信號轉導通路與帕金森病發病機制的研究

甘靜文

廣東省廣州市民政局精神病院 510043

帕金森病(idiopathic Parkinson’s disease,PD)在臨床上也被稱之為震顫麻痹，是一種老年人多發的神經系統變性疾病，本病主要病理改變為黑質多巴胺能神經元變性死亡，但引起黑質多巴胺能神經元變性死亡的病因及發病機制尚未完全明確，可能與年齡、遺傳因素、環境因素、細胞凋亡、神經系統老化等有關。PD臨床癥狀主要表現為震顫、強直、運動障礙、姿勢保持及平衡障礙、汗多等，目前的臨床治療主要以改善臨床癥狀為主。

相關研究顯示多種信號轉導通路參與了帕金森病的發病過程, PD基因和相關蛋白質共同組成了細胞信號轉導通路，在細胞分化、增殖以及凋亡活動中均會有這些信號通路的參與，對分子水平進行有效調控，所以從分子水平入手對PD進行分析，深入研究各種信號轉導通路與PD發生發展的關系，及各信號轉導通路之間的相互聯系，從而為PD的進一步診療提供臨床參考。

1 PD臨床癥及發病機制

1.1 PD簡介 PD是老年人多發的一種疾病，在患病人群中90%以上>50歲，此病進展較為緩慢，在發展5～8年以后多半患者需要在他人的幫助下行動。PD的主要臨床癥狀如下：

1.1.1 首發癥狀:早期的PD患者主要癥狀為多動，是早期診斷的關鍵，但是因為個體差異，不同的患者表現不同，患者首發癥狀依次是震顫(70.5%)，強直(19.7%)，失靈巧(12.6%)，步態障礙(11.5%)，肌痛痙攣和疼痛(8.2%)，精神障礙如抑郁和緊張等(4.4%)[1]。一般情況下認為PD從發病到診斷時間平均為2.5年。

1.1.2 震顫：震顫出現的主要原因就是肢體的促動肌和拮抗肌出現節律性交替收縮的狀況，一般情況下是從一側上肢的遠端開始出現，逐步發展到相同側的下肢和對側上肢，同時口唇、下頜以及頭部等部位也會受累出現一些癥狀。出現震顫的患者一般上肢震顫要重于下肢，手指也常會出現節律性的震顫，形成“搓丸樣動作”[2]。發病初期患者一般是在靜止的情況下，肢體才會出現震顫的癥狀，當患者進行運動時震顫癥狀會減輕，如果患者情緒激動震顫會加重，當患者進入睡眠狀態時,震顫會加重。

1.1.3 強直：強直是以促動肌和拮抗肌的肌張力增長為主要特征的一種臨床表現，這種肌張力增高的情況會持續保持一致，一般將其稱之為“鉛管樣強直”。如果患者合并出現震顫和強直的癥狀，這時伸屈肢體都會感覺均勻的阻力在不斷增加，但是阻力會出現停頓的情況，我們將其稱之為“齒輪樣強直”[3]。當人的肌肉處于強直狀態時，患者就會表現出一種特殊的姿勢，頭部會向前傾斜，軀干會處于俯屈狀態，且上臂會內收，手指會內收，拇指會對掌，髖、膝關節會呈現彎曲狀。隨著患者病情的不斷發展，這種障礙的姿勢會不斷加重，嚴重情況下頜甚至會貼到胸前[4]。

1.1.4 運動障礙(失靈巧)：運動障礙是導致PD患者傷殘的主要原因，主要是運動肌強直所導致。通過對手術治療后PD患者狀況進行分析可知，手術治療以后，患者的強直狀況會得到有效治療，但是對于運動障礙的治療效果并不大。目前認為，DA缺乏與運動減少有直接關系[5]。

1.1.5 姿勢保持與平衡障礙：臨床研究表明PD最初的臨床癥狀就是姿勢與步態異常。有研究認為導致姿勢和步態異常的主要原件就是主動運動反射性姿勢調節出現障礙，這種癥狀也會在早期PD患者中出現。常見的表現為起步困難，行走緩慢，步伐較小，在行走時起步難度較大，但是邁出一步以后會以非常小的步伐向前俯沖，且會越走越快，不能立刻轉彎或者停止。而導致患者轉彎困難的主要原因就是軀干僵硬和平衡出現障礙，所以在轉彎時患者應通過連續小步的方式，讓軀干和頭部一起轉彎。

1.1.6 其他：PD患者也會出現出汗量增多、頑固性便秘、皮脂溢出變多等情況。一般情況下，出汗會集中在震顫的一側，所以我們認為肌肉活動增加是導致出汗的主要原因。臨床上一般出現腦炎后的患者會存在皮脂溢出增多的情況，有少數的PD患者會出現排尿和排便困難的情況[6]。

1.2 PD發病機制 PD是臨床是非常復雜的一種變性疾病，主要臨床表現就是靜止時震顫、運動緩慢、姿勢步態異常等。目前對于PD發病機理的研究還沒有準確的定論，是一種由多因素、多病因綜合作用下所導致的疾病，主要是因為基因突變、細胞凋亡、線粒體功能障礙、泛素蛋白酶體系統功能障礙等[7-8]。

2 信號轉導通路與PD發病機制

PD基因和相關蛋白質共同組成了細胞信號轉導通路，在細胞分化、增殖以及凋亡活動中均會有這些信號通路的參與，而分子的基礎決定了PD的發病情況。與PD發病機制相關的信號轉導通路種類較多，主要有絲裂酶原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinases，MAPK)通路、核轉錄因子κB(Nuclear transcription factor，NF-κB)通路、一氧化氮合酶(Nitric OX-ide synthase，NOS)等。當信號轉導的途徑出現異常以后，就會導致DA的神經元活性受到影響，出現神經元凋亡的情況，導致PD發生。

2.1 MAPK通路與PD MAPK通路中含有一種有絲氨酸/蘇氨酸的蛋白激酶，這種蛋白激酶在胞漿中廣泛存在，MAPK通路包含了多種類型，主要有p38通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun NH2-teminal kinase，JNK)通路、胞外信號蛋白調節激酶(Extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)通路等。

2.1.1 p38通路與PD：相關研究表明，PD的發病與細胞凋亡密切相關，通過檢驗PD患者細胞情況可知，PD患者的腦黑質細胞死亡數會對黑質致密部Bcl-xL/Bcl-2死亡因子造成影響，兩者呈現正相關性。腦黑質細胞死亡數和Bcl-xL/Bcl-2死亡因子的活性得到抑制，會提高DA神經元的活性[9]。而通過以往的研究結果可知，p38通路可以有效調控細胞凋亡的過程，對PD的病變情況有著重要的影響。而在對p38通路是否參與PD的發病過程，是否與BAD和caspase-3表達有關的實驗中，通過使用p38MAPK通路特異性抑制劑進行了藥物干預，并利用1-甲基-4-苯基-1，2，3，4四氫毗啶對患有PD的小鼠進行誘導，將此通路阻斷，以此來分析腦黑質磷酸化p38MAPK(p-p38MAPK)、BAD和caspase-3的表達關系，以及和DA神經元丟失之間的聯系，希望可以得到PD的發病機制，并采取有效的預防措施[10]。

學術界在針對PD的研究過程中，形成了統一的觀點，黑質中的多巴胺神經細胞凋亡是導致PD的主要因素[11]。目前來看，臨床上治療PD的方法都是治標不治本的，所實施的治療措施并不能減少多巴胺神經細胞的凋亡，導致此種情況的主要原因就是，現階段我們并不清楚導致神經細胞凋亡的機制。而對p38造成刺激的因素較多，也是導致神經細胞凋亡的效應器[12]。所以，當我們分析死后PD的情況時發現了患者腦中p38的活性形式，通過動物實驗和PD細胞的培養結果也發現p38會通過多種形式，參與PD神經元凋亡的過程。同時，p38還能促使雌激素對蛋白PS2進行調節，進而讓PCI2的細胞凋亡更加快速。

2.1.2 JNK通路與PD：PD最為典型的病理特征就是機體出現α-突觸共核蛋白，此外在一些泛肽的胞漿中會包含物路易小體，這些物路易小體也是病理因素之一。當這些物質出現以后，其中的色素神經元物質就會出現變性和缺失的情況，其中黑質致密部神經元的缺失最為明顯。通過顯微鏡觀察，我們可明顯發現神經元減少的情況，其中的黑質細胞色素更是會快速消失，消失的黑質細胞色素會游離在巨噬細胞中和一些其他組織中，機體還會出現不同程度的神經膠質增生的情況。

從PD的病理機制層面來分析，PD的病理機制主要有以下幾方面：線粒體功能障礙、多聚ADP核糖聚合酶活化異常、氧化應激與泛素蛋白酶體系統功能等，這種異常的變化，或直接，或間接導致了PD的發生[13]。

最早發現JNK通路是1991年，JNK通路屬于MAPK通路不可缺少的組成部分。JNK通路不僅會作用于細胞的凋亡和生長，還會對細胞的應激和病理過程進行作用。JNK通路中的蛋白激酶是由3個基因編碼所組成，即JNK1、JNK2、JNK3，這其中在全身的各個部位都有JNK1、JNK2的存在，而JNK3具有明顯的組織特異性表達特征，只在心臟、睪丸、腦部等存在。當JNK通路處于沒有被激活的狀態時，會在細胞質中游離，在細胞核中也存在部分JNK。當JNK被激活以后，就會快速聚集到細胞核中，進而導致相關的基因表達出現變活[14]。JNK出現改變后進行作用的途徑就是激活caspase-3，并將COX-2的表達上調，還要同時釋放出細胞色素c，并且能讓活氧性得到增加，進而促使紋狀體的運動區域神經遞質出現衰竭，導致多巴胺能神經元出現凋亡的情況。

另外，在線粒體功能異常、內質網應激、氧化應激、細胞色素c的釋放等多項反應中都有JNK信號通路的參與，JNK信號通路參與了多個病理過程，促使機體中的多巴胺能神經元的功能出現異常情況，甚至會導致細胞凋亡。所以，在研究PD的過程中，分析JNK信號轉導通路的作用，對于PD的治療有較大的意義。

2.1.3 ERK通路與PD：在身體的細胞中廣泛存在ERK，ERK的主要作用就是對機體細胞的發育、生長以及成熟進行調控，通過ERK可以對多種神經類和精神類疾病的病理進行分析。MAPK/ERK最為突出的作用就是可以對細胞的分化、增殖、惡性轉化等過程進行有效的調節，可以形成腦內長時增強。有學者進行了動物實驗研究，將一只患有PD的大鼠作為研究對象，給其長期服用左旋多巴，發現大鼠體內的紋狀體ERK1/2磷酸化水平得到明顯增加，并且促使ERK通路激活，并對突觸結構蛋白進行作用，并對下游不同的底物進行了活化[15]。同時ERK通路被激活以后會參與神經元的可塑性反應，還會改變突觸的結構，最終對行為學進行改變。一般在損傷的側紋狀體中會出現ERK1/2磷酸化的現象，這也就表明當PD出現運動并發癥時會有ERK通路的參與，而紋狀體上多巴胺受體超敏和受體反應具有密切的關系，所以在臨床治療的過程中，我們常通過給患者服用抑制ERK通路的藥物，來改善患者的PD運動并發癥情況。

2.2 NF-κB通路與PD 在NF-κB不斷被刺激和暗示的情況下，NF-κB在P53表達調節中的作用也越發的凸顯，由此可以推理出在神經退化的疾病中P53就是NF-κB通路被激活的關鍵，屬于下游的效應器。有學者進行了動物研究實驗，利用大鼠進行了實驗，當大鼠被紋狀體中興奮性毒性入侵以后，p53和c-Myc的表達會明顯增加，而NF-κB有效抑制了p53和c-Myc的水平，促使p53和c-Myc的升高緩慢或者不升高，有效緩解了紋狀體細胞出現凋亡的情況[16]。反之從這個結果中可以推理出p53和c-Myc可以對NF-κB進行誘導，進而讓細胞出現凋亡。在血管平滑肌細胞中，如果低密度的脂蛋白被氧化，就會產生脂類過氧化物，也會產生4-羥基壬烯酸(HNE)，這些產生的物質會以NF-κB激活為載體，讓凋亡的細胞更加快速死亡。利用重組體肽預處理以后，可以有選擇性地組織喹啉酸對NF-κB的誘導作用，有效阻止了NF-κB的核轉位，也能阻止細胞的凋亡。由此可見，NF-κB可以促進神經興奮性毒素更快速誘導細胞凋亡，進而有效抑制了NF-κB級聯激活。同時，親代謝性谷氨酸鹽受體(mGluR)激動劑會促使興奮性中毒所造成的神經元損失得到緩解。

PD患者死亡以后，利用PD動物模型和體外細胞進行研究可知，PD的黑質區不僅具有促進凋亡的內緩解，還有很多殘存的凋亡細胞。通過對小鼠PD模型進行MPTP誘導以后可知，在DNA的碎片中，還有黑質中DA能神經元進行選擇的降解。臨床研究表明，caspas-3是一種增加的抗活化抗體，而PD患者DA神經元中存在活化的caspase-3明顯升高，陽性率達到了100%。由此可見，NF-κB通路可以通過調控P53的表達，對細胞的凋亡進行調節，進而參與了PD的發病。

2.3 NO、NOS通路與PD 精氨酸和氧反應以后就會產生NO，而在合成限速酶的過程中NOS是關鍵物質，這其中iNOS屬于一種誘導型的酶，是必不可少的誘導酶。NO會參與到多種神經毒素中，起到介導的作用，而在這些神經毒素中PD就是其中一種，會導致神經出現退行性病變[17]。而通過對PD患者的脊髓液和腦黑質進行檢測可知，這兩個部位的iNOS都有明顯的增加，而產生NO以后，會對iNOS進行有效的調節。當NO與O2進行反應以后就會產生過氧亞硝酸鹽，而過氧亞硝酸鹽具有非常強的毒性，而硝基化細胞的蛋白質中存在一種酪氨酸殘基，會改變過氧亞硝酸鹽的毒性。此外，通過檢查PD患者的LB，可知其中含有3-硝基酪氨酸。在發展的過程中免疫炎癥會參與到NO、NOS通路的反應中，這樣就會促使巨噬細胞產生iNOS，進而合成NO，這就會導致小膠質星形細胞產生NOS，而產生NOS以后，腫瘤壞死因子的-α受體-1和TNF-α表達會明顯增加，當這些因子與神經元中的TNF-αR-1結合以后，就會活化pro-caspase-8，導致caspase出現級聯反應，進而對細胞的凋亡進行有效的調控[18-19]。此外，線粒體呼吸鏈也會受到NO的破壞，過量的消耗機體中的能量，對細胞的膜內外電位反應造成破壞，產生一些神經毒素，進而導致多巴胺神經元出現變性損傷。

在PD的發病機制研究中NO是不可或缺的一部分，與其他信號轉導通路也有著密切的聯系。如果細胞受到魚藤酮刺激以后，就會激活JNK信號通路，讓iNOS進一步被激活，產生NO，所以JNK通路可以有效地對NO進行調控，進而產生一些腦黑質多巴胺能神經元變性元素，促使iNOS受到影響，被P38所調控，進而促使多巴胺神經元的凋亡受到影響[20]。

綜上所述，PD是臨床上一種嚴重的神經系統變性疾病，是在多種因素共同的作用下而導致的結果，與年齡、環境、自身免疫、細胞凋亡等因素有關系。而PD的各種信號轉導通路是通過參與調控免疫、炎癥以及凋亡等活動，對分子水平進行有效調控，所以我們從分子水平入手對PD進行分析。目前PD的治療以臨床改善癥狀為主，深入研究各種信號轉導通路與PD發生發展的關系及各信號轉導通路之間的相互聯系，可以從分子水平上為PD的臨床診療提供更深廣的思路。