帕金森病嗅覺減退與非運動癥狀的相關性研究進展

吳巧珍綜述，王 強審校

帕金森病(Parkinson's disease，PD)是僅次于阿爾茨海默病的第二常見的全球神經退行性疾病，其病理機制是黑質多巴胺能神經元受損，存活神經元中含有α-突觸核蛋白(Alpha-synuclein，α-syn)的包涵體(路易小體)受損。PD患病率隨著年齡的增長而增加，60歲以上人群中有1%的人患有PD[1]。根據2015年頒布的運動障礙學會標準，早期PD可分為3個階段：臨床前PD(神經退行性變開始時沒有明顯的癥狀或體征)、前驅PD(癥狀和體征存在，但仍不足以定義PD)和臨床PD(基于臨床癥狀的診斷)[2]。PD前驅期的非運動癥狀(non motor symptoms，NMS)因其高患病率而日益成為PD的一個新的臨床焦點。嗅覺障礙是PD的一個重要的非運動癥狀，臨床和病理學研究都表明，它往往比運動癥狀的出現早幾年或幾十年，80%的PD患者都存在嗅覺減退癥狀[3]。越來越多的研究發現，PD患者的嗅覺減退與各種運動和非運動癥狀有關，如認知減退、睡眠障礙、精神障礙等[4]。PD的NMS及其相關因素可能是預測運動性PD未來發展的有用臨床生物標志物[5]。因此，本文探討了嗅覺減退與PD其他NMS的相關機制，以期為PD的早期診斷和治療提供新思路。

1 嗅覺減退的病理生理機制

人類嗅覺信息主要由嗅球經嗅束直接進入初級嗅覺皮質，包括前嗅核、梨狀皮質、內嗅區、杏仁核周圍皮質，并進一步投射至次級嗅覺皮質，如眶額皮質、丘腦背側內核、海馬、島葉皮質以及杏仁核復合體[6]。然而，對于嗅覺減退的發生機制，目前并沒有系統的論述。一系列的研究表明，PD嗅覺減退可能與中樞神經系統區域的神經元的丟失和神經遞質系統的改變、PD相關蛋白的聚集，以及大腦相關結構的異常等因素有關。

1.1 相關蛋白的改變 以往的研究表明，PD的病理特征是神經元內異常α-突觸核蛋白(α-syn)聚集體的沉積。這些病理性沉積物在中樞神經系統(CNS)中有特定的分布，遵循Braak階段假說，第一階段主要影響嗅球和迷走神經運動背核，因此PD的嗅覺障礙似乎可以通過中樞神經系統內嗅覺結構中的異常α-syn沉積來解釋[7]。多項臨床和病理研究表明，嗅球和下腦干通常是異常α-syn聚集體沉積的部位。隨著PD病程的進展，α-syn從嗅球、前嗅核和下腦干擴散到大腦的其他區域。Johnson等[8]將α-syn預制纖維雙側注射到野生型小鼠的嗅球中，并在注射后6 h發現α-syn存在于前嗅核和梨狀皮質中，這表明α-syn可能從嗅球轉移到大腦的其他相關嗅覺區域。除了以上的傳統嗅覺中心，PD患者的嗅覺減退與邊緣或副邊緣皮質的一些非傳統嗅覺區域有關，例如杏仁核[9]。杏仁核是一個主要的嗅覺中樞。杏仁核皮質核接收初級嗅球投射，與其他核相比，顯示出更多的α-syn病理學和神經元丟失。這些慢性和長期的初級嗅覺系統受累可能會導致神經元回路的重塑，導致嗅覺區的形態學改變和異常神經可塑性，從而出現嗅覺減退。

以往的研究主要關注病理性α-syn在嗅覺相關大腦皮質的聚集，很少有人關注PD嗅覺障礙患者的腦脊液中α-syn的變化。Guo等[10]研究證明PD伴有嗅覺障礙組腦脊液中的α-syn水平顯著高于PD不伴嗅覺障礙組，表明α-syn從嗅覺相關腦區大量沉積并釋放到腦脊液中。在生理狀態下，α-syn在調節神經遞質釋放和維持突觸可塑性方面發揮良性作用。然而，當α-syn錯誤折疊時，形成的病理性α-syn或路易小體對神經元產生神經毒性作用。其病理聚集與炎癥反應相互作用，即α-syn的異常聚集可引起神經炎癥，而神經炎癥反應可進一步加速α-syn的異常聚集[11]。這種惡性循環可能導致嗅球內大量α-syn的積累，從而導致嗅覺減退的出現。

除此之外，遺傳性PD動物模型也證明了嗅覺減退和α-syn的相關性。大量研究發現，遺傳性PD模型中描述的嗅覺功能障礙，主要與SNCA基因有關。Hansen等[12]在過度表達α-syn-GFP(綠色熒光蛋白)的轉基因小鼠和具有人類α-syn的A53T突變小鼠中都觀察到嗅覺障礙。A53T突變小鼠表現出異常的α-syn積累，膽堿能神經元數量減少，嗅覺系統中乙酰膽堿酯酶活性降低[13]。除了α-syn病理學，尸檢在PD患者大腦中也發現了tau病理學[14]。Tau是一種微管相關蛋白。過度磷酸化的tau(P-tau)是神經原纖維纏結的主要成分。當tau過度磷酸化時，會導致神經元變性和死亡。為了證明Tau與PD嗅覺減退之間存在相關性，Takeda等[15]研究表明前嗅核中的tau水平與杏仁核和內嗅皮質中路易小體的形成有關，這兩個區域都是大腦中關鍵的嗅覺區域。Beauchamp等[16]的研究也進一步證明了上述觀點，在PD動物模型中，敲除tau蛋白之后，會導致小鼠出現功能性的嗅覺缺陷。

PTENα是一種腫瘤抑制因子，它與神經系統疾病的關系及其潛在機制也得到了廣泛的研究。據報道，它在大腦發育的不同階段發揮著不同的作用，包括神經元分化、遷移和突觸可塑性調節[17]。PTENα在許多類型的組織中都有表達，尤其是在大腦中的表達很高。研究發現，與大腦其他區域相比，嗅球中PTENα的表達水平明顯更高。Yuan等[18]研究表明，PTENα可能通過內吞調節在維持適當水平的受體信號中發揮重要作用，從而影響小鼠嗅球的神經發育和神經回路的建立，并維持正常的嗅覺功能。相反，PTENα的缺失會導致嗅球內吞作用減少，從而導致神經回路建立障礙和嗅覺功能障礙。另外，PTENα突變體H169N在小鼠嗅球中的過度表達擾亂了嗅覺功能，進一步支持PTENα參與嗅覺調節的結論。

1.2 神經遞質系統以及神經元的改變 PD患者的多種神經遞質發生改變，有幾種已證實與嗅覺障礙有關，包括多巴胺、乙酰膽堿和血清素。多巴胺作為一種神經遞質，廣泛分布于中樞神經系統的許多結構中，包括嗅覺系統，尤其是嗅結節區域，由于嗅結節和其他中邊緣區域接收來自腹側被蓋的多巴胺能輸入，因此該區域的多巴胺能缺陷可能導致PD患者的嗅覺功能障礙。為了更清楚地識別多巴胺轉運體(DAT)缺陷與嗅覺減退之間的關系，Oh等[19]通過FP-CIT PET和MRI圖像評估，證明了PD早期尾狀核DAT攝取值與嗅覺功能障礙相關。Noyce等[20，21]研究也證明了PD嗅覺減退與紋狀體的DAT活性結合之間存在高度相關性。隨著深入研究，以神經毒素為基礎的PD動物模型被廣泛用于誘導黑質紋狀體神經元的多巴胺能變性。MPTP(1-甲基-4-苯基-1，2，3，6 四氫吡啶)是一種廣泛用于PD模型的神經毒素。MPP+被DAT吸收并在多巴胺能神經元內積累，通過抑制電子傳遞鏈的復合物I引起線粒體損傷和氧化應激，被證明在減少PD急性毒素模型中黑質紋狀體多巴胺能喪失和運動損傷方面具有顯著的有益作用。在嚙齒類動物中，單次經鼻給予MPTP后，觀察到嗅覺辨別的破壞[22]。這種破壞與嗅球多巴胺和去甲腎上腺素水平降低和嗅覺上皮損傷有關。這表明PD嗅覺減退癥狀與多巴胺能變性顯著相關。PD患者的乙酰膽堿水平的改變也會導致嗅覺障礙。Meynert基底核富含產生乙酰膽堿酯酶的神經元，在PD患者中表現出大量神經元缺失[23]。Bohnen等[24]在使用正電子發射斷層掃描的研究中，PD患者的賓夕法尼亞大學氣味識別測試(UPSIT)評分和乙酰膽堿酯酶活性之間存在中度至強相關性，說明了乙酰膽堿與嗅覺喪失之間的潛在關聯。第三種可能在PD嗅覺功能障礙發病機制中起作用的神經遞質是血清素。5-羥色胺來自中縫核，通過中縫核將投射物發送到嗅球。因此，在PD病患者的中縫核中發現了路易病變，嗅球和嗅覺系統其他區域的5-羥色胺顯著減少，證明5-羥色胺與PD患者的嗅覺減退有關。

1.3 大腦相關結構的改變 以往的研究只關注大腦皮質，很少有研究闡明嗅覺損傷和大腦結構改變之間的聯系。Haewon等[25]測量了18例特發性PD伴低嗅覺患者和18例年齡和性別匹配的無低嗅覺患者的海馬體積，并將海馬體積與嗅覺減退的嚴重程度相關聯，結果表明PD伴低嗅覺患者的海馬體積明顯較小。因此，PD患者雙側海馬萎縮意味著中樞嗅覺過程存在潛在問題。另外，Wang等[26]研究發現，與對照組相比，PD患者的嗅球體積減小，嗅溝結構也發生變化。Tanik等[27]的研究結果也證明了上述觀點。與健康對照組相比，PD患者的嗅球體積和嗅溝深度顯著降低。此外，右側嗅球和左側殼核的體積，以及右側嗅溝深度和右側海馬體積之間存在顯著相關性。綜上所述，大腦相關結構的萎縮也會導致PD患者的嗅覺減退。

2 嗅覺減退與認知障礙的相關性

認知障礙是PD前驅期的NMS之一。迄今為止，已經有大量研究證實了PD患者的嗅覺障礙和認知障礙之間存在顯著的相關性。最近一項研究表明，PD患者的認知功能下降程度在伴有嗅覺減退的患者中更嚴重[28]。由于PD患者的嗅覺功能障礙與多種認知缺陷有關，因此嗅覺減退可作為早期PD患者認知能力的敏感標志物[29]。認知功能由多巴胺能、5-羥色胺能和膽堿能系統控制的多種神經遞質調節。多巴胺能神經元是一種高度復雜的結構，能釋放多巴胺并與目標神經元(如乙酰膽堿和5-羥色胺)發生突觸反應，從而激活下游信號級聯，進一步調節神經元興奮性。研究發現，PD 患者海馬區多巴胺減少與嗅覺障礙有顯著相關性[30]，而多巴胺的減少同樣與PD患者的認知障礙有關。在 PD患者中，由于黑質紋狀體系統多巴胺能減少，皮質-皮質下多巴胺環路遭到破壞，從而影響認知[31]；同時，多巴胺系統與海馬相互作用，多巴胺的變化可對海馬依賴的記憶及學習能力產生影響。此外，Bohnen 等[32]發現PD患者的嗅覺減退和認知障礙與膽堿能通路的完整性有關，嗅覺識別能力與海馬、杏仁核的乙酰膽堿酶活性呈明顯的正相關，而邊緣系統中的乙酰膽堿酶活性與執行、記憶功能相關，同時，邊緣皮質中膽堿能神經失支配與嗅覺受損相關，故從神經生化機制上可解釋嗅覺減退與認知障礙的相關性。隨著PD病程的進展，認知障礙程度會進一步加重，從而進展為PD癡呆(PDD)。Baba等[33]發現嗅覺功能障礙與PD癡呆風險之間也可能存在關聯。由于與嗅覺功能相關的幾個大腦區域與認知能力下降密切相關，因此嚴重的嗅覺減退可能會預測PDD的發展。有研究顯示，PDD患者的新皮質、邊緣和基底節區域的多巴胺能、5-羥色胺能和去甲腎上腺素能神經分布普遍存在缺陷[34]。同樣，這些神經遞質的改變也會導致PD患者的嗅覺減退，因此PD嗅覺減退可以作為PDD的標志。

除了神經遞質的調節作用，大腦相關皮質的萎縮也可以解釋嗅覺減退與認知障礙之間的相關性。Lee 等[35]研究發現PD伴嗅覺減退患者的認知相關大腦灰質萎縮，以梨狀皮質、眶額皮質等嗅覺皮質更明顯，該解剖結構提示兩者存在密切關系。許多研究表明海馬體萎縮與嗅覺損傷有關，這意味著海馬體是認知損傷和嗅覺減退之間的關鍵聯系。另外，一些與記憶和嗅覺相關的大腦區域，尤其是海馬旁回，在認知能力下降的PD患者中發生改變[36]。海馬旁回是一種與海馬結構相鄰的大腦結構，主要由內嗅皮質構成，作為傳入信息的整合站，整合后的信息隨后被發送到海馬結構和大腦的其他區域，如杏仁核和紋狀體。由于內嗅皮質直接接收嗅覺輸入，因此海馬旁回的萎縮可能會干擾嗅覺相關反應。同樣，由于杏仁核和海馬結構涉及記憶處理的幾個方面，因此海馬旁回的損傷不可避免地會導致認知障礙[37]。綜上，PD患者的嗅覺減退與認知障礙存在顯著的相關性。

3 嗅覺減退與情感障礙的相關性

精神癥狀是PD的重要非運動特征，包括抑郁、焦慮等，這些疾病的病理生理學可能與廣泛的腦干和皮質神經元丟失以及病理性的α-syn的異常聚集有關。大量的文獻表明，嗅覺功能的破壞會導致情緒狀態紊亂。然而，對于這兩者的神經基礎研究甚少。抑郁癥是最常見的神經精神疾病之一，也是PD前驅期的非運動特征之一。據報道，超過2.64億不同年齡段的人受到抑郁癥的影響。有證據表明，參與PD發病機制的幾個因素，如多巴胺、去甲腎上腺素和5-羥色胺的消耗，以及額葉皮質和邊緣回路的破壞，可能會導致PD患者的抑郁癥[38]。此外，焦慮和抑郁與5-羥色胺能和去甲腎上腺素能通路的改變有關，這些通路與額葉和皮質下區域的多巴胺能變性相互作用。神經影像學發現與抑郁相關的大腦異常區域主要位于額葉和紋狀體，以及皮質下或邊緣結構，包括丘腦、杏仁核、海馬、前扣帶回皮質和島葉[39]。在前額葉區域，PD抑郁癥患者的神經活動增加，前額葉和邊緣結構之間的功能連接減少。嗅覺在抑郁癥研究中受到廣泛關注，并可能為感官功能和情緒之間的聯系提供一些見解。嗅覺不同于其他感覺方式，因為嗅覺的輸入基本上繞過丘腦，幾乎直接投射到與情緒調節和情緒狀態有關的大腦中心。嗅球中的嗅覺處理通過與邊緣系統和大腦皮質直接聯系，氣味分子與鼻嗅上皮感覺神經元的嗅覺受體結合，投射到嗅球，隨后投射到次級嗅覺區域，包括前嗅核、嗅結節、內嗅皮質、梨狀皮質和皮質杏仁核，然后，該信號進一步傳輸到其他大腦中心，包括海馬、丘腦、島葉腹側前葉、眶額皮質和腹側被蓋區[40]。因此，嗅覺系統似乎可以直接進入知覺處理的皮質中心以及與情緒處理有關的大腦區域。此外，抑郁癥發作后嗅覺結構的解剖損傷已在人類大腦中觀察到。核磁共振成像(MRI)顯示，抑郁會導致嗅球體積減小，嗅球體積減小的程度與抑郁的嚴重程度相關[41]。因此，嗅球體積的大小可能是增強抑郁癥易感性的一個生物標志物。除此之外，抑郁癥患者的海馬、杏仁核、扣帶回皮質的體積也有所減少[42]。海馬和杏仁核接收來自嗅覺系統的投射信息，同時，在情緒學習和記憶的調節中也發揮關鍵作用[43]，因此，嗅覺和抑郁之間存在聯系是由于嗅覺和情緒處理共同的解剖結構(杏仁核、海馬、眶額皮質、前額葉皮質、伏隔核、海馬旁回、腦島、腹側紋狀體)受到影響。以上這些介導情緒應激反應和嗅覺信號處理的神經結構重疊表明嗅覺結構可能與情緒障礙有關，并可以解釋為什么抑郁癥往往伴隨嗅覺功能的改變。

為了深入了解與抑郁癥有關的神經回路，許多人轉向了動物模型。嚙齒類動物抑郁樣行為模型中與神經網絡的改變可能導致嗅覺功能紊亂。Li等[44，45]在抑郁癥動物模型中，觀察到嗅覺受體數量減少，嗅覺辨別受損，以及嗅球和海馬中的神經發生減少。雖然許多研究表明海馬神經發生減少與抑郁樣癥狀風險增加之間存在關聯，但很少有研究測試重度抑郁和嗅球的神經發生之間的關系，Rochet等[46]發現在抑郁癥動物模型中，神經發生減少能夠恢復海馬以及嗅球中的神經發生水平。Chen等[47]研究發現，短暫的嗅覺剝奪會導致小鼠的情緒和認知障礙。此外，韁核是參與嗅覺信息向大腦其他區域的傳遞的通路，也被證實可能在抑郁癥中受到影響。嚙齒動物雙側眼球切除模型顯示，抑郁癥期間韁核細胞凋亡水平較高，這可能有助于其在抑郁癥伴嗅覺障礙中的作用[48]。以上動物研究證實了嗅覺減退與情緒障礙之間的相關性。研究抑郁癥與嗅覺功能之間的關系有可能為疾病的可能神經生物學基礎、癥狀表達以及治療和干預的可能新靶點提供獨特見解，因此進一步的研究對于彌合目前關于抑郁癥與嗅覺功能之間關系的差距至關重要。

4 嗅覺減退與睡眠障礙的相關性

快速眼動睡眠行為障礙(REM sleep behavioral disorder，RBD)是PD患者的前驅期非運動癥狀之一。臨床表現為快速眼動睡眠期間的痙攣、發聲和復雜的運動行為，同時伴有生理性肌肉無力癥。研究表明，大腦結構的病理學改變可能會導致RBD，如藍斑核、外側嗅下核、中縫背核、巨細胞核等結構的損傷可能會減少對運動神經元的抑制，從而導致RBD[49]。Chen等[50]研究發現，PD伴有嗅覺減退的患者有更多的NMS，尤其是RBD。然而，RBD中嗅覺減退的病理基礎尚不清楚，這可能與PD前驅期RBD患者不同的病理學損害與神經解剖學退行性變模式有關。嗅覺系統和腦干下部的突觸核蛋白病理學代表了大腦疾病的起始部位。根據Braak假說，早期病理學始于嗅球和下腦干，隨著病程的進展，上升到中腦和皮質[51]。嗅束位于嗅球，其中的一部分纖維來自腦干的中縫核和藍斑，發自藍斑的去甲腎上腺素能纖維以及來自黑質的多巴胺能纖維部分投射到嗅區中央核，這些神經通路影響嗅球中的球旁細胞分泌多巴胺，從而影響嗅覺功能。而快速動眼睡眠(REM)期睡眠受腦干的中縫核及藍斑控制，RBD 患者病理學改變主要累及腦干核團(藍斑核、腦橋被蓋核)，影響腦干與嗅覺通路聯系的神經纖維，從而造成嗅覺障礙。因此RBD理論上可能與PD的嗅覺障礙相關。另外，大量研究證明RBD患者的發生是由于邊緣系統的直接損傷，而嗅覺系統與海馬、丘腦和額葉皮質有著相對直接的聯系。Mazza等[52]使用單光子發射計算機斷層掃描的腦成像研究報告，與對照組相比，RBD患者的額葉、顳葉和頂葉皮質區域的灌注減少，這證明了中邊緣通路在RBD的發病機制中起重要作用，其被認為是嗅覺障礙和RBD發病機制的關鍵，由于這二者在大腦相關區域的病理改變有重疊，因此可以解釋兩者之間的相關性。嗅覺結構在PD等神經退行性疾病中早期參與，因此嗅覺功能障礙應被視為RBD的重要標志物。

除了在解剖結構上的相關性，PD嗅覺減退以及RBD與黑質多巴胺能的退行性變有關。對RBD患者進行的橫斷面研究顯示，多巴胺轉運體(DAT)結合與快速眼動睡眠期間的嗅覺功能障礙和肌電活動的嚴重程度有關。Jennings等[53]研究發現，伴有嗅覺減退和DAT缺陷的受試者比不伴有DAT缺陷的低嗅覺受試者更可能容易出現RBD，這項研究結果支持了黑質多巴胺能變性和嗅覺喪失以及RBD之間的聯系。同時，Du?ek等[54]發現RBD患者中肌電圖肌肉活動也與黑質多巴胺能退行性變的嚴重程度呈正相關。Valencia等[55]研究表明，REM睡眠期間的異常肌肉活動可能反映了亞藍核和或腹內側髓質的變性，由于該髓質在解剖學上靠近黑質，因此在RBD中，一旦該髓質受到α-syn的影響達到一定程度，α-syn病理學就可能擴散到相鄰的黑質。多巴胺能神經傳遞的亞臨床損害可能對參與REM睡眠調節的腦橋或髓質結構產生疊加效應，從而加重REM睡眠期間受損的肌張力控制。上述研究結果證明了嗅覺減退以及RBD與多巴胺能退行性變方面的相關性。然而，二者的具體機制仍尚不清楚。RBD作為PD前驅期非運動癥狀的較為敏感的特異性標志物，其病理機制與其他非運動癥狀的相關性還有待進一步的探索。

5 小 結

綜上，嗅覺減退的發生是多種因素共同作用的結果，目前對于嗅覺減退病理機制的研究尚處于初步探索階段，主要通過尸檢、動物實驗以及影像學等手段進行研究，其病理生理機制主要涉及PD相關蛋白的異常聚集、中樞神經系統區域的神經元的丟失和神經遞質系統的改，以及大腦解剖結構的異常等方面。嗅覺減退、睡眠障礙、認知障礙以及精神障礙是影響PD患者生活質量的重要因素，因此研究嗅覺減退與其他NMS在生理病理機制方面的相關性將有助于更好地預防及治療PD。嗅覺減退作為PD最早出現的非運動癥狀，其檢測手段主要有賓夕法尼亞大學氣味鑒定測試(UPSIT)、五味嗅覺測試、電生理以及神經影像等，較為簡便、客觀，可能作為PD前驅期的特異性標志。及時對嗅覺減退的PD患者進行干預治療，可降低其他NMS的發生風險。未來要把血清、血脂、腦脊液等標志物納入研究，相關技術的突破可能為PD的治療帶來新的希望。在臨床方面要進行更大樣本的研究，為NMS之間的相關性提供更多的臨床支持，同時也要開展更多動物實驗以更深入地探索PD非運動癥狀的發生的具體機制，以指導對PD的早期診斷和干預治療。