帕金森病病因與發病機制研究現狀及其診治意義

[摘要]帕金森病（PD）是威脅中老年人的“第三殺手”，并呈現明顯的年輕化趨勢，給家庭和社會帶來了沉重的負擔。PD病因及發病機制是當前的研究熱點，本文主要介紹當前PD發病機制、診斷和治療的研究現狀，論述如何通過加強對病因和發病機制研究，更好地為PD的診斷和治療研究服務。

[關鍵詞]帕金森病;病理過程;早期診斷;臨床方案;述評

[中圖分類號]R742.5;R364

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-5532（2021）02-0159-04

[ABSTRACT]Parkinson’s disease （PD） is the “third killer” that threatens the health of middle-aged and elderly people， with a trend of earlier age of onset， which brings heavy burden to the family and society. Current research on PD focuses on its etiology and pathogenesis. This article mainly introduces the current status of research on the pathogenesis， diagnosis， and treatment of PD and discusses how to provide better support for the diagnosis and treatment of PD by strengthening the research on etiology and pathogenesis.

[KEY WORDS]Parkinson disease; pathologic processes; early diagnosis; clinical protocols; editorial

帕金森病（PD）是常見的中樞神經系統疾病，作為神經退行性疾病的一種，其發病率僅次于阿爾茨海默病。我國65歲以上患病人群有近200萬人，隨著PD發病呈現年輕化趨勢，到2030年我國PD患病人數預計將達494萬，約占全球半數，成為全球PD病人數量最多的國家。由于PD病人中腦黑質多巴胺（DA）能神經元的選擇性丟失，導致紋狀體神經末梢釋放的DA耗竭，引起了靜止性震顫、肌僵直和運動遲緩等為主要表現的臨床運動癥狀，并伴有嗅覺減退、胃腸功能障礙、心血管功能障礙、睡眠障礙和神經認知障礙等非運動癥狀[1]。目前，PD的確切病因和發病機制仍不清楚，本文將從PD發病機制研究現狀及其對該病早期診斷進展和治療策略開發等方面的作用，論述如何加強我國PD病因和發病機制的研究工作。

1 PD的病因和發病機制研究現狀

目前已知PD的病因和發病機制包括基因遺傳、環境毒素暴露和腦鐵代謝異常等導致的胞內蛋白異常聚集和降解系統紊亂、線粒體功能障礙等，闡明PD發病機制將對該疾病的診斷和治療具有重要的科學意義。

1.1 遺傳因素

目前已發現和PD發病相關的基因有30多個，研究較多的包括alpha-突觸核蛋白（α-syn）（SNCA或Park1/4）、Parkin （Park2）、富含亮氨酸重復序列激酶1（LRRK2或Park8）、三磷酸腺苷酶13A2（ATP13A2或Park9）、DJ-1（Park7）、PTEN誘導激酶1（PINK-1或Park6）、微管相關蛋白tau（MAPT）等[2-5]。在大多數家族性PD病人中，遺傳因素在其發病因素中占有重要地位和作用。研究結果顯示，α-syn蛋白序列上Ala53Thr和Ala39Pro突變可以直接導致α-syn異常聚集[6]，引起DA能神經元發生損傷，據此研究者利用該突變制備PD轉基因小鼠模型，為PD發病機制和治療的研究提供整體動物模型。LRRK2蛋白中G2019S突變也可加劇α-syn的聚集[7]。Parkin和PINK-1的突變，則影響線粒體和自噬的功能，導致損傷線粒體和異常折疊的蛋白不能及時清除，加劇神經元損傷[8]。除了單基因突變可增加PD的發病風險，這些相關基因的多態性及蛋白的過表達和異常的蛋白翻譯后修飾均增加了散發性PD的易感性。越來越多的證據表明，黑質DA能神經元的退行性病變是多種基因共同作用的結果，由于基因的改變，使其對PD的易感性增加，加上環境和年齡等誘導因素，最終導致PD的發生。利用現有的分析技術，如基因芯片分析和廣譜基因多態性分析，對PD高危人群進行已知致病基因的篩查，可提出疾病的預防策略，進而延緩發病進程。因此，加強PD相關基因的鑒定和功能研究對疾病的預防、治療和延緩發病進程等具有重要意義。

1.2 環境毒素

有毒環境化合物的暴露是誘導PD的原因之一。農藥、金屬元素、雙酚A等環境化合物通過與職業、生活接觸等方式和途徑被人體吸收，可誘導包括PD在內的多種神經退行性疾病。流行病學調查發現，殺蟲劑、金屬元素、雙酚A及其他環境化合物含量與PD發病風險存在關聯，多種環境毒素可誘導動物出現PD癥狀，模擬PD的發病過程和病理特征，構建用于科學研究的PD動物和細胞模型[9]。①農藥和有機物化合物：魚藤酮是一種從豆屬植物毛魚藤提取的有機殺蟲劑。魚藤酮灌胃小鼠可模擬PD類似Braak分級的病理變化[10]。首先引起胃腸誘導α-syn異常聚集，逐漸進展累及低位腦干，再進一步累及黑質和其他中腦深部核團等，導致PD運動癥狀。百草枯成分屬于二氫吡啶類，與神經毒素1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）結構和作用相似。②金屬元素：土壤和水中的金屬元素如鋁、鉛、銅、汞、鋅、鐵和錳等的含量與該地區的神經退行性疾病呈現相關性[11]。長期處于錳、銅、鐵超標的環境、食用或飲用含有金屬超標的食物和水，造成金屬元素在腦中沉積，損傷神經元的功能。通過對環境毒素暴露分析，對規避PD風險因素和減低PD發病風險具有重要的指導意義。

1.3 蛋白異常聚集和降解系統紊亂

α-syn蛋白質錯誤折疊和異常聚集是導致PD的發病機制之一，其異常折疊、聚集及降解機制的破壞顯得尤為重要。研究發現，影響α-syn蛋白聚集的因素包括129位絲氨酸的磷酸化（pSer129）、錯義突變（如A53T和A30P）、基因過表達（如三倍體化）、酸堿度（影響α-syn構象）、C末端切割（影響α-syn聚集性）、金屬離子（影響α-syn聚集性）、氧化修飾（如硝基化影響α-syn聚集性）等[2，12]。因此，可通過探尋影響α-syn蛋白聚集的機制，利用現有的手段改善細胞內外環境，限制α-syn的表達，穩定其蛋白構象，降低聚集性，從而達到抑制α-syn異常聚集和錯誤折疊的目的。

蛋白維持胞內質量平衡是其發揮功能的前提。在蛋白質量控制系統中，泛素-蛋白酶體系統、自噬溶酶體途徑和分子伴侶都是其重要組成部分，它們均起到調節和清除錯誤折疊和異常聚集蛋白質的作用。在PD病人和PD模型中，均發現泛素-蛋白酶體系統和自噬溶酶體途徑功能異常[13-14]，如糜蛋白酶樣和胰蛋白酶樣的蛋白酶體活性顯著降低、自噬相關分子表達異常等。通過藥物提高泛素-蛋白酶體系統和自噬溶酶體途徑的活性，利用蛋白質降解途徑中的潛在治療靶點，可有望減少PD的發生或延緩其進展。

1.4 氧化應激和線粒體功能障礙

PD病人黑質部位存在嚴重的氧化應激反應，造成胞內氧化與抗氧化作用的失衡。氧化應激產生大量活性氧和自由基，攻擊蛋白質、脂質和核酸等生物大分子物質，進而引起DA能神經元的損傷。造成黑質氧化應激反應過度的因素多樣，包括鐵超載、抗氧化體系功能降低（如胞內還原型谷胱甘肽、超氧化物歧化酶等減少）、線粒體功能障礙、神經炎癥、α-syn聚集和DA自身代謝等[15-17]。

胞內氧化應激反應和線粒體功能障礙密不可分。線粒體在產生ATP的過程中伴隨大量自由基的產生，隨后經抗氧化體系消除，保護細胞免受氧化應激損傷。研究發現，散發性PD病人黑質紋狀體神經元內線粒體復合物Ⅰ的活性及相關蛋白明顯下降[18]。MPTP制備的PD小鼠模型則是利用其被DA能神經元選擇性攝取，經單胺氧化酶B轉換成MPP+后，抑制線粒體復合體Ⅰ，阻斷胞內線粒體呼吸鏈，產生大量活性氧和自由基，造成細胞氧化損傷。線粒體相關蛋白DJ-1、PINK1、Parkin等基因突變可誘導遺傳性PD的發生，也提示了線粒體功能障礙與PD發病密切相關[8，19]。利用這些原理降低胞內氧化應激反應、改善線粒體功能，是預防和延緩PD進展、改善PD運動癥狀的有效靶點。

1.5 免疫和炎癥反應

PD病人及PD動物模型中均發現黑質與紋狀體存在激活型小膠質細胞和外周免疫細胞浸潤，伴隨著白細胞介素-1β（IL-1β）、IL-6、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等大量促炎性因子釋放，引起活性氧和趨化因子的生成，進一步促進黑質區炎性免疫反應，影響DA能神經元的功能和存活[20-21]。PD動物模型中也有星形膠質細胞的激活，表現為細胞增殖、胞體增大和突起增粗等，其是否繼發于小膠質細胞激活仍需進一步探索[22-23]。神經炎癥伴隨著PD的發生和發展，但神經炎癥發生的具體機制不明，闡明PD中神經炎癥發生的機制和關鍵調控分子，對確立治療新靶標具有重要意義。

1.6 腦鐵代謝異常

PD病人早期鐵選擇性聚集在黑質，提示鐵可作為反映PD病程進展的一種生物標記物和影像學指標。鐵代謝調控異常是導致PD中DA能神經元損傷的一個關鍵因素[24]。胞內過量的鐵會通過Fenton反應產生大量羥自由基，進而引起神經元鐵死亡或者凋亡的發生[15]。鐵螯合劑（如去鐵酮及衍生物、羥胺-鐵離子螯合劑等）和抑制鐵死亡的小分子（如Ferrostatin-1等）可改善鐵超載引起的DA能神經元損傷[25]。但是，PD中黑質DA能神經元內鐵選擇性沉積的來源和機制尚未研究清楚，該問題的解決將為闡明PD發病機制、尋找新型藥物治療靶點提供重要線索。

1.7 腸道微生物菌群失調

胃腸功能障礙是PD早期的常見的非運動癥狀，包括胃腸動力減弱、便秘等[26]。除了胃腸激素異常引起胃腸功能障礙，腸道菌群失調也是重要原因之一[27-29]。部分PD病人表現為小腸細菌過度生長，并與腹脹、脹氣和吸收不良等癥狀有關[30]。PD病人糞便微生物群的結構和豐富程度與正常人群明顯不同[31]。同時，腸道微生物的代謝物可間接影響腦內細胞的功能活動[32-33]。有研究發現，利用益生菌改善腸道微生物菌群失調可增加PD便秘病人排便次數，改善胃腸功能[34]。在魚藤酮制備的PD動物模型中，胃腸最先出現α-syn的異常聚集，并通過迷走神經逆向傳播至大腦。因此，胃腸功能和環境的改變對早期PD的發生和發展尤為重要。

2 PD發病機制研究與其早期診斷的關系

依據《中國帕金森病的診斷標準（2016版）》，PD確診病人已出現明顯的運動癥狀，此時DA能神經元已出現不可逆的損傷，即使藥物和手術治療能改善部分運動癥狀，但DA能神經元損傷已無法修復。因此，如何對PD進行早期診斷并針對性干預成為目前研究的熱點。近年來，與上述發病機制相關的細胞和分子成為早期診斷的新靶點，血液、唾液和腦脊液等生物樣本檢測、影像學檢查等研究方法，為PD早期診斷提供了一些可能的生物標記物[35]。①血液標志物：在外周血液研究中發現一些與PD發病機制密切相關的蛋白、激素或小分子物質，可用于潛在生物標志物的開發和利用。如血清中α-syn、DJ-1蛋白、胃腸激素ghrelin和小分子microRNA等。②腦脊液標志物：存在于腦脊液潛在生物標志物中，目前采用最廣泛的是α-syn和pSer129 α-syn、Aβ1-42、tau蛋白和pThr181 tau 蛋白等，并且通常用于PD病程發展相關研究[36]。③唾液標記物：以α-syn為主的蛋白分泌物檢測[37]。④影像標志物：利用磁共振成像、單光子發射計算機斷層掃描和正電子發射斷層掃描等神經影像學技術[36]，對相關腦區的DA轉運體、5-HT轉運體、鐵沉積等進行神經成像，評估臨床PD病人的神經影像學改變，以反映PD病程的進展。⑤基因篩查：利用基因芯片分析和廣譜基因多態性分析等基因檢測技術，對PD高危人群進行已知相關致病基因如SNCA、Parkin、LRRK2、PINK-1、DJ-1和ATP13A2等基因多態性和基因單突變的篩查[36]。⑥腸道菌群：在高危人群糞便中檢測如厭氧菌、水桿菌屬、梭菌屬等多種致病菌屬的含量。隨著對PD的發病機制研究，將有可能提供更多可靠有效的PD早期診斷生物標記物。

3 PD發病機制研究對其治療策略的影響

目前，PD的臨床治療包括藥物和手術兩類，其策略主要是解決DA能神經元丟失引起的DA減少及相應功能喪失的問題。藥物治療包括：①補充外源性DA，如含有左旋多巴制劑的美多芭、多巴絲肼等;②DA受體激動劑，如呲貝地爾等藥物;③DA遞質酶代謝的抑制劑，如司來吉蘭、雷沙吉蘭等;④促進內源性DA釋放，如金剛烷胺等;⑤抗膽堿能藥物，如苯海索等。手術方法主要有兩種，神經核毀損術和腦深部電刺激術（DBS）。到目前為止，全球已經有超過10萬例PD病人接受DBS手術，手術后PD癥狀得到了有效緩解。臨床也使用一些藥物用于改善PD病人非運動癥狀，如氯氮平可有效治療其精神病性癥狀，聚乙二醇改善其便秘癥狀，普拉克索、三環類抗抑郁藥等可以用于治療其抑郁癥狀等。顯然，PD的發病機制研究將有可能為其治療提供新的靶點和治療策略。新的藥物研發可解決不同原因造成的PD黑質DA能神經元損傷。例如，針對氧化應激的機制研究，推動了谷胱甘肽替代治療[38];鐵代謝異常的機制研究推動了鐵螯合劑和抑制鐵死亡的小分子用于緩解黑質鐵超載引起的神經元損傷[39];α-syn模擬肽疫苗可有效降低神經元軸突和突觸中的α-syn寡聚體水平[40];誘導星形膠質細胞定向轉化和干細胞移植替代治療可應對黑質DA能神經元數量減少[41]。通過對PD發病機制的研究，可針對不同病因引起的疾病及在病程的不同階段采取有效的措施，為病人實施個體化精準治療提供有效保障。

4 小結

隨著我國人口老齡化加劇，PD作為老年性疾病隨著年齡增大其發病率逐漸上升，病人身心健康受損嚴重，社會和家庭經濟負擔顯著增大。預防PD的發生，延緩疾病進程，制定有效的治療策略是減輕各項負擔的最有效措施。而PD的早期診斷、藥物研發和治療策略的制定均依據PD病因和發病機制的研究，因此，加大PD病因和發病機制的研究，是解決該疾病發生和治療問題的根本，對提升國民生活質量和減少社會醫療資源的消耗有重要的意義。

[參考文獻]

[1]KALIA L V， LANG A E. Parkinson’s disease[J]. The Lancet， 2015，386（9996）：896-912.

[2]POLYMEROPOULOS M H， LAVEDAN C， LEROY E， et al. Mutation in the alpha-synuclein gene identified in families with Parkinson’s disease[J]. Science （New York， N Y）， 1997，276（5321）：2045-2047.

[3]WHITWORTH A J， PALLANCK L J. Genetic models of Parkinson’s disease： mechanisms and therapies[M]//Drosophila： a toolbox for the study of neurodegenerative disease. Taylor amp; Francis， 2020：93-113.

[4]ZIMPRICH A， BISKUP S， LEITNER P， et al. Mutations in LRRK2 cause autosomal-dominant Parkinsonism with pleomorphic pathology[J]. Neuron， 2004，44（4）：601-607.

[5]SATAKE W， NAKABAYASHI Y， MIZUTA I， et al. Genome-wide association study identifies common variants at four loci as genetic risk factors for Parkinson’s disease[J]. Nature Genetics， 2009，41（12）：1303-1307.

[6]KRGER R， KUHN W， MLLER T， et al. Ala30Pro mutation in the gene encoding alpha-synuclein in Parkinson’s di-sease[J]. Nature Genetics， 1998，18（2）：106-108.

[7]LIN C H， TSAI P I， WU R M， et al. LRRK2 Parkinson’s disease： from animal models to cellular mechanisms[J]. Reviews in the Neurosciences， 2011，22（4）：411-418.

[8]VALENTE E M， ABOU-SLEIMAN P M， CAPUTO V， et al. Hereditary early-onset Parkinson’s disease caused by mutations in PINK1[J]. Science， 2004，304（5674）：1158-1160.

[9]DAUER W， PRZEDBORSKI S. Parkinson’s disease： mechanisms and models[J]. Neuron， 2003，39（6）：889-909.

[10]BRAAK H， DEL TREDICI K， RB U， et al. Staging of brain pathology related to sporadic Parkinson’s disease[J]. Neuro-

biology of Aging， 2003，24（2）：197-211.

[11]GRUBMAN A， POLLARI E， DUNCAN C， et al. Deregulation of biometal homeostasis： the missing link for neuronal ceroid lipofuscinoses[J]？ Metallomics： Integrated Biometal Science， 2014，6（4）：932-943.

[12]CONWAY K A， HARPER J D， LANSBURY P T. Accelerated in vitro fibril formation by a mutant alpha-synuclein]linked to early-onset Parkinson disease[J]. Nature Medicine，1998，4（11）：1318-1320.

[13]CUERVO A M， STEFANIS L， FREDENBURG R， et al. Impaired degradation of mutant alpha-synuclein by chaperone-mediated autophagy[J]. Science （New York， N Y）， 2004，305（5688）：1292-1295.

[14]SHIMURA H， SCHLOSSMACHER M G， HATTORI N， et al. Ubiquitination of a new form of alpha-synuclein by parkin from human brain： implications for Parkinson’s disease[J]. Science （New York， N Y）， 2001，293（5528）：263-269.

[15]STOCKWELL B R， FRIEDMANN ANGELI J P， BAYIR H， et al. Ferroptosis： a regulated cell death Nexus linking meta-bolism， redox biology， and disease[J]. Cell， 2017，171（2）：273-285.

[16]BURBULLA L F， SONG P P， MAZZULLI J R， et al. Dopamine oxidation mediates mitochondrial and lysosomal dysfunction in Parkinson’s disease[J]. Science （New York， N Y）， 2017，357（6357）：1255-1261.

[17]BLESA J， TRIGO-DAMAS I， QUIROGA-VARELA A， et al. Oxidative stress and Parkinson’s disease[J]. Frontiers in Neuroanatomy， 2015，9：91.

[18]SCHAPIRA A H V， COOPER J M， DEXTER D， et al. Mitochondrial complexⅠdeficiency in Parkinson’s disease[J]. Journal of Neurochemistry， 1990，54（3）：823-827.

[19]KITADA T， ASAKAWA S， HATTORI N， et al. Mutations in the parkin gene cause autosomal recessive juvenile Parkinsonism[J]. Nature， 1998，392（6676）：605-608.

[20]JIAO L L， DU X X， JIA F J， et al. Early low-dose ghrelin intervention via miniosmotic pumps could protect against the progressive dopaminergic neuron loss in Parkinson’s disease mice[J]. Neurobiology of Aging， 2021，101：70-78.

[21]HIRSCH E C， HUNOT S. Neuroinflammation in Parkinson’s disease： a target for neuroprotection[J]？ The Lancet Neurology， 2009，8（4）：382-397.

[22]KNOTT C， WILKIN G P， STERN G. Astrocytes and microglia in the[JP2]substantia nigra and caudate-putamen in Parkinson’sdisease[J]. Parkinsonism amp; Related Disorders， 1999，5（3）：115-122.

[23]JOE E H， CHOI D J， AN J W， et al. Astrocytes， microglia， and Parkinson’s disease[J]. Experimental Neurobiology， 2018，27（2）：77-87.

[24]JIANG H， WANG J， ROGERS J， et al. Brain iron metabolism dysfunction in Parkinson’s disease[J]. Molecular Neurobiology， 2017，54（4）：3078-3101.

[25]ZHANG P， CHEN L， ZHAO Q Q， et al. Ferroptosis was more initial in cell death caused by iron overload and its underlying mechanism in Parkinson’s disease[J]. Free Radical Biology amp; Medicine， 2020，152：227-234.

[26]HEETUN Z S， QUIGLEY E M. Gastroparesis and Parkinson’s disease： a systematic review[J]. Parkinsonism amp; Rela-ted Disorders， 2012，18（5）：433-440.

[27]MATHEOUD D， CANNON T， VOISIN A， et al. Intestinal infection triggers Parkinson’s disease-like symptoms in Pink1-/- mice[J]. Nature， 2019，571（7766）：565-569.

[28]SAMPSON T R， DEBELIUS J W， THRON T， et al. Gut microbiota regulate motor deficits and neuroinflammation in a model of Parkinson’s disease[J]. Cell， 2016，167（6）：1469-1480.e12.

[29]CRYAN J F， O’RIORDAN K J， SANDHU K， et al. The gut microbiome in neurological disorders[J]. The Lancet Neurology， 2020，19（2）：179-194.

[30]TAN A H， MAHADEVA S， THALHA A M， et al. Small intestinal bacterial overgrowth in Parkinson’s disease[J]. Parkinsonism amp; Related Disorders， 2014，20（5）：535-540.

[31]SAMPSON T. The impact of indigenous microbes on Parkinson’s disease[J]. Neurobiology of Disease， 2020，135：104426.

[32]TSE J K Y. Gut microbiota， nitric oxide， and microglia as prerequisites for neurodegenerative disorders[J]. ACS Chemical Neuroscience， 2017，8（7）：1438-1447.

[33]ROY SARKAR S， BANERJEE S. Gut microbiota in neurodegenerative disorders[J]. Journal of Neuroimmunology， 2019，328：98-104.

[34]CASSANI E， PRIVITERA G， PEZZOLI G， et al. Use of probiotics for the treatment of constipation in Parkinson’s disease patients[J]. Minerva Gastroenterologica e Dietologica， 2011，57（2）：117-121.

[35]CHAHINE L M， STERN M B. Diagnostic markers for Parkinson’s disease[J]. Current Opinion in Neurology， 2011，24（4）：309-317.

[36]KALIA L V. Diagnostic biomarkers for Parkinson’s disease： focus on α-synuclein in cerebrospinal fluid[J]. Parkinsonism amp; Related Disorders， 2019，59：21-25.

[37]PAWLIK P， BOCHOWIAK K. The role of salivary biomarkers in the early diagnosis of Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease[J]. Diagnostics， 2021，11（2）：371.

[38]MISCHLEY L K， CONLEY K E， SHANKLAND E G， et al. Central nervous system uptake of intranasal glutathione in Parkinson’s disease[J]. NPJ Parkinson’s Disease， 2016，2：16002.

[39]DEVOS D， MOREAU C， DEVEDJIAN J C， et al. Targeting chelatable iron as a therapeutic modality in Parkinson’s disease[J]. Antioxidants amp; Redox Signaling， 2014，21（2）：195-210.

[40]MANDLER M， VALERA E， ROCKENSTEIN E， et al. Next-generation active immunization approach for synucleino-pathies： implications for Parkinson’s disease clinical trials[J]. Acta Neuropathologica， 2014，127（6）：861-879.

[41]ISRAEL Z， ASCH N. Reversing a model of Parkinson’s disease with in situ converted nigral neurons[J]. Movement Disorders， 2020，35（11）：1955.

（本文編輯 于國藝）