骨性蛋白與帕金森病的研究進展

劉 娜 錢小娟 張 楊 蔣 森 雍雨暄 楊新玲

新疆醫科大學第二附屬醫院，新疆 烏魯木齊 830000

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一種中樞神經系統退行性疾病，隨著年齡的增加，患病率逐漸升高，主要的病理特點是中腦黑質（substantiaNigra，SN）致密部多巴胺（dopamine，DA）神經元的變性丟失和殘存的DA神經元內Lewy小體形成［1］，從而導致DA合成不足，造成一系列臨床癥狀，如靜止性震顫、肌強直、運動遲緩以及姿勢不穩等運動癥狀以及認知功能障礙、睡眠障礙、嗅覺減退及自主神經功能紊亂等非運動癥狀。由于目前PD診斷僅靠臨床表現及量表評定，缺乏客觀實驗室輔助檢查，因此PD臨床診斷準確率普遍較低［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患者由于活動減少、維生素D缺乏、日照減少、營養不良以及肌無力等多種原因而患有骨質疏松癥［3］，且骨質疏松可能是PD患者隱匿的非運動癥狀之一［4］，表明骨代謝與PD的發展存在密切聯系。傳統意義上認為骨骼是支持軀體運動以及保護內臟器官的結構，但現在也被認為是一種內分泌器官，其分泌的骨源性因子參與多種疾病的病理過程，如多發性硬化（multiple sclerosis，MS）、急慢性腎臟疾病、阿爾茨海默病（Alzheimer’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）及骨保護素（osteoprotegerin，OPG）等不僅與PD的運動癥狀相關，同時部分骨性蛋白可能與非運動癥狀中認知功能障礙存在一定相關性，且發揮一定的神經保護作用［8-10］。本文就骨性蛋白與PD的關系進一步闡述。

1 骨與中樞神經系統的交互作用

骨骼作為一種活躍的內分泌器官，分泌多種維持人體生理動態平衡所需的因子，其分泌的各種骨源性因子不僅調節機體的骨代謝及內環境穩態，同時也作用于中樞神經系統，影響大腦功能。骨骼產生的成纖維細胞生長因子-23（fibroblast growth factor-23，FGF23）可調節磷酸鹽和鈣代謝［11］；成骨細胞分泌的骨源性載脂蛋白-2（lipocalin 2，LCN2），會影響下丘腦對能量平衡的調節［12］；骨骼分泌的OCN可以影響大腦的認知功能，在OCN缺乏的小鼠模型中，其腦內神經遞質的水平與對照組相比存在明顯差異，并可表現為焦慮型行為、抑郁、空間學習障礙以及記憶力降低［13］。

反過來，自主神經系統（autonomic nervous system，ANS）和感覺神經高度支配骨骼，對骨的重塑產生一定作用，其中ANS包括交感神經系統（sympathetic nervous system，SNS）和副交感神經系統（parasympathetic nervous system，PSNS），前者可使成骨細胞及骨細胞附近的去甲腎上腺素（noradrenaline，NE）能神經末梢釋放NE，并作用于其細胞上的β2-腎上腺素受體（β2AR），從而誘導促破骨細胞生成的核因子κB受體活化因子配體（receptor activator for nuclear factor-κB ligand，RANKL）的表達增加，導致破骨細胞形成和骨質吸收增加，最終導致骨質流失；而PSNS一方面可以通過膽堿能（acetylcholine，ACh）信號上調破骨細胞的凋亡，另一方面可以通過增強ACh信號轉導，從而減少SNS的活動，進一步促進骨質的累積；感覺神經是通過影響降鈣素基因相關肽和P物質等神經遞質的水平，進一步參與骨骼穩態的調節［14］。此外，也有一些調節因子可同時調節大腦及骨骼系統功能，包括虹膜素、OPN、RANKL、腦源性神經營養因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）以及骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）等［15］。這些都表明骨骼與中樞神經系統之間存在交互作用，提示骨代謝與PD之間可能具有密切聯系。

2 骨性蛋白與PD的關系

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，血管生成和凋亡的調節過程［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，同時也參與多種中樞神經系統疾病的發病過程，如AD、PD及MS等［5-6，8］。

2.1.1 OPN可能參與PD的炎癥反應過程：PD發生炎癥反應時小膠質細胞增生，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）以及促進誘導型一氧化氮合酶（iNOS）的合成，以上顯著增多的促炎因子，可造成DA神經元的病變及丟失［17］。研究證實，在機械損傷、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DA神經元數量的減少，且伴隨小膠質細胞增生、星形細胞的活化以及OPN表達的持續性增加［18］。MAETZLER等［9］進一步發現OPN在PD患者SN中的小膠質細胞及剩余DA神經元中表達，并在Lewy小體中沉積。因此，在大腦SN中DA神經元所表達的OPN可被認為與小膠質細胞所介導的神經炎癥相關。最近有研究發現，OPN和C反應蛋白（C-reaction protein，CRP）之間存在顯著的相關性［8］，以上均提示OPN可能參與PD的炎癥反應。

2.1.2 OPN可能同時參與PD細胞凋亡過程：LRRK2基因突變常見于家族性PD，其基因產物包含MAPKKK結構域（即激酶結構域）。值得注意的是，MAP激酶級聯反應在多種細胞途徑中是必不可少的，而OPN轉錄和翻譯的調節同樣依賴于MAP激酶級聯反應，因此OPN可能通過參與MAP激酶級聯反應從而參與PD的凋亡過程［9］，同時OPN可以增加抗細胞凋亡蛋白Bcl-xL的水平并減少DNA片段化，減少細胞凋亡，從而防止PD中DA神經元的丟失［18］。

2.2骨保護素（OPG）OPG是一種由成骨細胞分泌的糖蛋白，屬于TNF受體超家族［19］，在骨骼、血管和免疫生物學中起關鍵作用［20］，OPG水平與年齡之間存在正相關，隨年齡增加，OPG水平上升［21］，同時PD同樣也是一種老年性疾病，年齡增加是PD的危險因素。研究顯示PD患者外周血中的OPG水平較對照組明顯升高［22］，提示OPG參與PD的發病過程。OPG主要通過OPG/RANKL/RANK（RRO軸）發揮作用，最初發現RRO軸的異常調節可造成免疫系統及骨骼系統疾病，但最新研究證實，RRO軸的紊亂還牽涉到許多中樞神經系統疾病，其主要參與中樞神經系統炎癥反應，通過小膠質細胞及巨噬細胞作用，從而發揮神經損傷及進一步的修復作用，參與疾病的發生過程［23］，而PD的神經炎癥反應也同樣是由小膠質細胞所介導的［17］，提示OPG可能通過RRO軸參與PD的炎癥反應過程。

2.3骨鈣素（OCN）OCN是一種相對分子質量為5 600的分泌蛋白，在成骨細胞中特異性表達，不僅可以調節骨的礦化過程，同時也可作為內分泌激素，影響人體中胰島β細胞、睪丸間質細胞及大腦等多個器官功能［24］。研究發現，PD患者血清及腦脊液（cerebrospinal fluid，CSF）中的OCN水平與健康對照有一定差異，提示參與PD的發病過程，且OCN可能是PD的一個潛在的生物學標志物［8］。

2.3.1 OCN參與PD神經遞質的調節過程：OCN可作用于中樞神經系統，增加5-羥色胺、DA以及NE的含量，同時減少抑制性神經遞質γ-氨基丁酸（γ-GABA）的合成釋放，進一步研究表明，敲除小鼠體內OCN后發現其腦內的神經遞質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遞質的水平，從而參與PD的發病過程［13，25］。

2.3.2 OCN參與PD的炎癥反應過程：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，表明炎癥反應可能是OCN與PD進展之間的潛在橋梁［8］。PD患者腦內小膠質細胞及星形膠質細胞的激活與增殖，可引起神經系統的慢性炎癥反應［17，26］。研究顯示PD大鼠經過給予外源性OCN治療后，不僅發現這些大鼠SN和紋狀體中DA神經元變性丟失顯著減少，同時也發現星形膠質細胞和小膠質細胞的數目顯著下降，以及TNF-α和IL-1β水平也有所降低，因此OCN可減少小膠質細胞的激活和增殖，降低炎癥反應，并可以逆轉DA能神經元的損傷［10］。以上均提示OCN可能參與PD的炎癥反應過程。

3 骨性蛋白與PD認知障礙

認知障礙是PD中最常見的非運動癥狀之一，根據疾病發展階段分為帕金森病合并輕度認知障礙（mild cognitive impairment in Parkinson’s disease，PD-MCI）與帕金森病癡呆（Parkinson’s disease with dementia，PDD），其主要表現為記憶力、執行能力、理解能力以及視空間功能受損等，可出現在PD患者運動癥狀之前，嚴重降低其生活質量，研究顯示認知障礙在很大程度上比其他非運動癥狀對PD患者影響更大［27］，同時也給患者的家庭及護理人員帶來沉重的經濟及心理負擔。

OPN與認知障礙之間的關系最初在AD中被發現，在AD動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。考慮到AD與PD同樣作為中樞神經系統退行性疾病，且PD患者常伴認知功能障礙，因此進一步研究OPN與PD之間的關系發現，PD患者血清中的OPN不僅與其運動癥狀有關，同時也與非運動癥狀中認知障礙相關。MAETZLER等［9］發現，PD患者CSF中的OPN水平顯著升高，并與癡呆相關，提示OPN可能對于PD伴認知障礙的診斷及預后評估有一定意義，并推測PD造成的神經炎癥反應，不僅損傷大腦SN神經元，同樣損傷在SN以外皮質區域如海馬區域的神經元，導致PD患者認知功能下降。但也有人認為可能是PD患者合并AD從而影響OPN的表達水平，其具體機制有待進一步探索。

OCN敲除小鼠可導致神經系統中海馬和中腦部位的發育障礙，出現明顯的焦慮行為及認知障礙［13］，提示OCN參與中樞神經系統的發育過程，且高水平的OCN可以防止年齡衰老所致的認知減退，是通過與海馬部位特定的CA3區域中Gpr158/Gaq結合形成神經元復合物，從而上調肌醇1，4，5-三磷酸（1，4，5-IP3）和BDNF水平進而影響認知功能［28］。鑒于其可能對認知障礙發揮一定治療作用，因此有必要在PD患者中進一步驗證與認知功能的相關性，為PD伴認知障礙患者的治療提供新的治療策略。

4 骨性蛋白的神經保護作用

4.1骨橋蛋白（OPN）OPN被認為是一種潛在的治療急性腦損傷的神經保護蛋白，通過抗炎、抗凋亡及誘導活化細胞增殖等機制起神經保護作用。中樞神經系統損傷后的小膠質細胞、巨噬細胞及星形膠質細胞表達增加，誘導OPN上調，同時OPN反過來可進一步增加小膠質細胞、巨噬細胞及星形膠質細胞表達，從而促進星形膠質細胞釋放神經營養因子、巨噬細胞及時清除壞死組織，以及神經膠質細胞的再生等多種途徑起神經保護作用。PD炎癥反應過程中iNOS通路被激活，研究表明OPN可抑制iONS通路的表達，降低神經炎癥及細胞死亡［29］。OPN也具有抗凋亡功能，可以增加抗細胞凋亡蛋白Bcl-xL的水平并減少DNA片段化，減少細胞凋亡，從而防止PD中DA神經元的丟失［18］。

同時有研究顯示，OPN結構中的含精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）的肽片段通過減少神經膠質細胞的激活，減少炎癥反應，從而保護SN中酪氨酸羥化酶（TH）陽性細胞免受LPS或1-甲基-4-苯基吡啶離子（MPP+）毒性誘導死亡［30］，而TH則是DA生物合成途徑的關鍵酶，這一發現給治療PD提供了一個新的靶點。

針對OPN對神經元的保護作用，有研究提出不一致的觀點，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）誘導的PD動物模型中發現，OPN敲除的小鼠顯示出更少的TH細胞死亡和神經膠質反應的降低，表明OPN可能加速神經元的損傷，提示OPN在PD中可能存在雙重作用，發揮加速神經元變性作用或在PD中充當神經保護劑。

4.2骨鈣素（OCN）OCN通過多種途徑對神經元起到保護作用。OCN可以與中腦神經元結合，通過異源三聚體G蛋白上的βγ亞基與DA轉運蛋白相互作用，并通過促進DA外排來調節腦DA穩態，從而發揮神經保護作用［31］。在6-OHDA誘導的PD大鼠模型中，通過腹腔或紋狀體內單點注射OCN，能夠抑制其SN及紋狀體內DA神經元的丟失，改善PD大鼠的運動功能減退，提升大鼠軀干的運動平衡狀態。在分子機制上，OCN可激活AKT/GSK3β信號通路，使DA神經元免受神經毒性損傷。其在細胞水平上是通過抑制星形膠質細胞及小膠質細胞增殖，從而降低釋放活性氧及炎癥因子水平，減少小膠質細胞及炎癥反應對DA神經元產生的神經毒性作用，進而發揮神經保護作用［10］。

5 結論與展望

骨性蛋白可能參與PD的發病，但具體機制還未明確，研究提示可能是通過參與炎癥反應、細胞凋亡及影響神經遞質合成及釋放等機制參與PD的發病過程，且部分骨性蛋白不僅與PD的運動癥狀存在一定相關性，且與非運動癥狀中的認知障礙相關，且在一定程度上可以改善認知功能的下降，發揮一定治療作用，同時發現部分骨性蛋白也具有一定的神經保護作用，提示骨性蛋白可能對于PD的診斷、治療以及認知功能障礙的盡早發現及干預均有一定的價值。

盡管關于骨與PD的關系已有一些研究，但得到可靠的結論仍需進一步研究，如OPN對PD可能具有雙重作用，一方面可以通過減少炎癥反應保護DA神經元的損傷，另一方面可能在某種程度上加速PD的進展惡化，因此需要進一步明確OPN參與PD的具體機制。國內外研究顯示CSF與外周血中的骨性蛋白在PD與健康對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一步研究。而關于骨性蛋白與PD認知障礙的關系，相關研究過少，樣本量不夠充足，仍需進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的認知障礙，同時改善運動功能的減退，因此其是否可能同時改善PD中運動功能減退及認知功能下降的癥狀，則仍需進一步驗證。

骨骼對大腦發育的調節作用逐漸受到重視，且骨骼分泌的骨性蛋白可能參與PD的發生發展過程，因此進一步研究骨性蛋白在PD的發病過程的分子機制，可能為PD的治療提供新的策略。