信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與帕金森病

張曉曉，盧 宏

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)一科 河南鄭州 450052)

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)也稱(chēng)震顫麻痹，是發(fā)病率僅次于阿爾茨海默病的神經(jīng)退行性疾病，其主要病理改變是黑質(zhì)致密部(substantia nigra compacta，SNc)、多巴胺(dopamine，DA)能神經(jīng)元不可逆的丟失及路易小體(lewy body，LB)的形成［1］。PD 發(fā)病機(jī)制與多種因素相關(guān)，包括細(xì)胞自治性(如線(xiàn)粒體氧化應(yīng)激、蛋白質(zhì)聚集等)及非細(xì)胞自治性(如蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊及神經(jīng)免疫等)［2］。目前研究發(fā)現(xiàn)，多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路亦參與PD發(fā)病機(jī)制，本文將相關(guān)研究給予綜述。

1 PD及其發(fā)病機(jī)制

PD為一復(fù)雜的變性病，臨床主要以靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直、姿勢(shì)步態(tài)異常為主要表現(xiàn)形式。針對(duì)其發(fā)病機(jī)理，尚無(wú)明確定論，考慮為多病因、多因素綜合作用的結(jié)果，主要包括基因突變、線(xiàn)粒體功能障礙、過(guò)度氧化應(yīng)激、泛素蛋白酶體系統(tǒng)功能障礙、細(xì)胞內(nèi)外鈣離子穩(wěn)態(tài)破壞、細(xì)胞凋亡等［2］。截至1997年資料統(tǒng)計(jì)，PD在人群中患病率高達(dá)0.2%，65歲以上老年人中，患病率為1% ～2%，而在85歲以上老年人中，高達(dá)3% ～5%［1］，因此研究PD發(fā)病機(jī)制，針對(duì)發(fā)病機(jī)制合理治療至關(guān)重要。

2 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與PD

細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路由PD基因和相關(guān)蛋白質(zhì)構(gòu)成，可參與細(xì)胞分化、增殖及其凋亡活動(dòng)等，從分子基礎(chǔ)上決定PD的發(fā)病。它主要包括絲裂酶原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)通路、核轉(zhuǎn)錄因子 κB(nuclear transcription factor，NF-κB)通路、一氧化氮(nitric oxide，NO)、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)通路、蛋白激酶 C(protein kinase C，PKC)通路等。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的異常與DA能神經(jīng)元活性及神經(jīng)元凋亡存在明顯關(guān)系［3］。

2.1 MAPK通路與PD MAPK是一種含有絲氨酸/蘇氨酸的蛋白激酶，廣泛分布于包漿中，MAPK通路主要包括胞外信號(hào)蛋白調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun NH2-teminal kinase，JNK)通路、p38 通路3 條途徑，通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子磷酸化，進(jìn)而改變基因表達(dá)水平，參與神經(jīng)損傷的發(fā)生及其修復(fù)［4］。

2.1.1 ERK通路與PD:ERK在體內(nèi)廣泛分布，調(diào)控機(jī)體的發(fā)育、生長(zhǎng)、細(xì)胞遷移及成熟，對(duì)多種神經(jīng)及精神類(lèi)疾病的病理發(fā)生及發(fā)展有重要作用［5］。

MAPK/ERK對(duì)細(xì)胞的分化增殖及惡性轉(zhuǎn)化均有調(diào)節(jié)作用，參與形成腦內(nèi)長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)及突觸的塑造?？酌舻龋?］試驗(yàn)研究證實(shí)，長(zhǎng)期使用左旋多巴，可顯著增強(qiáng)PD大鼠紋狀體ERK1/2磷酸化水平，使ERK通路激活，作用于突觸結(jié)構(gòu)蛋白，活化下游不同底物，參與改變突觸和神經(jīng)元的可塑性，最終改變行為學(xué)，而ERK1/2磷酸化主要發(fā)生在損傷側(cè)紋狀體，進(jìn)而說(shuō)明ERK通路參與PD運(yùn)動(dòng)并發(fā)癥的發(fā)生，與紋狀體上多巴胺受體超敏及受體后反應(yīng)關(guān)系密切，臨床給予抑制ERK通路藥物可能有助于治療PD運(yùn)動(dòng)并發(fā)癥。

2.1.2 p38通路與PD:p38是重要的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)酶，是MAPK的重要組成部分，參與介導(dǎo)細(xì)胞免疫、炎癥、凋亡、氧化應(yīng)激等病理生理改變［7］。p38的激活與PC12神經(jīng)元的凋亡一致，具有持續(xù)p38活性的PC12神經(jīng)元可出現(xiàn)明顯的細(xì)胞凋亡，提示p38/MAPK參與調(diào)控細(xì)胞凋亡［8］。而PD發(fā)病雖與多種因素相關(guān)，但最終結(jié)果是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的凋亡。Merad［9］曾有實(shí)驗(yàn)表明細(xì)胞凋亡中含有許多促凋亡因子，如細(xì)胞色素 c及半胱氨酸蛋白酶(caspase)。caspase家族蛋白具有天冬氨酸特異酶和半胱氨酸蛋白酶切位點(diǎn)，降解底物，使細(xì)胞形態(tài)學(xué)發(fā)生改變，介導(dǎo)凋亡，細(xì)胞色素c可調(diào)控caspase凋亡機(jī)制，功能異常時(shí)誘導(dǎo)凋亡。鄰乙汞硫基苯酸鈉可磷酸化p38/MAPK，使caspase-3活化，p38活性受抑制，細(xì)胞色素c釋放減少，caspase-3的降解也減少，減少細(xì)胞凋亡，進(jìn)而調(diào)控PD發(fā)?。?］。亦有研究發(fā)現(xiàn)，在MPTP模型小鼠中，p38/MAPK信號(hào)通路可能激活NF-κB和環(huán)氧化酶-2(cyclo-oxygen-ase-2，COX-2)，損傷黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元，誘導(dǎo)PD發(fā)生，證明p38/MAPK參與PD的發(fā)?。?］。p38/MAPK可通過(guò)增強(qiáng)表達(dá)原癌基因 c-myc，介導(dǎo)fas/fasL凋亡，使c-jun和c-Fos激活，誘導(dǎo)Bax轉(zhuǎn)位及p53表達(dá)等，參與細(xì)胞的凋亡［8］。而作用于p38通路的藥物可減輕PD多巴胺神經(jīng)元的損傷，可能與減少炎癥反應(yīng)，降低細(xì)胞凋亡有關(guān)［11］。

2.1.3 JNK通路與PD:JNK信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡周期，在應(yīng)激的生理過(guò)程中扮演重要角色。JNK信號(hào)通路在未激活時(shí)主要存在于胞漿，激活后迅速表達(dá)，通過(guò)參與介導(dǎo)capase-3，促進(jìn)COX-2的表達(dá)，調(diào)節(jié)釋放細(xì)胞色素c，減少線(xiàn)粒體復(fù)合體I，增加活性氧等途徑，造成紋狀體運(yùn)動(dòng)區(qū)域的多巴胺能神經(jīng)元凋亡［12］。

JNK通路與線(xiàn)粒體功能障礙及氧化應(yīng)激:JNK通路的氧化激活受DJ-1因子的影響［13］，而DJ-1基因有抵抗線(xiàn)粒體氧化應(yīng)激，減少?gòu)?fù)合物I的形成，清除過(guò)氧化氫，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽合成的作用［14］，防止JNK通路的激活，從而減少PD的發(fā)生［15］。當(dāng)DJ-1基因表達(dá)減少或突變時(shí)，會(huì)造成細(xì)胞生理功能的缺失，當(dāng)DA功能缺失時(shí)，其產(chǎn)生的6-羥基多巴胺和神經(jīng)黑素可造成呼吸鏈損傷，ATP生成減少，最終細(xì)胞死亡于能量不夠，PD發(fā)病增加。

JNK通路與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錯(cuò)誤折疊及聚集:PD等神經(jīng)變性疾病的腦組織中均有蛋白質(zhì)的異常沉積，這些異常聚集的蛋白質(zhì)造成細(xì)胞變性，ATP酶分解受阻，使神經(jīng)元損傷［16］。泛素-蛋白酶體是細(xì)胞內(nèi)清除蛋白質(zhì)的主要途徑，當(dāng)其功能受損時(shí)，會(huì)造成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解功能喪失，使蛋白質(zhì)局部降解或折疊后反復(fù)降解，造成局部累積［17］。有報(bào)道證明，散發(fā)的PD模型研究中，異常蛋白質(zhì)聚集可激活JNK通路，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡［16］，造成PD的發(fā)病。

JNK通路與細(xì)胞凋亡:細(xì)胞凋亡與氧化應(yīng)激、線(xiàn)粒體功能障礙等均有聯(lián)系，caspase是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵酶，而細(xì)胞色素c的釋放是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵步驟。體外模型中可利用乳胞素激活A(yù)SK-1，介導(dǎo)JNK和c-Jun磷酸化，使JNK通路激活，從而釋放出細(xì)胞色素c，并激活caspase-3和caspase-9，導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元凋亡，給予 JNK通路抑制劑 SP00125后，可減輕凋亡現(xiàn)象［14］。

JNK通路與KATP通道:近年研究發(fā)現(xiàn)以小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度激活為主要表現(xiàn)方式的炎癥反應(yīng)亦參與PD發(fā)?。?9］，而KATP離子通道被激活后，可降低黑質(zhì)和紋狀體中NOS的活性劑mRNA的水平，造成TNF-a的產(chǎn)生及表達(dá)減少，抑制細(xì)胞凋亡［20］。埃他卡琳(Ipt)是新型的鉀離子開(kāi)放劑，用Ipt處理經(jīng)魚(yú)藤酮損害的小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞后，其線(xiàn)粒體膜上的鉀離子通道被打開(kāi)，c-Jun的磷酸化顯著減少，使得JNK信號(hào)通路被抑制，細(xì)胞凋亡停止［14］，說(shuō)明KATP離子通道的開(kāi)放可能會(huì)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，進(jìn)而抑制JNK信號(hào)通路，減少PD的發(fā)病。

2.2 NF-κB 通路與 PD NF-κB 包括 RelA、RelB、CRel、p105/p50和p100/p52等，主要通過(guò)兩種激活方式參與信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。一種是依賴(lài)于NIK-IKKa/в的IκBal磷酸化及降解［21］，另一種是依賴(lài)于 ERK 和p38/MAPK磷酸化的轉(zhuǎn)位［22］。NF-κB在PD病人的多巴胺神經(jīng)元中是增加的，以及RelA核轉(zhuǎn)錄位在PD病人尸體的黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元中存在很強(qiáng)的表達(dá)。神經(jīng)炎癥在PD的發(fā)病機(jī)制中起重要作用［19］，NF-κB可參與外周炎癥反應(yīng)，調(diào)控B細(xì)胞的增生、增殖及凋亡，在T細(xì)胞分化的不同階段起重要作用，而且參與樹(shù)突細(xì)胞(dendritic cell，DC)的活性抑制，減少炎癥損傷及凋亡［23］。在PD病人大腦中，LB的形成與被磷酸化的IκBaNF-κB 抑制劑及 SCFв-TrCPpIκBα 的泛素連接酶相關(guān)，NF-κB調(diào)節(jié)p53的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。成神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)1-甲基-4苯基-4氫吡啶離子處理后，發(fā)現(xiàn)p53表達(dá)增加，出現(xiàn)caspase-3的裂解及以DNA斷裂及其核形態(tài)學(xué)變化為主要特點(diǎn)的細(xì)胞凋亡，所以NF-κB通過(guò)調(diào)控p53的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，參與PD發(fā)?。?4］。

2.3 NO、NOS通路與PD NO是由L-精氨酸和氧反應(yīng)產(chǎn)生，NOS是其合成最關(guān)鍵的限速酶，其中iNOS為誘導(dǎo)型關(guān)鍵酶。NO參與介導(dǎo)多種神經(jīng)毒素，而這些神經(jīng)毒素可導(dǎo)致包括PD在內(nèi)的多種神經(jīng)退行性疾?。?5］。在PD患者的中腦黑質(zhì)及腦脊液中，iNOS均有顯著增加，而NO的產(chǎn)生受iNOS的調(diào)節(jié)。NO與O2結(jié)合后，生成過(guò)氧亞硝酸鹽，其有強(qiáng)烈的毒性，硝基化細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基，使其功能發(fā)生改變，在PD患者的LB中，我們就發(fā)現(xiàn)了3-硝基酪氨酸［26］。免疫炎癥參與NO、NOS通路，巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生iNOS，使NO的合成增加，而小膠質(zhì)星形細(xì)胞產(chǎn)生NOS后，可增加組織中的腫瘤壞死因子-α受體-1(tumor necrosis factor-α receptor-1，TNF-αR-1)及其 TNF-α 表達(dá)，神經(jīng)元上TNF-αR-1被結(jié)合后，可使pro-caspase-8被活化，引起caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，調(diào)控凋亡［19］。NO對(duì)線(xiàn)粒體呼吸鏈亦有破壞作用，消耗能量，破壞細(xì)胞膜內(nèi)外電位，產(chǎn)生神經(jīng)毒性，使多巴胺神經(jīng)元損傷變性［26］。

NO是PD多種發(fā)病機(jī)制的重要組成成分，與其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路亦有聯(lián)系。當(dāng)細(xì)胞受魚(yú)藤酮刺激后，JNK信號(hào)通路被激活，進(jìn)一步激活iNOS，使NO的產(chǎn)生增加，所以JNK通路可調(diào)控NO的產(chǎn)生［27］。中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性丟失嚴(yán)重受iNOS的影響，而iNOS的表達(dá)受p38的調(diào)控，在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上，iNOS的表達(dá)受到p38的快速調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)控多巴胺神經(jīng)元的凋亡［11］。

2.4 PKC通路與PD PKC對(duì)細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)及和核基因的表達(dá)起重要作用，磷酸化底物蛋白Ser-Thr的殘基，對(duì)細(xì)胞的短期及長(zhǎng)期反應(yīng)均有調(diào)節(jié)作用，而PKCб亞型本身是凋亡蛋白caspase的效應(yīng)靶點(diǎn)，參與凋亡相關(guān)蛋白的調(diào)節(jié)。PKCб的激活可能是一個(gè)PD的致病位點(diǎn)，參與PD的發(fā)病。PKC的某些家族成員在炎性刺激、有絲分裂刺激、應(yīng)激刺激等情況下可作為ERK上游的信號(hào)分子，參與激活ERK［28］，并可選擇性降低ERK1/2的磷酸化水平，所以PKC系統(tǒng)有可能參與調(diào)控ERK通路的部分激活，進(jìn)而參與PD發(fā)病的調(diào)節(jié)［6］。

3 小結(jié)

目前PD的發(fā)病機(jī)制考慮為多因素共同作用的結(jié)果，與環(huán)境因素、年齡因素、神經(jīng)免疫、細(xì)胞凋亡、線(xiàn)粒體氧化應(yīng)激等均有相關(guān)性，各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過(guò)參與調(diào)控免疫、炎癥、凋亡等，從分子水平為PD的發(fā)生進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。目前PD的治療以臨床改善癥狀為主，深入研究各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與PD發(fā)生發(fā)展的關(guān)系及各信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路之間的相互聯(lián)系，可以從分子水平上為PD的臨床診療提供更深廣的思路。

［1］Fabio B.Neural and Immune Mechanisms in the Pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Neuroimmune Pharmacol，2013，8(1):189-201.

［2］Etienne C，Peter J，F(xiàn)RPharm S，et al.Pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Movement Disorders，2013，28(1):24-30.

［3］陳生弟，王剛，劉軍，等.帕金森病發(fā)病機(jī)制與診治的基礎(chǔ)與臨床研究進(jìn)展［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)，2012，32(9):1221-1226.

［4］陶昕，孟祥志，孫麗，等.MAPK信號(hào)通路與神經(jīng)損傷的研究進(jìn)展［J］.解剖學(xué)進(jìn)展，2010，16(6):574-577.

［5］關(guān)曉偉.ERK1/2及CRF系統(tǒng)在可卡因成癮過(guò)程中的作用［D］.南京:南京醫(yī)科大學(xué)，2009:12-19.

［6］孔敏，巴茂文，劉振國(guó).細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶通路在帕金森運(yùn)動(dòng)并發(fā)癥中的作用［J］.中華神經(jīng)科雜志，2009，42(5):67-70.

［7］Roux P P，Blenis J.ERK and p38 MAPK-activated protein kinases:a family of protein kinases with diverse biological functions［J］.Microbiol Mol Biol Rev，2004，2(68):320-344.

［8］孫欣.p38 MAPK通路和帕金森?。跩］.國(guó)外醫(yī)學(xué)-老年醫(yī)學(xué)分冊(cè)，2009，30(2):65-67.

［9］王茜，張輝，張作鳳，等.p38MAPK對(duì)帕金森病MPTP模型小鼠NF-κB和COX-2調(diào)控的研究［J］.中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2012，22(28):15-20.

［10］陶麗珍，陳建宗.NF-κB通路與帕金森病［J］.國(guó)際老年醫(yī)學(xué)雜志，2011，32(1):32-35.

［11］張?zhí)铮瑥堊鼬P，魏子峰，等.p38 MAPK通路參與調(diào)控iNOS活化及其介導(dǎo)的帕金森病小鼠的多巴胺神經(jīng)元消失［J］.中國(guó)煤炭工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志，2009，12(3):34-36.

［12］Wapen S，Kooncumchoo P，Shavali S，et al.Salsolinol，an endogenous neurotoxin，activates JNK and NF-κB signaling pathways in human neuroblastoma cells［J］.Neurochem Res，2007，32(6):443-450.

［13］Lee K W，Junn E，Mouradian M M，et al.DJ-1 protects against oxidative damage by regulating he hioredoxin/ASK1 complex［J］.Neurosci Res，2010，67(3):203-208.

［14］關(guān)榆根，張建鵬.JNK信號(hào)通路的激活在帕金森病發(fā)病機(jī)制中的作用［J］.生物技術(shù)通訊，2012，23(6):874-878.

［15］Rita P，Teresa C O，Ana C R.Peprint of:Revisiting oxidative stress and mitochondrial dysfuction in the pathogenesis of Parkinson diseaseresemblance to the effect of amphetamine drugs of abuse［J］.Free Radical Biology and Medicine，2013，62(1):186-201.

［16］陳娜，代麗芳，姜玉武，等.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激后未折疊蛋白反應(yīng)在神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機(jī)制中的作用［J］.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2012，39(8):764-770.

［17］胡曉梅，郭斌.自噬在帕金森病發(fā)生發(fā)展中的作用［J］.生命科學(xué)，2013，25(1):73-77.

［18］Li X，Du Y，F(xiàn)an X，et al.c-jun Kinase mediates lacacystin-induced dopamine neuron degeneration［J］.Neuropathol Exp Neurol，2008，67(10):933-944.

［19］張娜，柯開(kāi)富，邱一華.神經(jīng)炎癥在帕金森病發(fā)病機(jī)制中的作用［J］.交通醫(yī)學(xué)，2012 26(1):45-47.

［20］劉彩霞.帕金森病中KATP通道的研究進(jìn)展［J］.Apoplexy and Nervous Diseases，2012，29(2):188-189.

［21］Awasthi Y C，Sharma R，Cheng J Z，et al.Role of 4-hydroxynonenal in stress-mediated apoptosis signaling［J］，Mol Aspects Med，2003，24(45):29-230.

［22］Craig R，Larkin A，Mingo A M，et al.p38 MAPK and NF-kappa B collaborate to induce interleukin-6gene expression and release.Evidence for a cytoprotective autocrine signaling pathway in a cardiac myocyte model system［J］.J Biol Chem，2000，275(31):23814-23824.

［23］Long-Smith C M，Sullivon A M.，Nolan Y M.The influence of mictoglia on the pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Progress in Neurobiology，2009，89(3):277-287.

［24］Noda K，Kitami T，Gai W P，et al.Phosphorylated IkappaBalpha is a component of Lewy body of Parkinson’s Disease［J］.Biochem Biophys Res Commun，2005，331(1):309-317.

［25］Davies I R，Zhang X.Nitric oxide selective electrodes［J］.Methods Enzymol，2008，436(8):63-95.

［26］李曉峰，陳建宗.一氧化氮信號(hào)通路與帕金森病的發(fā)病機(jī)制［J］.第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，30(18):1836-1838.

［27］Gao H M，Hong J S，Zhang W，et al.The role of differential activation of p38-mitogen-activated protein kinas in preconditioned ventricular myocutesl［J］.FASEB，2000，14(14):2237-2246.

［28］范鷹，李靜，楊奕，等.通過(guò)抑制PKCδ-ERK1/2通路減輕6-羥基多巴胺所致多巴胺能細(xì)胞凋亡［J］.中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)，2011，27(12):1133-1140.