帕金森病患者神经递质网络与乙酰胆碱代谢的关系

王 丹 综述，梁铁生 审校

1.中国地质大学医院内科，湖北武汉430074；2.湖北省武汉市东湖医院神经内科，湖北武汉430074

帕金森病(PD)是一种发生于中老年期的，缓慢进展的神经系统退行性疾病。我国>65岁人群患病率约占1.70%[1]，>80岁人群的患病率约为2.65%[2]。PD的典型特征是中脑黑质多巴胺能神经元变性坏死，当多巴胺减少达70%以上时，则出现静止性震颤、肌肉僵直等一系列症状，但仅多巴胺的缺失不能完全解释其临床异质性。有研究者发现某些非多巴胺能神经递质参与PD的发病,可能引起患者发生诸如痴呆、抑郁症、行为和睡眠障碍、自主神经调节障碍等临床问题[3]。

脑内许多神经元能释放多种神经递质,这些神经递质可能有类似的突触后效应，也可能有不同或增强效应[4]。有研究者发现，中脑被盖区及黑质多巴胺神经末梢的激动能激发伏隔核谷氨酸介导的兴奋性电冲动[5]。在海马、纹状体等部位存在自主胆碱能神经元，包含1%～2%的胆碱能中间神经元[6]。有研究显示，PD胆碱能神经元丧失的程度比阿尔茨海默病还要高，胆碱能纤维来源之一的基底前脑胆碱能神经元在非痴呆PD患者中丧失的程度达30%，而在疾病进展到痴呆(PDD)时神经元丧失的程度达54%～70%[7]。本文对体内乙酰胆碱(ACh)及其他神经递质网络调节与PD的关系综述如下。

1 ACh的合成、储存及释放失活

1.1合成底物 ACh的生物合成主要由来自全身血液循环的胆碱与乙酰辅酶A在特殊的酶胆碱乙酰基转移酶的参与下相互作用而完成。胆碱大部分来自循环，通过特殊的转运体进入胆碱能神经元。胆碱转运是ACh生成的限速步骤，转运机制包括：(1)钠依赖的突触体高亲和转运机制；(2)不依赖钠的细胞膜低亲和转运机制；(3)特殊的胆碱摄取机制，如血脑屏障的胆碱转运。磷脂酶D催化磷脂酰胆碱水解产生胆碱，能被胆碱能神经元特异性摄取作为合成ACh的前体物质。当外源性胆碱水平过低或神经兴奋需要胆碱合成及释放增加时，此通路变得更加有意义。在体内，某些神经递质的受体可与蛋白激酶C耦联，活化磷脂酶D，从而影响胆碱能神经元内ACh的合成。

1.2合成调控 高亲和胆碱摄入在ACh合成的调节过程中起至关重要的作用。高亲和胆碱转运体专一表达于胆碱能神经元，且高效运至轴突末端。最近有人成功克隆了高亲和胆碱转运体。高亲和胆碱转运体可随着神经元的兴奋性变化发生准确调节，所以它可作为神经元活动状态及胆碱神经元的标志物，它被密胆碱3选择性抑制。胆碱、乙酰辅酶A的供应和终产物ACh水平均会影响ACh合成的速度。ACh水平均较低时，其合成加快。相反，底物胆碱和乙酰辅酶A水平降低或ACh水平升高时，合成减慢。当神经冲动到达神经末梢时，引发钙离子内流，胞内丙酮酸脱氢酶系活性增加，使乙酰辅酶A合成增加，促进ACh的合成。

1.3储存释放及水解失活 ACh在胞浆中合成后依靠囊泡乙酰胆碱转运体(VAChT)摄入囊泡储存，尚有部分存在于胞浆中。VAChT是小囊泡单胺类转运体(VMAT)1和VMAT2的基因家族成员。2003年布哈尔德·舒茨应用一个转基因鼠模型发现了缰内侧核的2个胆碱囊泡转运体基因片段，其中一个转基因片段命名为hV11.2，有11.2千碱基(kb)，是从胆碱囊泡转运体基因上游5.0 kb到其起始段的第1个外显子。第2个转基因片段命名为hV6.7，是比hV11.2少4.5 kb的基因片段，活体状态下缺乏胆碱囊泡转运体表达的能力。联合基因方法与体外生物化学法研究优雅线虫发现，VAChT的内在参数与体内ACh的储存和释放有直接关系。神经冲动到达时，钙离子内流，囊泡前移，呈量子式释放ACh。胞浆中ACh也可通过膜闸门直接排出。释放到突触间隙的ACh主要通过乙酰胆碱酯酶催化水解，生成胆碱和乙酸，以完成神经系统的稳定。胆碱可被重摄取，重新合成新的ACh。ACh的重摄取极少，极少量的ACh可从突触间隙扩散，进入血液。

2 ACh的受体

药理学根据特异性配基的不同将胆碱受体分为毒覃碱受体和烟碱受体。

2.1毒覃碱受体 毒覃碱受体是位于细胞膜的一种蛋白受体，属于G蛋白耦联受体家族，分为M1～M5共5种亚型。M受体被激活后通过与其耦联的G蛋白转导后续信号，引起细胞内多种生理生化作用[8]。非选择烟碱受体兴奋剂可导致野生型大鼠纹状体脑片钾依赖的多巴胺呈剂量依赖型释放增加。缺乏M1和M2受体对这种反应没有影响，M4受体基因敲除大鼠的多巴胺释放被阻滞，M3受体基因敲除大鼠的多巴胺释放明显增加，M5受体基因敲除大鼠的多巴胺释放明显降低。应用γ-氨基丁酸(GABA)受体阻滞剂荷包牡丹碱发现M3和M4受体是通过改变纹状体GABA释放来影响多巴胺释放的。

2.2烟碱受体 烟碱受体属于配体门控离子通道受体，一般分为骨骼肌终板膜上的N2受体和神经节神经元突触后膜上的N1受体，中枢烟碱受体分为α银环蛇毒敏感受体和α银环蛇毒不敏感受体。烟碱受体是人类最早发现的一类受体，介导众多生理功能，包括学习、记忆和运动控制等，它的激活能促进多巴胺、去甲肾上腺素、五羟色胺(5-HT)等多种神经递质的释放[9]。烟碱受体在海马及皮质中表达，与认知、注意和学习记忆功能密切相关[10]。

2.3ACh与其他介质的相互作用

2.3.1ACh与多巴胺 纹状体中ACh能神经元和多巴胺能神经元有相互拮抗作用，PD患者可能有胆碱系统的亢进。ACh和多巴胺都在黑质细胞树突中合成及释放，多巴胺本身对纹状体突触后结构有抑制效能，PD患者突触处多巴胺减少或消失，则这种抑制作用被消除，以致纹状体中ACh能神经元的功能会过度活化。多巴胺与不同的多巴胺受体亚型结合调节了纹状体的胆碱能中间神经元ACh的释放。有研究发现，活体状态控制多巴胺的合成及存储对自发性胆碱酯酶释放有很大影响，黑质区神经元细胞外多巴胺的水平触发了胆碱酯酶释放，而ACh与相应受体结合，也能调节突触后细胞的兴奋性和突触前神经递质的释放[11]。吕勇[12]研究发现，PD患者血浆ACh水平明显低于健康人，而姿势步态异常型PD患者的ACh水平明显升高，认为ACh水平是姿势步态异常型PD的危险因素。

2.3.2ACh与氨基酸类递质 PD发病机制复杂，除累及多巴胺神经系统外，谷氨酸和GABA也参与其病理机制。袁永胜等[13]发现，早期PD患者外周血浆氨基酸神经递质中谷氨酸、天冬氨酸及GABA水平下降，推测可能与基底节环路直接通路的过度抑制及间接通路的过度激活相关。有研究发现，脑内兴奋性氨基酸主要是谷氨酸，能提升纹状体多巴胺末梢的释放，此作用依赖末梢表达N-甲基-D-天冬氨酸受体(NMDA)和α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异噁唑丙酸受体(AMPA)[14]。

谷氨酸通过离子型受体NMDA和AMPA对多巴胺神经元产生影响。机制与钙内流、一氧化氮(NO)合成增加及线粒体功能障碍等有关。应用NMDA受体拮抗剂和谷氨酸释放抑制剂是目前PD治疗的研究热点之一。某些胆碱能神经元亚群表达一种谷氨酸囊泡转运体，它负责调节纹状体胆碱能中间神经元谷氨酸的释放。黑质胆碱酯酶的释放可认为是下丘脑谷氨酸传入活化的结果。NMDA是体外最有效的促进纹状体脑片ACh释放的因子，NMDA能增加细胞外胆碱酯酶水平，将NMDA注入动物黑质可致其胆碱酯酶释放增加，AMPA作用不明显。

GABA是一种重要的抑制性神经递质，在黑质中水平最高，它能抑制谷氨酸的脱羧反应，降低血氨，参与脑内多种代谢，可起镇静、抗焦虑作用。GABA受体对前馈抑制中棘投射神经元(MSNs)胆碱能活性和纹状体输出具有一定影响。ACh和GABA似乎在功能上相互拮抗，它们可能针对不同的突触后细胞群，当它们同时释放到突触间隙时，GABA可对ACh的激活起限制作用。PD患者脑脊液中GABA水平低于正常。乙酰胆碱受体能激活纹状体中间神经元，并通过MSNs GABA介导的电活动。ADAM等[15]也指出胆碱能神经元同时也分泌GABA，并表示GABA对胆碱能神经元的影响不容忽视。

5-HT与情绪、行为及精神活动相关，PD患者尤其是伴有情感障碍的患者纹状体5-HT水平降低。豚鼠黑质内注入外源性5-HT能加强胆碱酯酶的释放，故5-HT可能也参与了ACh的调控。去甲肾上腺素在PD患者纹状体区水平呈轻到中度降低，并与痴呆症有一定关系，补充多巴胺后，这些递质可适度回升。

总之，PD患者血浆氨基酸神经递质的变化可能影响其中枢多巴胺及ACh水平。

3 ACh与一氧化氮(NO)及过氧化亚硝酸盐

NO是ACh释放的兴奋剂，过氧亚硝基阴离子(ONOO-)则是ACh合成及胆碱转乙酰酶活性的拮抗剂。电鳐电器官膜处神经末梢及细胞内存在1型一氧化氮合酶，并显示NO有促进ACh释放而抑制ONOO-合成的作用。应用超氧化物歧化酶可以降低过氧亚硝酸盐水平，但对刺激诱发的ACh释放无影响，应用外源性NO阻滞剂后，氯化钾和钙拮抗剂诱导的ACh释放被阻滞，提示NO本身就是主要的作用因子。

PD患者体内儿茶酚胺合成的首要限速酶、酪氨酸羟化酶被选择性硝基化，并从PD患者及试验动物脑中检测到ONOO-所致的酪氨酸亚硝酸残基，提示其病理机制可能与ONOO-超负荷有关。

4 蛋白激酶与多巴胺神经元

有研究表明,PD的发生与多巴胺能神经元抗氧化能力失调及氧化应激有重要联系[16]，其机制可能与蛋白激酶和蛋白酶等分子信号通路引发神经细胞凋亡及神经退行性变有关[17]。既往研究认为,活化的蛋白激酶能通过级联反应激活下游效应分子，最后水解一系列底物，造成DNA降解，引起细胞凋亡。

蛋白激酶D(PKD)属于钙/钙依赖的蛋白激酶家族，包括3个同源结构和功能的亚型,即PKD1、PKD2、PKD3。PKD激活与细胞增殖、细胞骨架重组、高尔基体的功能、免疫功能和细胞存活率息息相关。PKD1激活是机体对多重刺激的反应，PKD1在多巴胺神经元氧化应激的早期阶段有保护细胞生存的作用,因此,积极调节PKD1介导的信号转导通路，可以提供一种新的神经保护策略，但是持续的氧化损伤阻止PDK1的激活，导致多巴胺神经元退变及凋亡[18]。蛋白激酶C(PKC),如PKC(δ、ε、ηθ)可以调节PKD1激活。

5 蛋白激酶与多巴胺受体

细胞外多巴胺水平及多巴胺神经信号通路受多巴胺转运体及D2受体的双重调节。PKC是一种磷脂依赖的蛋白激酶,在细胞的代谢、生长、增殖、分化等方面扮演重要角色。有研究证明，PKC 能通过磷酸化调节 DAT 及 D2受体,PKC 改变D2R表面分布及活性，PKC 和抑制性突触前D2受体增加大鼠纹状体切片多巴胺释放。PKCβ基因敲除大鼠或应用PKCβ阻滞剂，可减少PKCβ活性，进而增加D2受体功能[19]。PKCδ激活与其Caspase3酶切作用共同参与了PD的多巴胺能神经元丢失[20],该研究指出，PKCδ酶切及核转位与PD的发生密切相关神经元释放的多巴胺与多巴胺受体结合后，通过抑制磷脂酶C，下调PKC活性，多巴胺受体负反馈调节机制可能至少有两种以上的机制，一种与PKC活化有关，另一种可能与PKC以外的外源性激动剂相关。

6 蛋白激酶与ACh

分析人类胆碱转乙酰基酶的原始序列发现其具有多种蛋白激酶共有的假定磷酸化序列。胆碱转乙酰基酶被PKC及钙调素激酶2分别磷酸化440-丝氨酸和456-苏氨酸，这些磷酸化调节了酶活性，以及质膜的结合及与其他细胞蛋白的交互作用。蛋白激酶抑制剂岗田酸处理的神经末梢上膜结合型及水溶性胆碱转乙酰基酶选择性增加，高亲和性胆碱转运体减少。岗田酸抑制蛋白激酶1和2A增加基础胆碱的转运，加强对双丁酰环磷2个方面调节胆碱转运：早期提升最大速度，不改变密胆碱3结合位点，后期与密胆碱3结合增加有关。蛋白激酶A参与了高亲和胆碱转运体及ACh合成。在不同细胞系，M型胆碱受体亚型M1、M3还能有效活化磷脂酶D和PKC，参与ACh调节。

7 胆碱受体及VAChT

PD患者纹状体和大脑皮质中大量烟碱型胆碱能受体减少， 有研究证实，α7 型神经元烟碱型乙酰胆碱受体可抵抗6-羟基多巴胺诱导及1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶导致的黑质纹状体损伤，机制可能与神经传递、神经调节、突触可塑性和神经保护等方面相关[21]。王丹等[22]发现，PD患者纹状体中胆碱酯酶活性明显降低，但ACh合成酶活性完全正常，AChM受体数量也与正常组无差异。多巴胺神经末梢胆碱受体的存在能加强基础多巴胺的释放[23]，基于此发现，研制nAChR配体选择性作用于纹状体多巴胺神经末梢，有可能成为治疗PD的一种新途径。

综上所述，PD病理机制复杂，除了传统多巴胺神经系统外，患者脑内ACh及其他神经递质的代谢及调节值得进一步研究和关注，以期发现治疗PD的新途径。