究表明，在遗传易感性的前提下，黑质多巴胺能神经元表现出对环境因素的敏感性增加[16]。尽管环境中有多种可能诱导PD发病的因素，但由环境因素引起PD发病这一说法只能解释部分病例。多数同样接触过这些环境因素的人并未发生帕金森病。环境因素只能认为是参与帕金森病发病的众多因素之一。

3 线粒体功能障碍与PD

线粒体是给细胞供能的主要细胞器，其主要功能是进行氧化磷酸化从而合成ATP。而线粒体功能异常多指由于线粒体膜受到破坏、酶活性降低、呼吸链受到抑制、线粒体DNA(mtDNA)的损伤等引起的能量代谢障碍，而导致一系列相互作用的损伤过程[17]。线粒体功能发生障碍，ATP的合成被抑制能量出产降低，最终影响脑功能的正常运行。将线粒体与帕金森病联系起来是对神经毒素MPTP的认识。早在上世纪80年代，人们就发现了MTPP的代谢产物MPP+能够抑制线粒体呼吸链复合物I，此后有很多证据证实早期帕金森患者血小板呼吸链复合体I的活性下降，Turner等[18]也通过对帕金森病患者的尸检发现大脑黑质区呼吸链复合物的活性选择性降低。后来人们从PD患者的尸检结果发现PD患者黑质致密部、骨骼肌和血小板线粒体的Complex I活性均下降，尤其是在脑区的研究中发现这种功能缺陷具有高度的解剖选择性，主要发生在黑质致密部，而网状郡、大脑皮层、小脑、顶盖区、苍白球等脑区却基本正常。呼吸链的其他组分中complex IV活性也有所减低，辅酶Q含量下降，而complex II，Ⅲ功能未受影响[19]。complex I功能缺陷使活性氧增加，从而造成细胞内蛋白质、脂质、DNA的氧化损伤和断裂[20]。PD患者黑质中complex I缺陷会导致呼吸链发生异常，呼吸链中任何部位受到抑制都会使自由基产生增多，ATP合成减少。能量的不足会造成细胞内外离子失衡，线粒体上的质子泵功能下降，膜电压降低和渗透性通道开放，尤其导致一些电压依赖的Ca2+通道的持续开放，造成Ca2+急剧内流，细胞内Ca2+增多，更耗竭细胞内ATP。同时活化蛋白酶、脂肪酶、核酸内切酶，介导兴奋毒性的细胞损伤，从而触发神经元凋亡[21，22]。另外，Complex I缺失可增加神经元对兴奋性毒性死亡的易感性，导致氧化应激。

目前认为线粒体功能缺陷的原因与线粒体基因组的异常相关。Rogaev等[23]将成神经细胞瘤细胞株mtDNA去除，然后将它们分别与PD患者细胞融合，结果发现含有PD患者突变mtDNA的杂交细胞线粒体复合物I活性较正常人降低20%，氧自由基增多，并且MPP+毒性更敏感。这就提示突变的mtDNA可能参与PD发病机制。

4 免疫炎症反应与PD

小胶质细胞是脑组织中主要的免疫细胞，在中枢神经系统固有免疫反应中起着重要的作用。小胶质细胞在静息状态下对机体起到一定的保护作用，而当处于激活状态时会对机体造成损伤。帕金森病患者的尸检研究显示黑质区的小胶质细胞被大量激活，而且这种反应在神经元变性最明显的区域也最为显著[24]。静息状态下的小胶质细胞布不均匀，在黑质区分布最为密集。正常情况下，它只是通过简单的吞噬作用起到清除代谢产物，维持组织稳定的净化作用以及通过释放低水平的生长因子促进神经元和胶质细胞的生存。某些损伤信号如重金属、内源性化学物质、崩解的神经元、细胞因子等都可能诱导小胶质细胞的活化，分泌促炎因子和神经营养因子。激活的小胶质细胞除分泌氧化氮(NO)和活性氧ROS外，还多种细胞因子如肿瘤坏死因子 α(TNF－α)、白细胞介素 －1α(IL －1α)、IL －1β、免疫反应性纤维结合素(IFN－γ)、白细胞介素26和表皮生长因子、类花生酸物质以及兴奋性氨基酸等[25]。而细胞因子与炎症反应的发生和神经元的损伤修复密切相关，其中TNF－α在炎症反应过程中具有非常重要的作用[26]。此外，有学者提出病毒感染也可导致帕金森病的发生。有研究报道，流感A病毒的感染可以导致路易小体的形成和后期黑质神经元的死亡[27]。

综上所述，PD的发病机制和过程十分复杂，目前对于各因素的具体环节和因素间错综复杂的作用仍缺乏确切的了解，迄今为止仍然没有一种学说可以全面阐明其发病机制。遗传因素、环境因素、线粒体功能障碍、神经炎症反应等相互协同作用，最终可导致DA细胞的Lewy小体形成及DA神经元的凋亡。

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