骨性蛋白與帕金森病的研究進(jìn)展

劉 娜 錢小娟 張 楊 蔣 森 雍雨暄 楊新玲

新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，新疆 烏魯木齊 830000

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，隨著年齡的增加，患病率逐漸升高，主要的病理特點(diǎn)是中腦黑質(zhì)（substantiaNigra，SN）致密部多巴胺（dopamine，DA）神經(jīng)元的變性丟失和殘存的DA神經(jīng)元內(nèi)Lewy小體形成［1］，從而導(dǎo)致DA合成不足，造成一系列臨床癥狀，如靜止性震顫、肌強(qiáng)直、運(yùn)動(dòng)遲緩以及姿勢(shì)不穩(wěn)等運(yùn)動(dòng)癥狀以及認(rèn)知功能障礙、睡眠障礙、嗅覺減退及自主神經(jīng)功能紊亂等非運(yùn)動(dòng)癥狀。由于目前PD診斷僅靠臨床表現(xiàn)及量表評(píng)定，缺乏客觀實(shí)驗(yàn)室輔助檢查，因此PD臨床診斷準(zhǔn)確率普遍較低［2］。

PD患者存在較為明顯的鈣磷代謝失衡，研究顯示7.4%～23.4%的PD患者由于活動(dòng)減少、維生素D缺乏、日照減少、營(yíng)養(yǎng)不良以及肌無力等多種原因而患有骨質(zhì)疏松癥［3］，且骨質(zhì)疏松可能是PD患者隱匿的非運(yùn)動(dòng)癥狀之一［4］，表明骨代謝與PD的發(fā)展存在密切聯(lián)系。傳統(tǒng)意義上認(rèn)為骨骼是支持軀體運(yùn)動(dòng)以及保護(hù)內(nèi)臟器官的結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)在也被認(rèn)為是一種內(nèi)分泌器官，其分泌的骨源性因子參與多種疾病的病理過程，如多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）、急慢性腎臟疾病、阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）以及PD等［5-8］。在PD中，一些骨骼分泌的蛋白，如骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）及骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG）等不僅與PD的運(yùn)動(dòng)癥狀相關(guān)，同時(shí)部分骨性蛋白可能與非運(yùn)動(dòng)癥狀中認(rèn)知功能障礙存在一定相關(guān)性，且發(fā)揮一定的神經(jīng)保護(hù)作用［8-10］。本文就骨性蛋白與PD的關(guān)系進(jìn)一步闡述。

1 骨與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的交互作用

骨骼作為一種活躍的內(nèi)分泌器官，分泌多種維持人體生理動(dòng)態(tài)平衡所需的因子，其分泌的各種骨源性因子不僅調(diào)節(jié)機(jī)體的骨代謝及內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，同時(shí)也作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，影響大腦功能。骨骼產(chǎn)生的成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-23（fibroblast growth factor-23，F(xiàn)GF23）可調(diào)節(jié)磷酸鹽和鈣代謝［11］；成骨細(xì)胞分泌的骨源性載脂蛋白-2（lipocalin 2，LCN2），會(huì)影響下丘腦對(duì)能量平衡的調(diào)節(jié)［12］；骨骼分泌的OCN可以影響大腦的認(rèn)知功能，在OCN缺乏的小鼠模型中，其腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的水平與對(duì)照組相比存在明顯差異，并可表現(xiàn)為焦慮型行為、抑郁、空間學(xué)習(xí)障礙以及記憶力降低［13］。

反過來，自主神經(jīng)系統(tǒng)（autonomic nervous system，ANS）和感覺神經(jīng)高度支配骨骼，對(duì)骨的重塑產(chǎn)生一定作用，其中ANS包括交感神經(jīng)系統(tǒng)（sympathetic nervous system，SNS）和副交感神經(jīng)系統(tǒng)（parasympathetic nervous system，PSNS），前者可使成骨細(xì)胞及骨細(xì)胞附近的去甲腎上腺素（noradrenaline，NE）能神經(jīng)末梢釋放NE，并作用于其細(xì)胞上的β2-腎上腺素受體（β2AR），從而誘導(dǎo)促破骨細(xì)胞生成的核因子κB受體活化因子配體（receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）的表達(dá)增加，導(dǎo)致破骨細(xì)胞形成和骨質(zhì)吸收增加，最終導(dǎo)致骨質(zhì)流失；而PSNS一方面可以通過膽堿能（acetylcholine，ACh）信號(hào)上調(diào)破骨細(xì)胞的凋亡，另一方面可以通過增強(qiáng)ACh信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而減少SNS的活動(dòng)，進(jìn)一步促進(jìn)骨質(zhì)的累積；感覺神經(jīng)是通過影響降鈣素基因相關(guān)肽和P物質(zhì)等神經(jīng)遞質(zhì)的水平，進(jìn)一步參與骨骼穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)［14］。此外，也有一些調(diào)節(jié)因子可同時(shí)調(diào)節(jié)大腦及骨骼系統(tǒng)功能，包括虹膜素、OPN、RANKL、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）以及骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）等［15］。這些都表明骨骼與中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間存在交互作用，提示骨代謝與PD之間可能具有密切聯(lián)系。

2 骨性蛋白與PD的關(guān)系

2.1骨橋蛋白（OPN）OPN是一種高度磷酸化的糖蛋白，參與炎癥及免疫反應(yīng)，血管生成和凋亡的調(diào)節(jié)過程［16］。OPN在心血管疾病、自身免疫性疾病以及癌癥中研究較為廣泛，同時(shí)也參與多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病過程，如AD、PD及MS等［5-6，8］。

2.1.1 OPN可能參與PD的炎癥反應(yīng)過程：PD發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)小膠質(zhì)細(xì)胞增生，激活后釋放大量促炎因子，包括白介素1-β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）以及促進(jìn)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的合成，以上顯著增多的促炎因子，可造成DA神經(jīng)元的病變及丟失［17］。研究證實(shí)，在機(jī)械損傷、給予大鼠SN中注入脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）或6-羥基多巴胺（6-OHDA）后，均可誘導(dǎo)DA神經(jīng)元數(shù)量的減少，且伴隨小膠質(zhì)細(xì)胞增生、星形細(xì)胞的活化以及OPN表達(dá)的持續(xù)性增加［18］。MAETZLER等［9］進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)OPN在PD患者SN中的小膠質(zhì)細(xì)胞及剩余DA神經(jīng)元中表達(dá)，并在Lewy小體中沉積。因此，在大腦SN中DA神經(jīng)元所表達(dá)的OPN可被認(rèn)為與小膠質(zhì)細(xì)胞所介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥相關(guān)。最近有研究發(fā)現(xiàn)，OPN和C反應(yīng)蛋白（C-reaction protein，CRP）之間存在顯著的相關(guān)性［8］，以上均提示OPN可能參與PD的炎癥反應(yīng)。

2.1.2 OPN可能同時(shí)參與PD細(xì)胞凋亡過程：LRRK2基因突變常見于家族性PD，其基因產(chǎn)物包含MAPKKK結(jié)構(gòu)域（即激酶結(jié)構(gòu)域）。值得注意的是，MAP激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)在多種細(xì)胞途徑中是必不可少的，而OPN轉(zhuǎn)錄和翻譯的調(diào)節(jié)同樣依賴于MAP激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，因此OPN可能通過參與MAP激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)從而參與PD的凋亡過程［9］，同時(shí)OPN可以增加抗細(xì)胞凋亡蛋白Bcl-xL的水平并減少DNA片段化，減少細(xì)胞凋亡，從而防止PD中DA神經(jīng)元的丟失［18］。

2.2骨保護(hù)素（OPG）OPG是一種由成骨細(xì)胞分泌的糖蛋白，屬于TNF受體超家族［19］，在骨骼、血管和免疫生物學(xué)中起關(guān)鍵作用［20］，OPG水平與年齡之間存在正相關(guān)，隨年齡增加，OPG水平上升［21］，同時(shí)PD同樣也是一種老年性疾病，年齡增加是PD的危險(xiǎn)因素。研究顯示PD患者外周血中的OPG水平較對(duì)照組明顯升高［22］，提示OPG參與PD的發(fā)病過程。OPG主要通過OPG/RANKL/RANK（RRO軸）發(fā)揮作用，最初發(fā)現(xiàn)RRO軸的異常調(diào)節(jié)可造成免疫系統(tǒng)及骨骼系統(tǒng)疾病，但最新研究證實(shí)，RRO軸的紊亂還牽涉到許多中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其主要參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)，通過小膠質(zhì)細(xì)胞及巨噬細(xì)胞作用，從而發(fā)揮神經(jīng)損傷及進(jìn)一步的修復(fù)作用，參與疾病的發(fā)生過程［23］，而PD的神經(jīng)炎癥反應(yīng)也同樣是由小膠質(zhì)細(xì)胞所介導(dǎo)的［17］，提示OPG可能通過RRO軸參與PD的炎癥反應(yīng)過程。

2.3骨鈣素（OCN）OCN是一種相對(duì)分子質(zhì)量為5 600的分泌蛋白，在成骨細(xì)胞中特異性表達(dá)，不僅可以調(diào)節(jié)骨的礦化過程，同時(shí)也可作為內(nèi)分泌激素，影響人體中胰島β細(xì)胞、睪丸間質(zhì)細(xì)胞及大腦等多個(gè)器官功能［24］。研究發(fā)現(xiàn)，PD患者血清及腦脊液（cerebrospinal fluid，CSF）中的OCN水平與健康對(duì)照有一定差異，提示參與PD的發(fā)病過程，且OCN可能是PD的一個(gè)潛在的生物學(xué)標(biāo)志物［8］。

2.3.1 OCN參與PD神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)節(jié)過程：OCN可作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，增加5-羥色胺、DA以及NE的含量，同時(shí)減少抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸（γ-GABA）的合成釋放，進(jìn)一步研究表明，敲除小鼠體內(nèi)OCN后發(fā)現(xiàn)其腦內(nèi)的神經(jīng)遞質(zhì)釋放模式與上述相反，但與PD患者相似，因此OCN可能是通過影響神經(jīng)遞質(zhì)的水平，從而參與PD的發(fā)病過程［13，25］。

2.3.2 OCN參與PD的炎癥反應(yīng)過程：研究顯示PD患者外周血中的OCN水平與其CRP水平及H-Y分期相關(guān)，表明炎癥反應(yīng)可能是OCN與PD進(jìn)展之間的潛在橋梁［8］。PD患者腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活與增殖，可引起神經(jīng)系統(tǒng)的慢性炎癥反應(yīng)［17，26］。研究顯示PD大鼠經(jīng)過給予外源性O(shè)CN治療后，不僅發(fā)現(xiàn)這些大鼠SN和紋狀體中DA神經(jīng)元變性丟失顯著減少，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)目顯著下降，以及TNF-α和IL-1β水平也有所降低，因此OCN可減少小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和增殖，降低炎癥反應(yīng)，并可以逆轉(zhuǎn)DA能神經(jīng)元的損傷［10］。以上均提示OCN可能參與PD的炎癥反應(yīng)過程。

3 骨性蛋白與PD認(rèn)知障礙

認(rèn)知障礙是PD中最常見的非運(yùn)動(dòng)癥狀之一，根據(jù)疾病發(fā)展階段分為帕金森病合并輕度認(rèn)知障礙（mild cognitive impairment in Parkinson’s disease，PD-MCI）與帕金森病癡呆（Parkinson’s disease with dementia，PDD），其主要表現(xiàn)為記憶力、執(zhí)行能力、理解能力以及視空間功能受損等，可出現(xiàn)在PD患者運(yùn)動(dòng)癥狀之前，嚴(yán)重降低其生活質(zhì)量，研究顯示認(rèn)知障礙在很大程度上比其他非運(yùn)動(dòng)癥狀對(duì)PD患者影響更大［27］，同時(shí)也給患者的家庭及護(hù)理人員帶來沉重的經(jīng)濟(jì)及心理負(fù)擔(dān)。

OPN與認(rèn)知障礙之間的關(guān)系最初在AD中被發(fā)現(xiàn)，在AD動(dòng)物模型及患者外周血及CSF中，OPN水平均有所升高，并與癡呆水平呈正相關(guān)?？紤]到AD與PD同樣作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，且PD患者常伴認(rèn)知功能障礙，因此進(jìn)一步研究OPN與PD之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，PD患者血清中的OPN不僅與其運(yùn)動(dòng)癥狀有關(guān)，同時(shí)也與非運(yùn)動(dòng)癥狀中認(rèn)知障礙相關(guān)。MAETZLER等［9］發(fā)現(xiàn)，PD患者CSF中的OPN水平顯著升高，并與癡呆相關(guān)，提示OPN可能對(duì)于PD伴認(rèn)知障礙的診斷及預(yù)后評(píng)估有一定意義，并推測(cè)PD造成的神經(jīng)炎癥反應(yīng)，不僅損傷大腦SN神經(jīng)元，同樣損傷在SN以外皮質(zhì)區(qū)域如海馬區(qū)域的神經(jīng)元，導(dǎo)致PD患者認(rèn)知功能下降。但也有人認(rèn)為可能是PD患者合并AD從而影響OPN的表達(dá)水平，其具體機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

OCN敲除小鼠可導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)中海馬和中腦部位的發(fā)育障礙，出現(xiàn)明顯的焦慮行為及認(rèn)知障礙［13］，提示OCN參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程，且高水平的OCN可以防止年齡衰老所致的認(rèn)知減退，是通過與海馬部位特定的CA3區(qū)域中Gpr158/Gaq結(jié)合形成神經(jīng)元復(fù)合物，從而上調(diào)肌醇1，4，5-三磷酸（1，4，5-IP3）和BDNF水平進(jìn)而影響認(rèn)知功能［28］。鑒于其可能對(duì)認(rèn)知障礙發(fā)揮一定治療作用，因此有必要在PD患者中進(jìn)一步驗(yàn)證與認(rèn)知功能的相關(guān)性，為PD伴認(rèn)知障礙患者的治療提供新的治療策略。

4 骨性蛋白的神經(jīng)保護(hù)作用

4.1骨橋蛋白（OPN）OPN被認(rèn)為是一種潛在的治療急性腦損傷的神經(jīng)保護(hù)蛋白，通過抗炎、抗凋亡及誘導(dǎo)活化細(xì)胞增殖等機(jī)制起神經(jīng)保護(hù)作用。中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)增加，誘導(dǎo)OPN上調(diào)，同時(shí)OPN反過來可進(jìn)一步增加小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)，從而促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、巨噬細(xì)胞及時(shí)清除壞死組織，以及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的再生等多種途徑起神經(jīng)保護(hù)作用。PD炎癥反應(yīng)過程中iNOS通路被激活，研究表明OPN可抑制iONS通路的表達(dá)，降低神經(jīng)炎癥及細(xì)胞死亡［29］。OPN也具有抗凋亡功能，可以增加抗細(xì)胞凋亡蛋白Bcl-xL的水平并減少DNA片段化，減少細(xì)胞凋亡，從而防止PD中DA神經(jīng)元的丟失［18］。

同時(shí)有研究顯示，OPN結(jié)構(gòu)中的含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）的肽片段通過減少神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的激活，減少炎癥反應(yīng)，從而保護(hù)SN中酪氨酸羥化酶（TH）陽性細(xì)胞免受LPS或1-甲基-4-苯基吡啶離子（MPP+）毒性誘導(dǎo)死亡［30］，而TH則是DA生物合成途徑的關(guān)鍵酶，這一發(fā)現(xiàn)給治療PD提供了一個(gè)新的靶點(diǎn)。

針對(duì)OPN對(duì)神經(jīng)元的保護(hù)作用，有研究提出不一致的觀點(diǎn)，MAETZLE等［9］在1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-Methyl-4-Phenyl-1，2，3，6-Tetrahydropyridine，MPTP）誘導(dǎo)的PD動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)，OPN敲除的小鼠顯示出更少的TH細(xì)胞死亡和神經(jīng)膠質(zhì)反應(yīng)的降低，表明OPN可能加速神經(jīng)元的損傷，提示OPN在PD中可能存在雙重作用，發(fā)揮加速神經(jīng)元變性作用或在PD中充當(dāng)神經(jīng)保護(hù)劑。

4.2骨鈣素（OCN）OCN通過多種途徑對(duì)神經(jīng)元起到保護(hù)作用。OCN可以與中腦神經(jīng)元結(jié)合，通過異源三聚體G蛋白上的βγ亞基與DA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相互作用，并通過促進(jìn)DA外排來調(diào)節(jié)腦DA穩(wěn)態(tài)，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［31］。在6-OHDA誘導(dǎo)的PD大鼠模型中，通過腹腔或紋狀體內(nèi)單點(diǎn)注射OCN，能夠抑制其SN及紋狀體內(nèi)DA神經(jīng)元的丟失，改善PD大鼠的運(yùn)動(dòng)功能減退，提升大鼠軀干的運(yùn)動(dòng)平衡狀態(tài)。在分子機(jī)制上，OCN可激活A(yù)KT/GSK3β信號(hào)通路，使DA神經(jīng)元免受神經(jīng)毒性損傷。其在細(xì)胞水平上是通過抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞增殖，從而降低釋放活性氧及炎癥因子水平，減少小膠質(zhì)細(xì)胞及炎癥反應(yīng)對(duì)DA神經(jīng)元產(chǎn)生的神經(jīng)毒性作用，進(jìn)而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［10］。

5 結(jié)論與展望

骨性蛋白可能參與PD的發(fā)病，但具體機(jī)制還未明確，研究提示可能是通過參與炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡及影響神經(jīng)遞質(zhì)合成及釋放等機(jī)制參與PD的發(fā)病過程，且部分骨性蛋白不僅與PD的運(yùn)動(dòng)癥狀存在一定相關(guān)性，且與非運(yùn)動(dòng)癥狀中的認(rèn)知障礙相關(guān)，且在一定程度上可以改善認(rèn)知功能的下降，發(fā)揮一定治療作用，同時(shí)發(fā)現(xiàn)部分骨性蛋白也具有一定的神經(jīng)保護(hù)作用，提示骨性蛋白可能對(duì)于PD的診斷、治療以及認(rèn)知功能障礙的盡早發(fā)現(xiàn)及干預(yù)均有一定的價(jià)值。

盡管關(guān)于骨與PD的關(guān)系已有一些研究，但得到可靠的結(jié)論仍需進(jìn)一步研究，如OPN對(duì)PD可能具有雙重作用，一方面可以通過減少炎癥反應(yīng)保護(hù)DA神經(jīng)元的損傷，另一方面可能在某種程度上加速PD的進(jìn)展惡化，因此需要進(jìn)一步明確OPN參與PD的具體機(jī)制。國(guó)內(nèi)外研究顯示CSF與外周血中的骨性蛋白在PD與健康對(duì)照中均有一定的差異，但外周與中樞之間是如何相互作用，是否具有一致性仍需進(jìn)一步研究。而關(guān)于骨性蛋白與PD認(rèn)知障礙的關(guān)系，相關(guān)研究過少，樣本量不夠充足，仍需進(jìn)一步的臨床研究以明確，且OCN作為抗衰老因子可以緩解年齡相關(guān)的認(rèn)知障礙，同時(shí)改善運(yùn)動(dòng)功能的減退，因此其是否可能同時(shí)改善PD中運(yùn)動(dòng)功能減退及認(rèn)知功能下降的癥狀，則仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

骨骼對(duì)大腦發(fā)育的調(diào)節(jié)作用逐漸受到重視，且骨骼分泌的骨性蛋白可能參與PD的發(fā)生發(fā)展過程，因此進(jìn)一步研究骨性蛋白在PD的發(fā)病過程的分子機(jī)制，可能為PD的治療提供新的策略。