帕金森疾病与Wnt/β-catenin信号通路及氧化应激作用的研究进展

黄笑尘，杨 煜，王保华*，王 娟

(1.长春中医药大学，吉林 长春130021；2.吉林大学基础医学院 机能实验教学中心，吉林 长春130021；3.吉林大学中日联谊医院 妇产科，吉林 长春130033)

帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是影响全球老年人的第二大常见进行性的神经系统退行性疾病，预计随着全球老龄化的发展，其患病率会不断增加[1]。其发病原因是由于中脑黑质中多巴胺能神经元的病理生理性改变或Lewy小体的丧失，进而导致纹状体中多巴胺神经递质含量的下降，a-突触核蛋白(a-synuclein)在脑中的聚集[2]。PD主要表现为运动功能障碍，其临床表现有：静息震颤，四肢僵直，运动迟缓，姿势不稳，行动困难等[3]。有研究表明在帕金森前驱阶段且在运动症状发生之前进行神经系统保护干预对预防帕金森发病具有重要意义[4]。

帕金森病复杂的发病机制和临床治疗的挑战主要包括无法在疾病的早期阶段做出明确的诊断，并在后期阶段难以控制症状的发生，目前尚无没有任何能够减缓神经变性过程的治疗方法等。迄今为止，帕金森的发病机制尚不明确，有研究者认为可能与遗传因素、抽烟、酗酒、空气污染等环境因素、尿酸水平降低、线粒体功能异常、氧化应激、炎症反应以及人口老龄化以及单基因突变等有密切相关[5-8]。帕金森病临床症状出现较晚，且症状出现时多数多巴胺能神经元已经遭到破坏或丢失，并已严重影响了患者的生活质量，目前临床上PD多以对症治疗为主，并没有有效的药物可以阻止其进行性的发展，因此找到可应用于早期鉴定PD的生物标志物变得尤为重要，生物标志物将有助于改善疾病的诊断和监测疾病的进展，但是生物标志物的研究因为该病复杂的发病过程和机制也面临巨大的挑战[9]。

1 帕金森疾病与Wnt/β-catenin信号通路

1817年，詹姆斯·帕金森(James Parkinson)首次发表《An Essay on the Shaking Palsy》一文使得大家第一次知道帕金森疾病的存在。后来又有研究者发现PD患者纹状体多巴胺神经递质含量与健康者含量相比显著降低，并伴随一系列临床症状。后续的临床试验发现左旋多巴是公认的多巴胺神经递质前体，长期口服左旋多巴可用于PD的治疗[10]，但是长期服用左旋多巴会对多巴胺能神经元产生神经毒性作用[11]。因此如果能找到多巴胺神经递质再生或减缓多巴胺神经递质丧失的方法，就能有效缓解PD症状。已有研究表明，在动物PD模型中多巴胺神经递质的再生和Wnt/β-catenin信号通路有关；干扰小鼠中脑的β-catenin通路能够严重损伤多巴胺能神经元的再生功能[12]。β-catenin可以维持多巴胺能神经元从祖细胞到神经元进展的完整性，从而减少多巴胺神经递质的严重丧失和递质的迁移与分离[13]。Wnt信号调节参与多个神经发育的过程，有研究表明Wnts是腹侧中脑(VM)神经发生过程中多巴胺神经递质前体增殖和分化的关键调节剂，不同的Wnts具有不同且独特的生理活性[14]。Wnt信号通路分为经典通路和非经典通路，其中经典通路又称为Wnt/β-catenin信号通路，而非经典通路中又包括Wnt/PCP通路和Wnt/Ca2+通路，其中研究最为广泛的为Wnt经典信号通路，其在机体生长发育和新陈代谢中发挥主要的调节功能[15]。

β-catenin和GSK-3β是Wnt/β-catenin信号通路的重要分子，二者在调节神经系统发育和分化过程中占有重要地位[16]。在中枢神经系统中抑制GSK-3β可以增加β-catenin的含量，同时增加多巴胺能神经元的再生和分化[17]。GSK3是一种多功能丝氨酸/苏氨酸激酶，最初在哺乳动物中发现，因其具有磷酸化并可灭活糖原合酶的能力而得名，GSK-3β是GSK-3的高同源型，有研究发现GSK-3β能够磷酸化β-catenin，并导致泛素介导的β-catenin降解[18]。Wnt信号可以使GSK-3β失活并阻止其使β-catenin磷酸化，从而稳定细胞质中的β-catenin。随着β-catenin的积累，GSK-3β易位到细胞核中，并与T细胞因子(TCF)/淋巴增强因子(LEF)结合并增加其转录活性。活性的GSK-3β的存在会抑制Wnt信号传导，Wnt信号通路是胚胎发育不可或缺的组成部分，参与中枢神经系统和周围神经系统发育过程中的形态改变与分化过程，因此，必须使GSK-3β失活才能进行Wnt信号传导[19]。另外有研究报道GSK-3β是细胞凋亡的重要调节剂，其在小鼠中枢神经中过度表达会导致神经元的凋亡，同样，使用GSK-3β的抑制剂抑制其表达可使神经元凋亡减少[20，21]。

2 Wnt/β-catenin通路和氧化应激在帕金森疾病发生发展中的作用

有研究发现，氧化应激，蛋白水解应激和炎症反应在PD的发病机理中占主导地位。慢性氧化应激在介导PD进程中起核心作用，线粒体去极化、内质网应激、α-突触核蛋白积聚等是目前已知的PD病理改变形式，可能单独或通过相互影响而导致细胞氧化应激[22]。活性氧(ROS)是细胞体内稳态的必要成分，通常在线粒体电子转移链(ETC)或氧化还原反应期间的细胞中产生。同时细胞内存在的抗氧化剂，如超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)也会防止ROS过度升高[23]。线粒体是产生ROS的关键部位，在线粒体内膜中，电子通过一系列的蛋白质复合物通过氧化还原反应转移到最后一个电子受体氧上[24]。ETC复合物Ⅰ(尼古丁酰胺腺嘌呤二核苷酸[NADH]脱氢酶)和复合物Ⅲ(细胞色素bcl)中的电子过早泄漏给氧，从而产生线粒体超氧阴离子，当线粒体受损时ETC功能发生障碍，过度产生ROS，细胞过度受损进而导致PD的发生[25]。

据研究报导，MPTP(N-甲基-4-苯基-1,2,3,6四氢吡啶)的有毒生物活性形式(MPP+)经过单胺氧化酶B(MAO-B)氧化，并通过多巴胺能神经元细胞再摄取系统进入SN中产生多巴胺神经递质[26]。MPP+进入细胞后，会抑制线粒体ETC复合物Ⅰ酶和NADH-泛醌氧化还原酶，进而导致线粒体中电子的泄漏和ROS的生成[27]。有人将大鼠长期、连续、整体暴露于常见的农药鱼藤酮中，结果大鼠出现了类似PD的症状。抑制复合物I(线粒体内膜参与氧化磷酸化的五种酶复合物之一)导致进行性黑质纹状体多巴胺能变性，由于鱼藤酮具有高度疏水性，可以不依赖于多巴胺神经递质转运蛋白就可穿越生物膜，选择性地影响复合物I，并刺激产生活性氧成分[28]。还有研究证明，多巴胺能神经元具有Nox1/Rac1超氧化物生成系统，在给纹状体注射6-羟基多巴胺(6-OHDA)后可增加大鼠黑质多巴胺能神经元中Nox1的表达，激活Nox1/Rac1会导致DNA氧化损伤和神经变性，由此可诱发PD的发生[29]。

SOD是生物体内重要的抗氧化酶,能清除超氧自由基，其活力的高低间接反映了机体清除自由基的能力。GSH-Px是机体内一种重要的催化过氧化氢分解的酶，防止羟自由基的产生。MDA是生物体内氧自由基攻击脂质产生的一种脂质过氧化物,反映膜脂质过氧化的程度，具有细胞毒性,间接反映细胞损伤的程度。有研究表明6-OHDA在大鼠中脑黑质纹状体区通过快速自我氧化产生氧自由基，对膜脂质和蛋白质水平造成氧化损伤，引起SOD，GSH-Px和MDA含量的变化，最终导致黑质多巴胺能神经元受损导致PD的发生[30]。在一项研究中，连续3天进行大鼠SDS(红景天苷)和LiCl(Wnt/β-catenin信号传导途径的激活剂)的联合应用后注射6-OHDA，结果发现在体内，LiCl的处理改善了大鼠行为缺陷和多巴胺能神经元的损失；增加超氧化物歧化酶(SOD)活性和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)水平，减少纹状体中丙二醛(MDA)积累和GSK-3β mRNA水平，体外LiCl处理降低了6-OHDA对PC12细胞的毒性并阻止了细胞凋亡，这些均表明这可能与Wnt/β-catenin信号通路的调节有关[31]。Wnt信号不仅在控制基因表达、细胞极性、粘附和行为等方面具有重要作用，而且在不同水平上还能与DNA损伤反应(DDR)相互影响，相互作用。此外，氧化应激通过引起DNA损伤进而以不同方式影响Wnt信号[32]。

3 Wnt/β-catenin通路和PD的治疗

DJ-1是一种氧化还原依赖性分子伴侣，可抑制a-突触核蛋白聚集体(a-Syn)的形成[33]，并且有研究发现a-Syn和DJ-1之间的直接相互作用可能是PD中重要的神经保护机制，而这种相互作用的破坏可能会导致DJ-1突变进而引起PD的发生[34]。有研究表明，a-Syn在PD发病机理中起着关键作用，错误折叠的α-突触核蛋白(a-Syn)是路易体和路易体神经突蛋白内涵体的主要成分[35]。越来越多的研究都在PD患者的脑脊液[36]和血浆[37]中都检出了a-Syn，因此针对a-Syn靶向的免疫疗法是目前改善PD的策略之一。并且有研究表明，GSK-3β在神经细胞凋亡中发挥主要作用，抑制GSK-3β能够降低a-突触核蛋白的表达，因此，抑制GSK-3β可能也是PD的治疗方法之一[38]。Wnts也可以作为神经干细胞治疗中脑DA神经元的治疗靶点之一，已有报道显示，应用干细胞针对Wnts能够提高人中脑胚胎组织分化出的多巴胺能神经元组织的数量和质量[39]。Wnt/β-catenin信号通路在肿瘤，心脏疾病，糖尿病，炎症疾病以及神经系统退行性疾病中均起重要作用，特别在细胞凋亡存活过程中发挥关键作用[40]，也有越来越多的实验证明该通路与细胞增殖有关[41]，因此研究Wnt/β-catenin通路的在PD疾病发生、发展中的作用有助于帕金森疾病的预防和治疗。

4 展望

综上可知帕金森病发病机制复杂，并且临床多以对症治疗为主，没有相应药物可以阻止帕金森病进行性发展。多项研究表明，帕金森发病机制可能与Wnt/β-catenin通路异常以及氧化应激有关，因此深入研究Wnt/β-catenin通路异常以及氧化应激对帕金森疾病的发生、发展的影响并寻找到相应靶点对于进一步揭示帕金森发病机制以及治疗药物的开发具有重要意义。