氧化应激与帕金森病

朱羽婷 朱向阳 周 永 张冬梅

南通大学第二附属医院，江苏 南通 226000

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是仅次于阿尔茨海默病的第二大常见的神经退行性疾病，65岁以上的老年人，患病率达1.7%[1]。PD主要临床表现为静止性震颤、肌强直、运动迟缓、姿势步态异常，同时伴嗅觉障碍、焦虑抑郁、认知功能下降、睡眠障碍、自主神经功能紊乱、疼痛和疲劳等一系列非运动症状[2-3]。PD主要病理特征为中脑黑质致密部多巴胺能神经元的缺失及路易小体形成[4]。PD发病机制尚不明确且多样复杂，近年来，研究证实氧化应激在促进PD疾病的发生发展中起到重要作用[5]。

1 帕金森病中存在氧化应激

1．1氧化应激活性氧(reactive oxygen species，ROS)是由外源性氧化剂或细胞内有氧代谢过程中产生的具有很高生物学活性的含氧分子，如超氧阴离子、过氧化氢及羟自由基等等，ROS可发挥重要的生理功能，参与抵制外来物质的入侵，也可以充当内部生物学过程的调节因子。在人体正常生命过程中细胞不断地产生自由基，同时细胞又具有抗氧化防御系统来清除这些自由基，正常人体脑内存在酶性和非酶性两种抗氧化防御系统来保护大脑免受氧化损伤，氧化与抗氧化处于动态平衡中。当ROS的水平超过细胞生理需要时，由于其高度的活性，可通过关键分子如DNA、蛋白质及脂质的氧化降解，影响细胞结构及功能的完整性[6]。氧化应激(oxidative stress)可被认为是体内氧化与抗氧化作用的失衡，机体更倾向于氧化，产生大量ROS，攻击大分子物质进而造成组织细胞的损伤。氧化应激涉及许多人类变性疾病，如动脉硬化、癌症及神经退行性疾病等[7]，越来越多的研究提示氧化应激与PD的发生发展密切相关。

1．2脑组织对氧化应激尤为易感大脑富含脂质，脂质(尤其不饱和脂肪酸)对自由基的损伤很敏感；成人脑组织只占体重的2.5%，而它的耗氧量在基础代谢条件下，占全身耗氧量的20%，因此脑组织与其他耗氧较少的组织相比，产生更多自由基；与肝脏相比，大脑几乎不含过氧化氢酶，黑质致密部谷胱甘肽(GSH)较其他脑区少；脑脊液中含小分子量的铁和铜复合体，它们能催化高活化羟自由基的产生；多巴胺正常代谢的过程可产生一定量的自由基，且多巴胺能神经元的数量减少可导致残余多巴胺能神经元的代谢活动代偿性增强，自由基生成增多[8-9]。

1．3基础实验及尸检结果证实PD脑组织中存在氧化应激1-甲基-4-苯基-1，2，3，6 四氢吡啶( MPTP)诱导的PD小鼠模型脑内损伤区发现脂质过氧化的重要指标丙二醛(MDA)增高[10]。PD小鼠脑纹状体和黑质组织匀浆内有大量的活性氧基团产生。此外，PD小鼠脑内抗氧化物质GSH的浓度有明显下降[11]，证实氧化应激的存在。尸检结果证实PD患者中脑黑质部位含有更高水平的MDA[12]；4羟基壬烯醛(HNE)水平也被证实明显升高，HNE也是一种重要的脂质过氧化产物，它能激活凋亡联级反应诱导DNA裂解从而介导细胞凋亡，同时它能降低GSH水平，致神经元更易受到氧化攻击[13]。蛋白质、DNA氧化损伤标志物如羰基化蛋白、8-羟基鸟苷酸(8-OhdG)在PD患者脑组织中也明显增加。

2 氧化应激参与帕金森病发病的分子机制

2．1线粒体功能障碍与自由基产生增加线粒体功能障碍与活性氧生成增加密切相关。线粒体是人体的能量工厂，通过电子传递链氧化磷酸化产生ATP，这个过程伴随自由基的产生，随后线粒体及细胞质中的超氧化物歧化酶和谷胱甘肽等将活性氧催化成二价氧和水以保护细胞免受氧化应激损伤。研究表明，PD黑质存在电子传递链酶复合物的缺损，尤其复合体I的缺损以及随后发生的自由基蓄积被认为与PD相关[14-15]。在动物实验中，应用复合体I抑制剂MPTP、鱼藤酮可引起多巴胺神经元的丢失、PD样症状的发生。多项尸检研究亦发现，散发性帕金森病患者大脑黑质区域中线粒体呼吸链复合体Ⅰ的活性减退[16]。线粒体复合体I缺损可能与线粒体DNA突变、PINK1/PARKIN 基因突变等相关[17]。

2．2神经炎症与自由基产生增加神经炎症是中枢神经系统(CNS)抵御感染和损伤的一种保护机制。然而，不受控制的炎症会导致细胞和组织的过度损伤，最终导致慢性炎症和正常组织的逐渐破坏。中枢神经系统(CNS)发生神经炎症的特点是小胶质细胞和星形胶质细胞的激活，从而产生大量的细胞因子、趋化因子、ROS等，对血脑屏障(BBB)产生破坏作用，引起多巴胺能神经元的不可逆性损伤[18]。尸检研究表明，在PD患者中脑黑质中存在诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-2)[19]。在PD动物模型中也发现一系列促炎性细胞因子和活化的小胶质细胞[20]。其中，肿瘤坏死因子(TNF)在炎症反应介导的神经变性中起到关键作用，除可以诱导其他促炎因子形成，产生一个持久的自我推进循环的神经炎症过程，TNF还可以提升小胶质细胞中的iNOS的表达以促进NO的分泌，可以激活NADPH氧化酶导致ROS的产生，从而促进中脑黑质处神经元进展性丢失[21]。一项基于全台湾人口的回顾性队列研究显示，在调整年龄、性别、并发症后，风湿组患者PD发病率是非风湿组的30倍[22]。流行病学研究亦发现常规使用NSAIDS类药物可能降低PD发病风险[23]。

2．3铁离子参与氧化应激铁是人体正常生理活动必需的微量金属元素，它参与氧的转运和利用、线粒体呼吸、神经传递，还是脑内许多独特的酶系统的辅助因子。大脑正常生理功能的维持依赖于铁的动态平衡。近年来研究表明PD患者中脑黑质致密部存在病理性的铁蓄积[24]。超载的铁通过Fenton反应和哈伯维斯反应(O2·-+H2O2→O2+·OH+OH-)产生大量的羟自由基[25]，这些自由基可能引起细胞损伤。动物实验发现，在PD大鼠的一侧黑质注射铁剂，6周后发现纹状体多巴胺的含量明显下降，推测神经元的丢失与铁剂相关，认为铁诱导自由基生成可能增加 PD的发病。在另一项PD动物实验中发现，应用铁螯合剂可以显著降低脑铁水平并产生神经保护作用[26]。

2．4抗氧化防御系统减弱参与PD正常机体存在抗氧化系统保护细胞免受氧化应激损伤，包括酶类抗氧化剂如还原型谷胱甘肽(GR)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及非酶类抗氧化剂如谷胱甘肽(GSH)、维生素C、维生素E等。有学者证实帕金森病患者黑质部GSH水平下降40%。临床研究发现PD病人脑部SOD和CAT活性均降低[27]。随抗氧化物质含量下降，神经元清除自由基能力降低，从而引起黑质脂质过氧化增强和氧化产物增加。陶陈娟等[28]的研究纳入122例PD患者和50例健康体检人群，测定两组血谷胱甘肽水平，结果提示PD组的血谷胱甘肽水平明显低于对照组，且与患者认知功能障碍相关。MISCHLEY等[29]研究发现，PD组血谷胱甘肽水平较对照组降低，且与病情严重程度相关。

3 体内存在抗氧化应激的保护机制及其与PD的相关性研究

3．1尿酸与PD尿酸尿酸与PD尿酸是细胞代谢分解产生的核酸和其他嘌呤类化合物及食物中的嘌呤经酶分解而来的终产物。尿酸是人体内强大、天然的抗氧化剂，可以清除人体中达60%的自由基。血浆50%的抗氧化能力来自尿酸。一项对西班牙南部161例PD患者和178例健康人群的研究发现，PD患者血清尿酸相对更低，尿酸水平可能对PD产生保护作用并影响疾病临床进展[30]。WANG等[31]的病例对照研究中，96例中国PD患者为病例组，108例非PD患者为对照组，发现PD组的UA水平明显低于对照组，UA水平与病情严重程度呈负相关，在多变量对数回归分析中显示低尿酸是帕金森病的独立危险因素。尿酸的抗氧化应激作用可能与清除自由基、螯合铁、提高抗氧化物质等相关。腹腔注射尿酸(250 mg/kg)治疗MPTP诱导的PD小鼠，发现尿酸改善了小鼠的行为表现和认知功能，提高了超氧化物歧化酶、谷胱甘肽水平，降低了黑质区丙二醛水平[32]。Fe2+能够促使活性氧自由基产生，加重氧化损伤，而尿酸能螫合Fe2+抑制氧化损伤[33]。一项口服肌酐的随机对照试验将早期PD患者分为安慰剂组(UA<6 mg/dL)、轻度升高组(6.1 mg/dL≤UA<7 mg/dL)、中度升高组(7.1 mg/dL≤UA<8 mg/dL)，第6个月时轻度组抗氧化能力较安慰剂组升高29%，中度组升高43%，提示口服肌酐可能提高血浆抗氧化能力，具有潜在的治疗意义[34]。调节尿酸水平有望成为治疗PD的新策略。

3．2SIRT1与PD沉默信息调节因子2相关酶1(SIRT1) 是一种依赖于 NAD+的去乙酰化酶，其在基因沉默、代谢调节、细胞寿命中具有重要作用，人类有7个Sir2同源基因，其中SIRT1与酵母菌Sir2同源性最高[35]。研究表明，SIRT1的过表达保护SH-SY5Y细胞免受毒素诱导的细胞死亡，这种保护作用独立于其去乙酰酶活性，与抑制下调多聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)以及 NF-κB的表达相关，以减少氧化应激和炎症所致的 PD细胞模型凋亡的发生[36]。PGC-1α是抗氧化应激系统中重要转录共激活因子，SIRT1被证明通过去乙酰化 PGC-1α，上调其转录水平，增加抗氧化酶基因表达，保护细胞免受活性氧的损害[37]。尸检研究可以发现 PD 患者额叶皮质、颞叶皮质、壳核或小脑组织 SIRT1 表达量的变化不尽相同。但观察到其酶活性下降且有显著差异，这暗示着SIRT1的活性下调，可能降低了PD患者抵抗各种神经毒素所致的神经元损伤的能力，SIRT1过表达可能对 PD具有保护作用[36]。白藜芦醇是一种常见的SIRT1激活剂，可以上调SIRT1的表达。多项研究表明白藜芦醇可以增加PD细胞、小鼠中SIRT1的表达，增强小鼠抵抗神经毒性的能力[38-40]。随着研究的深入，SIRT1将有望在新药作用靶点及疾病治疗方面发挥作用。

3．3DJ-1与PDDJ-1基因是一种线粒体依赖癌基因，其突变可导致常染色体隐性遗传帕金森病(PD)的早发[41]。它所表达的DJ-1蛋白广泛存在于外周组织、神经元以及胶质细胞中，已知它具有多种生物功能，如基因转录调控、分子伴侣、蛋白酶、抗氧化应激等，其抗氧化应激的神经保护作用被广泛认同[42-43]。基础实验发现，DJ-1 基因能够能够在MPP+处理时抑制p53和Bax的表达，减少α-synuclein积累，降低细胞内ROS水平，保护细胞免受MPP+引起的损伤[44]。在动物实验中发现，DJ-1 基因敲除小鼠黑质部分的多巴胺能神经元反映出的氧化应激损伤有明显增强，WARAGAI等在散发帕金森病患者脑脊液和血浆中检测到了DJ-1蛋白，发现PD患者脑脊液及血浆DJ-1蛋白水平明显高于对照组，且脑脊液与血浆DJ-1蛋白与帕金森病的病情进展相关，血浆DJ-1蛋白可能作为诊断及评估帕金森病严重程度的生物标记。何丹等[45]通过ELISA检测215例湖南汉族散发帕金森病患者(PD组)及225例性别、年龄与之匹配的健康体检者(对照组)进行血清DJ-1蛋白浓度的检测认为两组血清DJ-1蛋白水平无明显差异，与疾病严重程度无关。LIU等[46]发现，DJ-1抗氧化功能的可能机制是通过防止Nrf2的转录调节因子与其抑制物Keap1相结合来稳定Nrf2。NIRIT等[47]设计了一种短肽ND-13，这种短肽由DJ-1蛋白的13种氨基酸组成，通过帕金森病体内体外实验发现ND-13通过激活Nrf2减少活性氧产生，保护细胞免受氧化应激和神经毒素损伤。深入探讨DJ-1 蛋白保护神经元的作用机制，也行可以为 PD 治疗中可能出现的潜在药物作用靶点提供依据。

3．4白蛋白与PD白蛋白是人体内由肝脏合成的一种常见的血浆抗氧化、抗炎蛋白。其抗氧化能力是维生素E的10～20倍。血浆白蛋白在缺血性脑中风中，其抗氧化机制发挥了重要的神经保护作用，越来越多的研究发现血浆白蛋白浓度和发生卒中风险呈负相关[48]。在另一种与氧化应激密切相关的视神经脊髓炎(neuromyelitis optica，NMO)中，NMO患者血清白蛋白、胆红素等抗氧化物质显著降低[49]。有报道称在PD动物模型中发现白蛋白可以改善大鼠异常旋转的行为，保护黑质内多巴胺神经元，并在离体实验中证明白蛋白主要通过抑制ROS-JUN-c-jun通路发挥神经保护的作用[50]。WANG等[31]的病例对照研究中，亦发现相对于健康对照组，PD组白蛋白显著下降。JOSEPH等应用ELISA和免疫印迹法测定了16例患者和24例健康对照人群唾液白蛋白和尿酸水平，结果发现两项指标在PD患者中下降，且结合两项指标可以提高诊断PD的能力。但一篇关于氧化应激和PD的系统回顾表明白蛋白与PD无关[51]，白蛋白是否可能成为一种治疗PD的新型药物还需要进一步深入研究。

4 展望

随着社会人口老龄化，PD发病率逐年增高，患者的病情会随着时间的推移逐渐恶化，严重危害患者的身心健康，并给家庭和社会带来严重的经济负担。PD相关研究工作从未间断，并已取得一定的成果，目前认为PD是由于遗传易感性、环境毒素和衰老等几种因素共同相互作用的结果。其发病机制尚不明确且多样复杂，其中氧化应激在促进PD疾病的发生发展中起到重要作用，并可能与线粒体障碍、神经炎症等机制存在相互影响从而共同导致PD发生。抗氧化治疗在某种程度上为PD的治疗指出新的方向。对此，还需今后更深入的研究。