信号转导通路与帕金森病发病机制的研究

甘静文

广东省广州市民政局精神病院 510043

帕金森病(idiopathic Parkinson’s disease,PD)在临床上也被称之为震颤麻痹，是一种老年人多发的神经系统变性疾病，本病主要病理改变为黑质多巴胺能神经元变性死亡，但引起黑质多巴胺能神经元变性死亡的病因及发病机制尚未完全明确，可能与年龄、遗传因素、环境因素、细胞凋亡、神经系统老化等有关。PD临床症状主要表现为震颤、强直、运动障碍、姿势保持及平衡障碍、汗多等，目前的临床治疗主要以改善临床症状为主。

相关研究显示多种信号转导通路参与了帕金森病的发病过程, PD基因和相关蛋白质共同组成了细胞信号转导通路，在细胞分化、增殖以及凋亡活动中均会有这些信号通路的参与，对分子水平进行有效调控，所以从分子水平入手对PD进行分析，深入研究各种信号转导通路与PD发生发展的关系，及各信号转导通路之间的相互联系，从而为PD的进一步诊疗提供临床参考。

1 PD临床症及发病机制

1.1 PD简介 PD是老年人多发的一种疾病，在患病人群中90%以上>50岁，此病进展较为缓慢，在发展5～8年以后多半患者需要在他人的帮助下行动。PD的主要临床症状如下：

1.1.1 首发症状:早期的PD患者主要症状为多动，是早期诊断的关键，但是因为个体差异，不同的患者表现不同，患者首发症状依次是震颤(70.5%)，强直(19.7%)，失灵巧(12.6%)，步态障碍(11.5%)，肌痛痉挛和疼痛(8.2%)，精神障碍如抑郁和紧张等(4.4%)[1]。一般情况下认为PD从发病到诊断时间平均为2.5年。

1.1.2 震颤：震颤出现的主要原因就是肢体的促动肌和拮抗肌出现节律性交替收缩的状况，一般情况下是从一侧上肢的远端开始出现，逐步发展到相同侧的下肢和对侧上肢，同时口唇、下颌以及头部等部位也会受累出现一些症状。出现震颤的患者一般上肢震颤要重于下肢，手指也常会出现节律性的震颤，形成“搓丸样动作”[2]。发病初期患者一般是在静止的情况下，肢体才会出现震颤的症状，当患者进行运动时震颤症状会减轻，如果患者情绪激动震颤会加重，当患者进入睡眠状态时,震颤会加重。

1.1.3 强直：强直是以促动肌和拮抗肌的肌张力增长为主要特征的一种临床表现，这种肌张力增高的情况会持续保持一致，一般将其称之为“铅管样强直”。如果患者合并出现震颤和强直的症状，这时伸屈肢体都会感觉均匀的阻力在不断增加，但是阻力会出现停顿的情况，我们将其称之为“齿轮样强直”[3]。当人的肌肉处于强直状态时，患者就会表现出一种特殊的姿势，头部会向前倾斜，躯干会处于俯屈状态，且上臂会内收，手指会内收，拇指会对掌，髋、膝关节会呈现弯曲状。随着患者病情的不断发展，这种障碍的姿势会不断加重，严重情况下颌甚至会贴到胸前[4]。

1.1.4 运动障碍(失灵巧)：运动障碍是导致PD患者伤残的主要原因，主要是运动肌强直所导致。通过对手术治疗后PD患者状况进行分析可知，手术治疗以后，患者的强直状况会得到有效治疗，但是对于运动障碍的治疗效果并不大。目前认为，DA缺乏与运动减少有直接关系[5]。

1.1.5 姿势保持与平衡障碍：临床研究表明PD最初的临床症状就是姿势与步态异常。有研究认为导致姿势和步态异常的主要原件就是主动运动反射性姿势调节出现障碍，这种症状也会在早期PD患者中出现。常见的表现为起步困难，行走缓慢，步伐较小，在行走时起步难度较大，但是迈出一步以后会以非常小的步伐向前俯冲，且会越走越快，不能立刻转弯或者停止。而导致患者转弯困难的主要原因就是躯干僵硬和平衡出现障碍，所以在转弯时患者应通过连续小步的方式，让躯干和头部一起转弯。

1.1.6 其他：PD患者也会出现出汗量增多、顽固性便秘、皮脂溢出变多等情况。一般情况下，出汗会集中在震颤的一侧，所以我们认为肌肉活动增加是导致出汗的主要原因。临床上一般出现脑炎后的患者会存在皮脂溢出增多的情况，有少数的PD患者会出现排尿和排便困难的情况[6]。

1.2 PD发病机制 PD是临床是非常复杂的一种变性疾病，主要临床表现就是静止时震颤、运动缓慢、姿势步态异常等。目前对于PD发病机理的研究还没有准确的定论，是一种由多因素、多病因综合作用下所导致的疾病，主要是因为基因突变、细胞凋亡、线粒体功能障碍、泛素蛋白酶体系统功能障碍等[7-8]。

2 信号转导通路与PD发病机制

PD基因和相关蛋白质共同组成了细胞信号转导通路，在细胞分化、增殖以及凋亡活动中均会有这些信号通路的参与，而分子的基础决定了PD的发病情况。与PD发病机制相关的信号转导通路种类较多，主要有丝裂酶原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases，MAPK)通路、核转录因子κB(Nuclear transcription factor，NF-κB)通路、一氧化氮合酶(Nitric OX-ide synthase，NOS)等。当信号转导的途径出现异常以后，就会导致DA的神经元活性受到影响，出现神经元凋亡的情况，导致PD发生。

2.1 MAPK通路与PD MAPK通路中含有一种有丝氨酸/苏氨酸的蛋白激酶，这种蛋白激酶在胞浆中广泛存在，MAPK通路包含了多种类型，主要有p38通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun NH2-teminal kinase，JNK)通路、胞外信号蛋白调节激酶(Extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)通路等。

2.1.1 p38通路与PD：相关研究表明，PD的发病与细胞凋亡密切相关，通过检验PD患者细胞情况可知，PD患者的脑黑质细胞死亡数会对黑质致密部Bcl-xL/Bcl-2死亡因子造成影响，两者呈现正相关性。脑黑质细胞死亡数和Bcl-xL/Bcl-2死亡因子的活性得到抑制，会提高DA神经元的活性[9]。而通过以往的研究结果可知，p38通路可以有效调控细胞凋亡的过程，对PD的病变情况有着重要的影响。而在对p38通路是否参与PD的发病过程，是否与BAD和caspase-3表达有关的实验中，通过使用p38MAPK通路特异性抑制剂进行了药物干预，并利用1-甲基-4-苯基-1，2，3，4四氢毗啶对患有PD的小鼠进行诱导，将此通路阻断，以此来分析脑黑质磷酸化p38MAPK(p-p38MAPK)、BAD和caspase-3的表达关系，以及和DA神经元丢失之间的联系，希望可以得到PD的发病机制，并采取有效的预防措施[10]。

学术界在针对PD的研究过程中，形成了统一的观点，黑质中的多巴胺神经细胞凋亡是导致PD的主要因素[11]。目前来看，临床上治疗PD的方法都是治标不治本的，所实施的治疗措施并不能减少多巴胺神经细胞的凋亡，导致此种情况的主要原因就是，现阶段我们并不清楚导致神经细胞凋亡的机制。而对p38造成刺激的因素较多，也是导致神经细胞凋亡的效应器[12]。所以，当我们分析死后PD的情况时发现了患者脑中p38的活性形式，通过动物实验和PD细胞的培养结果也发现p38会通过多种形式，参与PD神经元凋亡的过程。同时，p38还能促使雌激素对蛋白PS2进行调节，进而让PCI2的细胞凋亡更加快速。

2.1.2 JNK通路与PD：PD最为典型的病理特征就是机体出现α-突触共核蛋白，此外在一些泛肽的胞浆中会包含物路易小体，这些物路易小体也是病理因素之一。当这些物质出现以后，其中的色素神经元物质就会出现变性和缺失的情况，其中黑质致密部神经元的缺失最为明显。通过显微镜观察，我们可明显发现神经元减少的情况，其中的黑质细胞色素更是会快速消失，消失的黑质细胞色素会游离在巨噬细胞中和一些其他组织中，机体还会出现不同程度的神经胶质增生的情况。

从PD的病理机制层面来分析，PD的病理机制主要有以下几方面：线粒体功能障碍、多聚ADP核糖聚合酶活化异常、氧化应激与泛素蛋白酶体系统功能等，这种异常的变化，或直接，或间接导致了PD的发生[13]。

最早发现JNK通路是1991年，JNK通路属于MAPK通路不可缺少的组成部分。JNK通路不仅会作用于细胞的凋亡和生长，还会对细胞的应激和病理过程进行作用。JNK通路中的蛋白激酶是由3个基因编码所组成，即JNK1、JNK2、JNK3，这其中在全身的各个部位都有JNK1、JNK2的存在，而JNK3具有明显的组织特异性表达特征，只在心脏、睾丸、脑部等存在。当JNK通路处于没有被激活的状态时，会在细胞质中游离，在细胞核中也存在部分JNK。当JNK被激活以后，就会快速聚集到细胞核中，进而导致相关的基因表达出现变活[14]。JNK出现改变后进行作用的途径就是激活caspase-3，并将COX-2的表达上调，还要同时释放出细胞色素c，并且能让活氧性得到增加，进而促使纹状体的运动区域神经递质出现衰竭，导致多巴胺能神经元出现凋亡的情况。

另外，在线粒体功能异常、内质网应激、氧化应激、细胞色素c的释放等多项反应中都有JNK信号通路的参与，JNK信号通路参与了多个病理过程，促使机体中的多巴胺能神经元的功能出现异常情况，甚至会导致细胞凋亡。所以，在研究PD的过程中，分析JNK信号转导通路的作用，对于PD的治疗有较大的意义。

2.1.3 ERK通路与PD：在身体的细胞中广泛存在ERK，ERK的主要作用就是对机体细胞的发育、生长以及成熟进行调控，通过ERK可以对多种神经类和精神类疾病的病理进行分析。MAPK/ERK最为突出的作用就是可以对细胞的分化、增殖、恶性转化等过程进行有效的调节，可以形成脑内长时增强。有学者进行了动物实验研究，将一只患有PD的大鼠作为研究对象，给其长期服用左旋多巴，发现大鼠体内的纹状体ERK1/2磷酸化水平得到明显增加，并且促使ERK通路激活，并对突触结构蛋白进行作用，并对下游不同的底物进行了活化[15]。同时ERK通路被激活以后会参与神经元的可塑性反应，还会改变突触的结构，最终对行为学进行改变。一般在损伤的侧纹状体中会出现ERK1/2磷酸化的现象，这也就表明当PD出现运动并发症时会有ERK通路的参与，而纹状体上多巴胺受体超敏和受体反应具有密切的关系，所以在临床治疗的过程中，我们常通过给患者服用抑制ERK通路的药物，来改善患者的PD运动并发症情况。

2.2 NF-κB通路与PD 在NF-κB不断被刺激和暗示的情况下，NF-κB在P53表达调节中的作用也越发的凸显，由此可以推理出在神经退化的疾病中P53就是NF-κB通路被激活的关键，属于下游的效应器。有学者进行了动物研究实验，利用大鼠进行了实验，当大鼠被纹状体中兴奋性毒性入侵以后，p53和c-Myc的表达会明显增加，而NF-κB有效抑制了p53和c-Myc的水平，促使p53和c-Myc的升高缓慢或者不升高，有效缓解了纹状体细胞出现凋亡的情况[16]。反之从这个结果中可以推理出p53和c-Myc可以对NF-κB进行诱导，进而让细胞出现凋亡。在血管平滑肌细胞中，如果低密度的脂蛋白被氧化，就会产生脂类过氧化物，也会产生4-羟基壬烯酸(HNE)，这些产生的物质会以NF-κB激活为载体，让凋亡的细胞更加快速死亡。利用重组体肽预处理以后，可以有选择性地组织喹啉酸对NF-κB的诱导作用，有效阻止了NF-κB的核转位，也能阻止细胞的凋亡。由此可见，NF-κB可以促进神经兴奋性毒素更快速诱导细胞凋亡，进而有效抑制了NF-κB级联激活。同时，亲代谢性谷氨酸盐受体(mGluR)激动剂会促使兴奋性中毒所造成的神经元损失得到缓解。

PD患者死亡以后，利用PD动物模型和体外细胞进行研究可知，PD的黑质区不仅具有促进凋亡的内缓解，还有很多残存的凋亡细胞。通过对小鼠PD模型进行MPTP诱导以后可知，在DNA的碎片中，还有黑质中DA能神经元进行选择的降解。临床研究表明，caspas-3是一种增加的抗活化抗体，而PD患者DA神经元中存在活化的caspase-3明显升高，阳性率达到了100%。由此可见，NF-κB通路可以通过调控P53的表达，对细胞的凋亡进行调节，进而参与了PD的发病。

2.3 NO、NOS通路与PD 精氨酸和氧反应以后就会产生NO，而在合成限速酶的过程中NOS是关键物质，这其中iNOS属于一种诱导型的酶，是必不可少的诱导酶。NO会参与到多种神经毒素中，起到介导的作用，而在这些神经毒素中PD就是其中一种，会导致神经出现退行性病变[17]。而通过对PD患者的脊髓液和脑黑质进行检测可知，这两个部位的iNOS都有明显的增加，而产生NO以后，会对iNOS进行有效的调节。当NO与O2进行反应以后就会产生过氧亚硝酸盐，而过氧亚硝酸盐具有非常强的毒性，而硝基化细胞的蛋白质中存在一种酪氨酸残基，会改变过氧亚硝酸盐的毒性。此外，通过检查PD患者的LB，可知其中含有3-硝基酪氨酸。在发展的过程中免疫炎症会参与到NO、NOS通路的反应中，这样就会促使巨噬细胞产生iNOS，进而合成NO，这就会导致小胶质星形细胞产生NOS，而产生NOS以后，肿瘤坏死因子的-α受体-1和TNF-α表达会明显增加，当这些因子与神经元中的TNF-αR-1结合以后，就会活化pro-caspase-8，导致caspase出现级联反应，进而对细胞的凋亡进行有效的调控[18-19]。此外，线粒体呼吸链也会受到NO的破坏，过量的消耗机体中的能量，对细胞的膜内外电位反应造成破坏，产生一些神经毒素，进而导致多巴胺神经元出现变性损伤。

在PD的发病机制研究中NO是不可或缺的一部分，与其他信号转导通路也有着密切的联系。如果细胞受到鱼藤酮刺激以后，就会激活JNK信号通路，让iNOS进一步被激活，产生NO，所以JNK通路可以有效地对NO进行调控，进而产生一些脑黑质多巴胺能神经元变性元素，促使iNOS受到影响，被P38所调控，进而促使多巴胺神经元的凋亡受到影响[20]。

综上所述，PD是临床上一种严重的神经系统变性疾病，是在多种因素共同的作用下而导致的结果，与年龄、环境、自身免疫、细胞凋亡等因素有关系。而PD的各种信号转导通路是通过参与调控免疫、炎症以及凋亡等活动，对分子水平进行有效调控，所以我们从分子水平入手对PD进行分析。目前PD的治疗以临床改善症状为主，深入研究各种信号转导通路与PD发生发展的关系及各信号转导通路之间的相互联系，可以从分子水平上为PD的临床诊疗提供更深广的思路。