帕金森發(fā)病機制及其最新治療策略

肖雪洋，武治印，胡琳珍

(1.湖北大學中藥生物技術(shù)湖北省重點實驗室，藥物高通量篩選技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心， 湖北大學生命科學學院，湖北 武漢 430062； 2.國家衛(wèi)生健康委醫(yī)藥衛(wèi)生科技發(fā)展研究中心， 北京 100191)

0 引言

帕金森病作為繼阿爾茨海默病之后第二常見的神經(jīng)退行性疾病[1]患病人數(shù)龐大，數(shù)據(jù)顯示我國現(xiàn)有帕金森病患者超過270萬人，每年新發(fā)患者人數(shù)達10萬人以上.65歲以上人群患病率為1%～2%，85歲以上的群體患病率甚至高達4%[2].隨著老年群體在世界人口中所占比例的增長，預計在未來的20年內(nèi)該病的發(fā)病率將翻一番[3].帕金森病的特征為靜止性震顫、運動遲緩、僵硬和其他降低生活質(zhì)量的癥狀,最終因無法控制運動功能而導致嚴重殘疾[2]，主要是由黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性缺失，紋狀體內(nèi)多巴胺含量顯著降低導致.研究表明氧化應激、線粒體功能缺陷、蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集、膠質(zhì)細胞增生等在多巴胺能神經(jīng)元變性死亡中起重要作用.本文綜述帕金森病的發(fā)病機制和一系列最新治療措施，為后續(xù)的帕金森病提供治療依據(jù).

1 發(fā)病機制

1.1 氧化應激活性氧(reactive oxygen species, ROS)的過度產(chǎn)生會導致氧化應激，氧化應激通過自由基損傷神經(jīng)元，且特別容易影響黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元[4].主要原因為：ROS可靶向攻擊線粒體使其功能紊亂、能量產(chǎn)生減少，而黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元擁有超長的無髓軸突，能量消耗高[5].在PD患者中，細胞處于氧化應激狀態(tài)產(chǎn)生的ROS致使黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元能量需求超過供應，最終造成多巴胺能神經(jīng)元受損死亡[6].而殘存的多巴胺能神經(jīng)元，因代償作用使多巴胺的合成、代謝和更新速率加快，故又產(chǎn)生更多的氧化自由基，進一步加重氧化應激[6].

DJ-1蛋白作為分子伴侶和活性氧淬滅劑，可保護神經(jīng)元細胞免于氧化應激.實驗表明[7]，野生型DJ-1的過度表達對魚藤酮或1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine, MPTP)所導致的慢性帕金森病動物模型的多巴胺神經(jīng)元具有保護作用，而DJ-1突變體沒有這種作用.敲除DJ-1可加劇氧化應激以及鈣離子內(nèi)流等其他損傷引起的細胞死亡[8].盡管沒有表現(xiàn)出多巴胺神經(jīng)元變性，DJ-1基因敲除小鼠仍比野生型小鼠更容易受到MPTP和6-羥基多巴胺(6-hydroxydopamine, 6-OHDA)的影響，而在小鼠體內(nèi)DJ-1的過表達可以改善MPTP誘導的黑質(zhì)神經(jīng)元丟失[9].以上實驗結(jié)果均表明，DJ-1在抗氧化應激方面起著重要作用.

1.2 線粒體功能障礙線粒體功能障礙、線粒體DNA突變、與線粒體相關(guān)的核DNA基因突變、以及與線粒體相關(guān)的突變蛋白的存在都與帕金森病有關(guān)[10].線粒體為細胞提供“動力”,它可以通過氧化磷酸化生成腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate, ATP),為細胞正常生命活動提供能量[11].其功能包括[12]：調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的鈣離子、產(chǎn)生ATP、控制膜興奮性以及神經(jīng)傳遞.線粒體損傷會導致ATP的產(chǎn)生減少， ROS負擔增加、鈣離子水平升高，這些都將導致退行性神經(jīng)系統(tǒng)疾病的神經(jīng)元丟失[13].

在帕金森病進展過程中，線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ的降低在多巴胺能神經(jīng)元的喪失中起關(guān)鍵作用，由于缺乏凋亡誘導因子而導致的復合物I結(jié)構(gòu)的變化不會導致多巴胺能神經(jīng)元的喪失而導致神經(jīng)退化，但會使多巴胺能神經(jīng)元對神經(jīng)毒素更加敏感[14].研究發(fā)現(xiàn)，PD尸檢標本中黑質(zhì)和患者血小板中線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ活性均降低[15].實驗發(fā)現(xiàn)，線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ的抑制劑，如魚藤酮、三氯乙烯，可以誘導果蠅、人類和嚙齒動物的多巴胺能神經(jīng)變性[16].

過氧化物酶體增殖物激活受體-γ共激活因子1α(peroxisome proliferator-activated receptor-γcoactivator-1α，PGC1α)是一種線粒體主要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子[17]，PGC1α的激活導致α-突觸核蛋白(α-Synuclein,α-Syn)寡聚減少，體外毒性減少[18].研究發(fā)現(xiàn)，PGC1α基因敲除小鼠的多巴胺能細胞對MPTP更敏感[19].當PGC1α過表達時，對MPTP誘導的帕金森病動物模型多巴胺神經(jīng)元有保護作用，白藜蘆醇激活PGC1α顯示出類似的神經(jīng)保護作用[20].

在PD細胞培養(yǎng)模型中，PINK1基因突變或敲除會導致線粒體呼吸減少，ATP合成減少，α-Syn聚集性增加，從而導致神經(jīng)元變性[21].攜帶DJ-1突變的人類和DJ-1基因敲除的小鼠顯示出線粒體呼吸障礙、膜電位降低、線粒體內(nèi)活性氧水平增加、線粒體形態(tài)改變[22].LRRK2基因與帕金森病線粒體功能障礙也有一定的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)，從攜帶LRRK2突變的個體獲得的誘導多能干細胞(IPSCs)衍生的神經(jīng)細胞中線粒體DNA的損傷增加[23].

除此之外，氧在線粒體代謝過程中產(chǎn)生自由基，如果線粒體功能受損就會減少ATP的合成而增加氧自由基的生成，導致氧化應激[24].

1.3 蛋白過度表達和聚集在帕金森病患者中，可溶性α-Syn單體最初形成低聚物，然后逐漸結(jié)合形成小的原纖維，最終形成大的且不溶性的α-Syn纖維(即構(gòu)成路易小體的主要成分)[25]，而在中腦特定腦區(qū)黑質(zhì)致密部形成路易小體是原發(fā)性帕金森病的主要病理特征之一[26].此外，有毒低聚物可激活小膠質(zhì)細胞，誘發(fā)神經(jīng)炎癥，最終導致帕金森病的發(fā)生[27].目前已證明在α-Syn的小鼠模型中能復制出帕金森病的主要病理特征[28].

錯誤折疊的α-Syn與朊病毒在作用模式上有許多相同之處[29]：(1)α-Syn和朊病毒都主要存在于沒有固定結(jié)構(gòu)或以α-螺旋形式存在的結(jié)構(gòu)中，在某些情況下，當構(gòu)象豐富時，它們往往會錯誤折疊;(2)錯誤折疊的蛋白質(zhì)導致正常蛋白質(zhì)的進一步積累，并作為模板改變其構(gòu)象; (3)錯誤折疊的蛋白質(zhì)能夠被細胞攝取并在細胞間轉(zhuǎn)移.最新研究認為α-Syn的傳播方式為類朊病毒傳播，一旦神經(jīng)元中形成α-Syn聚集體，它們就可以被軸內(nèi)運輸?shù)狡渌竽X區(qū)域，釋放到細胞外空間，被鄰近的神經(jīng)元吸收，一旦進入新的細胞宿主就可以被內(nèi)源性α-Syn的種子聚集[29].細胞培養(yǎng)研究表明，當α-Syn在體外高濃度振蕩條件下孵育時會發(fā)生構(gòu)象變化并在幾天內(nèi)形成纖維，而在較低的α-Syn濃度下不震動就幾乎不形成纖維[28].動物模型研究表明，突變的α-Syn表達與聚集會導致帕金森病[30].同樣地，在體外產(chǎn)生的α-Syn聚集體播種在野生型動物中會誘導α-Syn聚集，從而導致帕金森病[31].此外，涉及神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的細胞間擴散可能會進一步促進α-Syn在特定細胞亞型中的積聚，如帕金森病的黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元或多系統(tǒng)萎縮癥的少突膠質(zhì)細胞[32].

氧化、硝化、泛素-蛋白酶體、溶酶體自噬系統(tǒng)都與α-Syn的降解有關(guān)[32]，特別是泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和溶酶體自噬系統(tǒng)與α-Syn的降解密切相關(guān).泛素-蛋白酶體系統(tǒng)主要降解短壽命可溶性的蛋白質(zhì)，其在帕金森病中的作用主要與相關(guān)蛋白Parkin基因編碼[33]有關(guān).而溶酶體自噬系統(tǒng)主要降解長壽命大分子的蛋白質(zhì)，其在帕金森病中的作用主要與相關(guān)蛋白LRRK2、GBA、VPS35、DNAJC13基因編碼[34]有關(guān).

1.4 神經(jīng)炎癥神經(jīng)炎癥是帕金森病的特征之一，與帕金森病風險相關(guān)的基因如LRRK2存在密切的關(guān)系.實驗表明，神經(jīng)炎癥能促進α-Syn錯誤折疊、聚集從而誘導帕金森病的先天免疫和適應免疫[35].研究認為，嗅覺系統(tǒng)或腸道中的組織炎癥可以觸發(fā)較高水平的α-Syn錯誤折疊，使得一些α-Syn聚集體最終逃脫了正常的降解機制[36].Sampson等人的實驗證據(jù)表明，腸道微生物區(qū)系在促進小膠質(zhì)細胞活化和α-Syn病理以及運動缺陷方面起著重要作用[37].

1.5 Ca2+穩(wěn)態(tài)受損多巴胺能神經(jīng)元的活動受到Ca2+載體的調(diào)節(jié)和Ca2+穩(wěn)態(tài)影響[38]，線粒體動力學的改變與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間接觸位點的形成有關(guān)，適當?shù)膬?nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體通訊是維持線粒體生物能量學、Ca2+穩(wěn)態(tài)和細胞生存所必需的[39].對Ca2+信號工具和其他成分的破壞可能會由于過量Ca2+內(nèi)流而導致脆弱的多巴胺能神經(jīng)元退化[40].

神經(jīng)炎癥可導致α-Syn異常表達和聚集，α-Syn聚集和線粒體功能障礙相互加劇，線粒體功能障礙和氧化應激相互加劇并導致Ca2+穩(wěn)態(tài)受損.上述因素相互作用形成了惡性循環(huán)[41](見圖1)，使損害效應不斷擴大，最終導致半胱天冬酶激活，引起細胞死亡.

圖1 帕金森病的主要致病因素

2 治療策略及最新進展

2.1 抗氧化劑活性氧(ROS)在調(diào)節(jié)細胞信號和功能方面起著重要的作用，它的過度產(chǎn)生會導致氧化應激和細胞信號異常，細胞成分受損進而導致帕金森病[42].因此，給予抗氧化劑或成為治療帕金森病的一種有效手段.

2.1.1 輔酶Q10 輔酶Q10是線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ/Ⅱ和Ⅲ之間的電子傳遞鏈(ETC)的關(guān)鍵組成部分[43]，廣泛分布于所有細胞膜，其氧化還原狀態(tài)決定了復合物Ⅰ的穩(wěn)定性[44]，而線粒體呼吸鏈復合物Ⅰ的降低在多巴胺能神經(jīng)元的喪失中起關(guān)鍵作用.輔酶Q10作為一種抗氧化劑，其還原形式被發(fā)現(xiàn)可延長果蠅壽命[45].補充輔酶Q10可以改善線粒體疾病和氧化應激引起的疾病，這是由于生物能量學的變化[46].帕金森病患者的血液和線粒體中的輔酶Q10水平相比于正常人更低，因此可以通過補充輔酶Q10進行帕金森病治療[47].在小鼠實驗中，輔酶Q10可減緩因MPTP引起的多巴胺丟失，這表明輔酶Q10在帕金森病的治療中起顯著作用[47].盡管輔酶Q10可以安全地應用于金森病患者，但沒有發(fā)現(xiàn)明顯的治療效果.目前，輔酶Q10的Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗效果較好，然而Ⅲ期臨床試驗效果不理想，未能揭示其疾病修飾潛力[48].

2.1.2 谷胱甘肽 谷胱甘肽(glutathione, GSH)是一種含有巰基的三肽，由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成，可通過減少ROS、減輕氧化應激反應來保護黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元[49].早期帕金森病患者黑質(zhì)中GSH水平明顯降低[50]，GSH作為一種氧自由基清除劑，能夠有效抑制脂質(zhì)體膜的過氧化，從而消除各種化學反應形成的自由基，改善自由基對神經(jīng)細胞的損傷[51].目前已證實GSH是一種高效的腦神經(jīng)保護劑，能夠有效避免過氧化物對腦細胞造成的損傷[52]，降低多巴胺下降引起的神經(jīng)元損傷，在帕金森病的臨床治療中具有較好的應用效果[53].研究發(fā)現(xiàn)，硒對GSH的活性有一定影響，優(yōu)化硒的營養(yǎng)狀態(tài)可能會使GSH活性變高，從而延緩甚至防止神經(jīng)元的丟失，降低人們患帕金森病的風險[54].

2.1.3 N-乙酰半胱氨酸 N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)是合成谷胱甘肽的直接前體，可以通過提高細胞內(nèi)谷胱甘肽濃度和清除氧化劑達到抗氧化作用[55].研究表明，NAC可減輕帕金森病大鼠模型的氧化應激損傷，具有神經(jīng)保護作用[56].

2.1.4 格列酮 英國科學家發(fā)現(xiàn)，服用格列酮類抗糖尿病藥物(羅格列酮或吡格列酮)的糖尿病病人患帕金森病的風險比服用其他類抗糖尿病藥物的糖尿病病人低28%[57].吡格列酮作為過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)激動劑，可以保護黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元免受神經(jīng)元死亡的影響，對帕金森病神經(jīng)變性進展過程中涉及的各種機制具有強大的神經(jīng)保護作用[58].但是，Ⅱ期臨床試驗發(fā)現(xiàn)吡格列酮不太可能改變早期帕金森病進展，不適合做進一步的研究[59].羅格列酮也是一種PPAR-γ激動劑，通過抑制小膠質(zhì)細胞活化來保護多巴胺能神經(jīng)元[60].

2.2 線粒體治療線粒體對神經(jīng)元細胞有著至關(guān)重要的影響.線粒體是動態(tài)細胞器，受分裂和融合過程的控制[61]，因此融合和分裂的動態(tài)平衡對線粒體功能影響顯著.而線粒體功能失調(diào)時，線粒體產(chǎn)生人體大部分活性氧[62]，過量的活性氧會導致氧化應激反應損傷神經(jīng)元.有研究發(fā)現(xiàn)線粒體轉(zhuǎn)運缺陷可能與神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)，但這一說法還未得到確切的證實[63].

2.2.1 線粒體分裂抑制劑 線粒體動力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1, DRP1)是細胞凋亡的新靶點[64]，阻斷DRP1功能對神經(jīng)元細胞具有保護作用，并能夠在存在的病理條件下恢復多巴胺的釋放[61].線粒體分裂抑制劑(Mdivi-1)是一種DRP1抑制劑，可顯著修復帕金森病大鼠受損的多巴胺能神經(jīng)元，改善帕金森病癥狀[65].研究表明，Mdivi-1可減少線粒體分裂和線粒體功能障礙，對帕金森病具有很高的治療潛力[66].

2.2.2 線粒體靶向抗氧化治療 米托蒽醌甲磺酸鹽(mitoquinone mesylate,Mito Q)是泛癸利酮的衍生物，這一特殊結(jié)構(gòu)可使其順電壓梯度進入線粒體，更好的發(fā)揮生物活性[67].Mito Q作為目前研究最多和應用最廣的線粒體靶向抗氧化劑，可顯著聚集在線粒體內(nèi)發(fā)揮其抗氧化作用[68].研究發(fā)現(xiàn)，Mito Q可以減輕線粒體損傷，對6-OHDA誘導的帕金森病模型發(fā)揮著保護作用[69].其他線粒體靶向抗氧化劑還有Mito VitE, Mito Apocynin和Mito TEMPOL[70].

2.3α-Syn靶向治療α-Syn的過度表達會引起其積累和聚集，從而引發(fā)帕金森病.其靶向治療主要有兩種途徑：減少α-Syn合成和增加其降解.

2.3.1 減少α-Syn合成 小干擾RNA(siRNA)和反義寡核苷酸(ASO)可識別與α-Syn結(jié)合的小分子并阻止其參與模板反應[71]，從而減少α-Syn的合成，治療帕金森病.另外，β2腎上腺素受體激動劑可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄降低α-Syn的水平，有望成為治療帕金森病的新靶點[72].

2.3.2 增加α-Syn 降解α-Syn通過泛素-蛋白酶體系和自噬-溶酶體途徑降解.去泛素化酶USP14的小分子抑制劑1-[1-(4-氟苯基-2,5-二甲基吡咯-3-基]-2-吡咯烷-1-基乙酮(1-[1-(4-fluorophenyl)-2,5-dimethylpyrrol-3-yl]-2-pyrrolidin-1-ylethanone, IU1)，可通過增強蛋白酶體活性來增加α-Syn的清除[73].哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)通路也與α-Syn的降解有關(guān)，mTOR抑制劑雷帕霉素在動物模型中可以保護神經(jīng)元細胞[74].

2.4 抑制神經(jīng)炎癥在帕金森病動物模型中應用抗炎藥物能夠抑制小膠質(zhì)細胞的激活，從而抑制多巴胺神經(jīng)元退行性病變[75].阿司匹林、布洛芬等非甾體類抗炎藥物可以抑制環(huán)氧化酶的活性，減少神經(jīng)細胞內(nèi)活性氧的產(chǎn)生，活化PPAR-γ[75]，從而保護黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元.以米諾環(huán)素為代表的四環(huán)素類藥物可以通過抑制小膠質(zhì)細胞激活從而抑制神經(jīng)炎癥，保護多巴胺神經(jīng)元[76].在小鼠實驗中[77]，核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(NLRP-3)抑制劑N-[[(1,2,3,5,6,7-六氫化-s-indacen-4-基)氨基]羰基]-4-(1-羥基-1-甲基乙基)-2-呋喃磺酰胺鈉鹽能有效阻斷小膠質(zhì)細胞炎性小體的激活，保護黑質(zhì)中的多巴胺能神經(jīng)元并減輕了運動缺陷.

除上述治療方案外，還有基因治療、干細胞治療和腦深部刺激等治療策略.基因治療是通過載體攜帶基因物質(zhì), 促進多巴胺能神經(jīng)元釋放左旋多巴, 改善臨床癥狀[78].干細胞治療帕金森病雖然有諸多優(yōu)勢但也存在一定的問題，其廣泛的臨床應用仍需要較長時間的觀察[79].帕金森病腦深部電刺激治療作為一種手術(shù)方式，需要術(shù)前風險評估、術(shù)后專業(yè)程控，還存在諸多安全有效的問題，有待完善其治療過程[80].

3 展望

PD作為繼阿爾茨海默病之后第二常見的神經(jīng)退行性疾病，由于其患病人群龐大、臨床治療難度較高成為一大研究熱點.帕金森病的患病率逐年增高，發(fā)病機制復雜，治療效果不佳.基于此，本文中從氧化應激、線粒體功能障礙、蛋白過度表達和聚集、神經(jīng)炎癥方面闡述了帕金森病的發(fā)病機制和最新治療策略，對于臨床試驗不理想和有發(fā)展?jié)摿Φ乃幬镒隽私榻B，為后續(xù)的治療方案提供新思路，對PD的治療具有一定的科學和臨床意義.