帕金森疾病與Wnt/β-catenin信號(hào)通路及氧化應(yīng)激作用的研究進(jìn)展

黃笑塵，楊 煜，王保華*，王 娟

(1.長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春130021；2.吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，吉林 長(zhǎng)春130021；3.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 婦產(chǎn)科，吉林 長(zhǎng)春130033)

帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是影響全球老年人的第二大常見(jiàn)進(jìn)行性的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，預(yù)計(jì)隨著全球老齡化的發(fā)展，其患病率會(huì)不斷增加[1]。其發(fā)病原因是由于中腦黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元的病理生理性改變或Lewy小體的喪失，進(jìn)而導(dǎo)致紋狀體中多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)含量的下降，a-突觸核蛋白(a-synuclein)在腦中的聚集[2]。PD主要表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)功能障礙，其臨床表現(xiàn)有：靜息震顫，四肢僵直，運(yùn)動(dòng)遲緩，姿勢(shì)不穩(wěn)，行動(dòng)困難等[3]。有研究表明在帕金森前驅(qū)階段且在運(yùn)動(dòng)癥狀發(fā)生之前進(jìn)行神經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)干預(yù)對(duì)預(yù)防帕金森發(fā)病具有重要意義[4]。

帕金森病復(fù)雜的發(fā)病機(jī)制和臨床治療的挑戰(zhàn)主要包括無(wú)法在疾病的早期階段做出明確的診斷，并在后期階段難以控制癥狀的發(fā)生，目前尚無(wú)沒(méi)有任何能夠減緩神經(jīng)變性過(guò)程的治療方法等。迄今為止，帕金森的發(fā)病機(jī)制尚不明確，有研究者認(rèn)為可能與遺傳因素、抽煙、酗酒、空氣污染等環(huán)境因素、尿酸水平降低、線粒體功能異常、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)以及人口老齡化以及單基因突變等有密切相關(guān)[5-8]。帕金森病臨床癥狀出現(xiàn)較晚，且癥狀出現(xiàn)時(shí)多數(shù)多巴胺能神經(jīng)元已經(jīng)遭到破壞或丟失，并已嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量，目前臨床上PD多以對(duì)癥治療為主，并沒(méi)有有效的藥物可以阻止其進(jìn)行性的發(fā)展，因此找到可應(yīng)用于早期鑒定PD的生物標(biāo)志物變得尤為重要，生物標(biāo)志物將有助于改善疾病的診斷和監(jiān)測(cè)疾病的進(jìn)展，但是生物標(biāo)志物的研究因?yàn)樵摬?fù)雜的發(fā)病過(guò)程和機(jī)制也面臨巨大的挑戰(zhàn)[9]。

1 帕金森疾病與Wnt/β-catenin信號(hào)通路

1817年，詹姆斯·帕金森(James Parkinson)首次發(fā)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。后來(lái)又有研究者發(fā)現(xiàn)PD患者紋狀體多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)含量與健康者含量相比顯著降低，并伴隨一系列臨床癥狀。后續(xù)的臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)左旋多巴是公認(rèn)的多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)前體，長(zhǎng)期口服左旋多巴可用于PD的治療[10]，但是長(zhǎng)期服用左旋多巴會(huì)對(duì)多巴胺能神經(jīng)元產(chǎn)生神經(jīng)毒性作用[11]。因此如果能找到多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)再生或減緩多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)喪失的方法，就能有效緩解PD癥狀。已有研究表明，在動(dòng)物PD模型中多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)的再生和Wnt/β-catenin信號(hào)通路有關(guān)；干擾小鼠中腦的β-catenin通路能夠嚴(yán)重?fù)p傷多巴胺能神經(jīng)元的再生功能[12]。β-catenin可以維持多巴胺能神經(jīng)元從祖細(xì)胞到神經(jīng)元進(jìn)展的完整性，從而減少多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)的嚴(yán)重喪失和遞質(zhì)的遷移與分離[13]。Wnt信號(hào)調(diào)節(jié)參與多個(gè)神經(jīng)發(fā)育的過(guò)程，有研究表明Wnts是腹側(cè)中腦(VM)神經(jīng)發(fā)生過(guò)程中多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)前體增殖和分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，不同的Wnts具有不同且獨(dú)特的生理活性[14]。Wnt信號(hào)通路分為經(jīng)典通路和非經(jīng)典通路，其中經(jīng)典通路又稱為Wnt/β-catenin信號(hào)通路，而非經(jīng)典通路中又包括Wnt/PCP通路和Wnt/Ca2+通路，其中研究最為廣泛的為Wnt經(jīng)典信號(hào)通路，其在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育和新陳代謝中發(fā)揮主要的調(diào)節(jié)功能[15]。

β-catenin和GSK-3β是Wnt/β-catenin信號(hào)通路的重要分子，二者在調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和分化過(guò)程中占有重要地位[16]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中抑制GSK-3β可以增加β-catenin的含量，同時(shí)增加多巴胺能神經(jīng)元的再生和分化[17]。GSK3是一種多功能絲氨酸/蘇氨酸激酶，最初在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，因其具有磷酸化并可滅活糖原合酶的能力而得名，GSK-3β是GSK-3的高同源型，有研究發(fā)現(xiàn)GSK-3β能夠磷酸化β-catenin，并導(dǎo)致泛素介導(dǎo)的β-catenin降解[18]。Wnt信號(hào)可以使GSK-3β失活并阻止其使β-catenin磷酸化，從而穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)中的β-catenin。隨著β-catenin的積累，GSK-3β易位到細(xì)胞核中，并與T細(xì)胞因子(TCF)/淋巴增強(qiáng)因子(LEF)結(jié)合并增加其轉(zhuǎn)錄活性?；钚缘腉SK-3β的存在會(huì)抑制Wnt信號(hào)傳導(dǎo)，Wnt信號(hào)通路是胚胎發(fā)育不可或缺的組成部分，參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中的形態(tài)改變與分化過(guò)程，因此，必須使GSK-3β失活才能進(jìn)行Wnt信號(hào)傳導(dǎo)[19]。另外有研究報(bào)道GSK-3β是細(xì)胞凋亡的重要調(diào)節(jié)劑，其在小鼠中樞神經(jīng)中過(guò)度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元的凋亡，同樣，使用GSK-3β的抑制劑抑制其表達(dá)可使神經(jīng)元凋亡減少[20，21]。

2 Wnt/β-catenin通路和氧化應(yīng)激在帕金森疾病發(fā)生發(fā)展中的作用

有研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激，蛋白水解應(yīng)激和炎癥反應(yīng)在PD的發(fā)病機(jī)理中占主導(dǎo)地位。慢性氧化應(yīng)激在介導(dǎo)PD進(jìn)程中起核心作用，線粒體去極化、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、α-突觸核蛋白積聚等是目前已知的PD病理改變形式，可能單獨(dú)或通過(guò)相互影響而導(dǎo)致細(xì)胞氧化應(yīng)激[22]。活性氧(ROS)是細(xì)胞體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的必要成分，通常在線粒體電子轉(zhuǎn)移鏈(ETC)或氧化還原反應(yīng)期間的細(xì)胞中產(chǎn)生。同時(shí)細(xì)胞內(nèi)存在的抗氧化劑，如超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽(GSH)也會(huì)防止ROS過(guò)度升高[23]。線粒體是產(chǎn)生ROS的關(guān)鍵部位，在線粒體內(nèi)膜中，電子通過(guò)一系列的蛋白質(zhì)復(fù)合物通過(guò)氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)移到最后一個(gè)電子受體氧上[24]。ETC復(fù)合物Ⅰ(尼古丁酰胺腺嘌呤二核苷酸[NADH]脫氫酶)和復(fù)合物Ⅲ(細(xì)胞色素bcl)中的電子過(guò)早泄漏給氧，從而產(chǎn)生線粒體超氧陰離子，當(dāng)線粒體受損時(shí)ETC功能發(fā)生障礙，過(guò)度產(chǎn)生ROS，細(xì)胞過(guò)度受損進(jìn)而導(dǎo)致PD的發(fā)生[25]。

據(jù)研究報(bào)導(dǎo)，MPTP(N-甲基-4-苯基-1,2,3,6四氫吡啶)的有毒生物活性形式(MPP+)經(jīng)過(guò)單胺氧化酶B(MAO-B)氧化，并通過(guò)多巴胺能神經(jīng)元細(xì)胞再攝取系統(tǒng)進(jìn)入SN中產(chǎn)生多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)[26]。MPP+進(jìn)入細(xì)胞后，會(huì)抑制線粒體ETC復(fù)合物Ⅰ酶和NADH-泛醌氧化還原酶，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體中電子的泄漏和ROS的生成[27]。有人將大鼠長(zhǎng)期、連續(xù)、整體暴露于常見(jiàn)的農(nóng)藥魚(yú)藤酮中，結(jié)果大鼠出現(xiàn)了類似PD的癥狀。抑制復(fù)合物I(線粒體內(nèi)膜參與氧化磷酸化的五種酶復(fù)合物之一)導(dǎo)致進(jìn)行性黑質(zhì)紋狀體多巴胺能變性，由于魚(yú)藤酮具有高度疏水性，可以不依賴于多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白就可穿越生物膜，選擇性地影響復(fù)合物I，并刺激產(chǎn)生活性氧成分[28]。還有研究證明，多巴胺能神經(jīng)元具有Nox1/Rac1超氧化物生成系統(tǒng)，在給紋狀體注射6-羥基多巴胺(6-OHDA)后可增加大鼠黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元中Nox1的表達(dá)，激活Nox1/Rac1會(huì)導(dǎo)致DNA氧化損傷和神經(jīng)變性，由此可誘發(fā)PD的發(fā)生[29]。

SOD是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶,能清除超氧自由基，其活力的高低間接反映了機(jī)體清除自由基的能力。GSH-Px是機(jī)體內(nèi)一種重要的催化過(guò)氧化氫分解的酶，防止羥自由基的產(chǎn)生。MDA是生物體內(nèi)氧自由基攻擊脂質(zhì)產(chǎn)生的一種脂質(zhì)過(guò)氧化物,反映膜脂質(zhì)過(guò)氧化的程度，具有細(xì)胞毒性,間接反映細(xì)胞損傷的程度。有研究表明6-OHDA在大鼠中腦黑質(zhì)紋狀體區(qū)通過(guò)快速自我氧化產(chǎn)生氧自由基，對(duì)膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)水平造成氧化損傷，引起SOD，GSH-Px和MDA含量的變化，最終導(dǎo)致黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元受損導(dǎo)致PD的發(fā)生[30]。在一項(xiàng)研究中，連續(xù)3天進(jìn)行大鼠SDS(紅景天苷)和LiCl(Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)途徑的激活劑)的聯(lián)合應(yīng)用后注射6-OHDA，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)，LiCl的處理改善了大鼠行為缺陷和多巴胺能神經(jīng)元的損失；增加超氧化物歧化酶(SOD)活性和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)水平，減少紋狀體中丙二醛(MDA)積累和GSK-3β mRNA水平，體外LiCl處理降低了6-OHDA對(duì)PC12細(xì)胞的毒性并阻止了細(xì)胞凋亡，這些均表明這可能與Wnt/β-catenin信號(hào)通路的調(diào)節(jié)有關(guān)[31]。Wnt信號(hào)不僅在控制基因表達(dá)、細(xì)胞極性、粘附和行為等方面具有重要作用，而且在不同水平上還能與DNA損傷反應(yīng)(DDR)相互影響，相互作用。此外，氧化應(yīng)激通過(guò)引起DNA損傷進(jìn)而以不同方式影響Wnt信號(hào)[32]。

3 Wnt/β-catenin通路和PD的治療

DJ-1是一種氧化還原依賴性分子伴侶，可抑制a-突觸核蛋白聚集體(a-Syn)的形成[33]，并且有研究發(fā)現(xiàn)a-Syn和DJ-1之間的直接相互作用可能是PD中重要的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制，而這種相互作用的破壞可能會(huì)導(dǎo)致DJ-1突變進(jìn)而引起PD的發(fā)生[34]。有研究表明，a-Syn在PD發(fā)病機(jī)理中起著關(guān)鍵作用，錯(cuò)誤折疊的α-突觸核蛋白(a-Syn)是路易體和路易體神經(jīng)突蛋白內(nèi)涵體的主要成分[35]。越來(lái)越多的研究都在PD患者的腦脊液[36]和血漿[37]中都檢出了a-Syn，因此針對(duì)a-Syn靶向的免疫療法是目前改善PD的策略之一。并且有研究表明，GSK-3β在神經(jīng)細(xì)胞凋亡中發(fā)揮主要作用，抑制GSK-3β能夠降低a-突觸核蛋白的表達(dá)，因此，抑制GSK-3β可能也是PD的治療方法之一[38]。Wnts也可以作為神經(jīng)干細(xì)胞治療中腦DA神經(jīng)元的治療靶點(diǎn)之一，已有報(bào)道顯示，應(yīng)用干細(xì)胞針對(duì)Wnts能夠提高人中腦胚胎組織分化出的多巴胺能神經(jīng)元組織的數(shù)量和質(zhì)量[39]。Wnt/β-catenin信號(hào)通路在腫瘤，心臟疾病，糖尿病，炎癥疾病以及神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病中均起重要作用，特別在細(xì)胞凋亡存活過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[40]，也有越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證明該通路與細(xì)胞增殖有關(guān)[41]，因此研究Wnt/β-catenin通路的在PD疾病發(fā)生、發(fā)展中的作用有助于帕金森疾病的預(yù)防和治療。

4 展望

綜上可知帕金森病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，并且臨床多以對(duì)癥治療為主，沒(méi)有相應(yīng)藥物可以阻止帕金森病進(jìn)行性發(fā)展。多項(xiàng)研究表明，帕金森發(fā)病機(jī)制可能與Wnt/β-catenin通路異常以及氧化應(yīng)激有關(guān)，因此深入研究Wnt/β-catenin通路異常以及氧化應(yīng)激對(duì)帕金森疾病的發(fā)生、發(fā)展的影響并尋找到相應(yīng)靶點(diǎn)對(duì)于進(jìn)一步揭示帕金森發(fā)病機(jī)制以及治療藥物的開(kāi)發(fā)具有重要意義。