血清BMP2表達水平與帕金森病的相關性研究

李沛珊, 夏 歡, 吳勤奮, 楊新玲

(1新疆醫科大學第二附屬醫院神經內科, 2新疆神經系統疾病研究重點實驗室, 烏魯木齊 830063; 3新疆醫科大學, 烏魯木齊 830017)

帕金森病(Parkinson′s disease,PD)是一種復雜的神經退行性疾病,其病理特征為黑質及紋狀體的多巴胺能神經元進行性變性[1]。通過神經營養因子保護和潛在地再生剩余的多巴胺能神經元是當前治療PD的主要研究領域。雖然神經膠質細胞源性神經營養因子在PD動物模型促進多巴胺神經元細胞軸突發育和損傷修復等方面顯示出良好的營養支持作用[2],但多項相關臨床試驗均未能達到預期的目標[3-5]。因此尋找更多對PD產生影響的其他神經營養因子非常必要。骨形態發生蛋白2(Bone morphogenetic protein 2,BMP2)屬于轉化生長因子-β超家族蛋白的成員之一,在神經系統的發育中起著至關重要的作用[6]。研究表明,BMP2的轉錄本與人類黑質中多巴胺能神經元的幾個關鍵標志物存在共表達[7]。α突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)異常聚集形成的路易小體(Lewy body, LBs)主要分布于腦神經元內,是PD發病的主要病理特征之一,本研究重點分析PD患者外周靜脈血BMP2表達水平與α-syn及PD分期等的相關性,為BMP2作為治療PD的新靶點提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象2019年1月-2022年12月在新疆醫科大學第二附屬醫院神經內科門診就診的178例帕金森病患者為PD組。其中,男性101例,女性77例(均為散發性),平均年齡(61.43±10.46)歲。來自同一地區、同一時間段無PD臨床表現及PD家族史,并在性別、年齡上相互匹配的185例健康體檢者為對照組。其中,男性114例,女性71例,平均年齡(63.35±11.52)歲。納入標準:符合國際運動障礙協會(MDS)公布的PD診斷標準(2015版)[8]。 排除標準:(1)有外傷性、腫瘤性、藥源性、血管性等所致帕金森綜合征患者。(2)伴有嚴重器質性疾病及急慢性感染的患者。收集兩組研究對象的性別、年齡、體質指數(Body mass index,BMI)及文化程度等基本信息。本研究經新疆醫科大學第二附屬醫院醫學倫理委員會批準(審批號:20200531-24),所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2 BMP2和α-syn表達水平的測定所有研究對象均采用無抗凝劑的真空管抽取空腹靜脈血2.0 mL。室溫靜置30～60 min,2 000 r/min,離心20 min,制備血清標本后均使用兔抗BMP2抗體試劑盒與小鼠單克隆抗SNCA抗體試劑盒(美國Sigma公司,BMP2貨號:SAB5700607; α-syn貨號: S7820),采用酶聯免疫吸附法(ELISA)測定血清中BMP2和α-syn的表達水平。

1.3 BMP2表達水平與PD組Hoehn-Yahr分期、簡易精神狀態檢查量表(MMSE)評分的關系評估PD組患者Hoehn-Yahr分期及簡易精神狀態檢查量表(Mini-mental state examination,MMSE)評分。按照MMSE評分差異,將PD組患者分為正常組(27～30分)、輕度組(21～26分)、中-重度組(≤20分)。比較分析BMP2表達水平與PD組Hoehn-Yahr分期和MMSE評分之間的差異。

2 結果

2.1 兩組一般資料比較PD組和對照組在年齡、性別、BMI、文化程度等方面比較,差異均無統計學意義(P>0.05),見表1。

表1 兩組一般資料比較

2.2 兩組BMP2和α-syn 表達水平的比較PD組BMP2表達水平(34.88±8.40)pg/mL低于對照組的(39.22±6.32)pg/mL,差異有統計學意義(t=-5.582,P<0.001), 而PD組α-syn表達水平(14.42±3.08)ng/mL高于對照組的(13.31±2.71)ng/mL,差異有統計學意義(t=3.669,P=0.001)。

2.3 BMP2與α-syn的相關性分析隨著BMP2表達水平的增高,α-syn的表達水平呈下降趨勢,BMP2和α-syn表達呈負相關(r=-0.351,P<0.001),見圖1。

圖1 BMP2與α-syn的相關性分析

2.4 BMP2與α-syn的表達水平對PD的預測價值將BMP2和α-syn表達水平作為檢驗變量,將組別作為狀態變量做ROC曲線。結果顯示,BMP2的曲線下面積(AUC)(95%CI)為0.599(0.540～0.657),靈敏度57.87%、特異度59.46%。α-syn的曲線下面積(AUC)(95%CI)為0.658(0.602～0.714), 靈敏度55.62%、 特異度69.73%,見表2、圖2。

圖2 BMP2和α-syn預測PD的ROC曲線

表2 BMP2和α-syn表達對PD的預測價值

2.5 α-syn的二元Logistic回歸分析ROC曲線結果顯示,α-syn最佳截斷值(閾值)為13.95 ng/mL,以α-syn最佳截斷值(閾值)將α-syn組分為低水平組和高水平組。結果顯示,α-syn低水平組和高水平組的BMP2表達水平分別為(38.47±6.99) pg/mL和(35.61±8.18) pg/mL,差異有統計學意義(t=3.596,P<0.001),見圖3A。將有意義的變量BMP2作為自變量,不同α-syn水平作為因變量,進行二元Logistic回歸分析。結果顯示,BMP2可影響α-syn水平,即高水平的BMP2對抑制α-syn的升高有保護作用(OR=0.951,P=0.001),見表3、圖3B。

注:A,不同α-syn水平組BMP2表達水平比較,與低水平組比較, ***P<0.001; B,二元Logistic回歸分析,紅色圓點表示OR值。圖3 以α-syn差異分組的BMP2表達水平圖

表3 α-syn的二元Logistic回歸分析

2.6 PD組患者不同Hoehn-Yahr分期、MMSE評分間BMP2表達水平的比較隨著Hoehn-Yahr分期的增高,PD組患者BMP2表達水平逐漸下降,差異有統計學意義(F=24.956,P<0.001);PD患者MMSE評分正常組、輕度組、中-重度組之間的BMP2表達水平差異無統計學意義(F=1.138,P=0.323),見表4。

表4 PD組患者不同Hoehn-Yahr分期、MMSE評分間BMP2表達水平的比較

3 討論

有研究表明,由α-syn介導的軸突變性可能是PD早期發病機制中一個關鍵因素[9-10]。因此在治療PD中,針對軸突變性的治療策略成為一種潛在的靶點。骨形態發生蛋白家族是轉化生長因子-β超家族中最大的亞類,由至少20個生長因子組成,其中包括BMP2[11]。本研究中,PD組患者外周血BMP2水平顯著低于對照組,這可能與BMP2的生物學功能有關。BMP2不僅可調節單核細胞、上皮細胞等的生長、分化、趨化和細胞凋亡,同時還是不同神經元群體中軸突生長的關鍵調節因子[12-14]。本研究相關性分析結果顯示,隨著BMP2的增高,α-syn的表達水平呈下降趨勢,BMP2和α-syn 表達呈負相關。說明一方面BMP2表達水平的增高可防止神經毒素和α-syn誘導的變性[15],另一方面BMP2可結合到細胞表面的跨膜蛋白復合體上,導致通路限制性Smad蛋白發生磷酸化改變,后者發生核轉位并與DNA相結合,最終促進經細胞軸突的生長[16-18]。

近年來,有研究者認為BMP2是多巴胺能神經元的潛在神經營養因子[7,13]。BMP2處理后不僅可促進酪氨酸羥基酶陽性即TH+細胞的增殖,也有助于膠質纖維酸性蛋白陽性細胞數量的增加,說明BMP2不僅可促進多巴胺能神經元的存活,也可在輔助細胞、神經前體細胞等多種神經細胞的增殖和分化中發揮作用[19]。本研究中,PD組BMP2水平隨著Hoehn-Yahr分期的增高呈下降趨勢,但其在1～2期的改變并不顯著,這可能與大部分首診的PD患者均以Hoehn-Yahr分期1～2期為主有關[20]。MMSE評分主要與患者認知功能的改變有關。本研究BMP2與PD患者MMSE評分分析中結果顯示,PD患者MMSE評分正常組、輕度組、中-重度組之間的BMP2表達水平差異無統計學意義。雖然認知功能的下降主要與膽堿能神經元的損害有關,但既往研究結果可充分顯示BMP2及其受體的表達可能與膽堿能神經細胞的缺乏具有相關性[5]。

綜上所述,BMP2表達水平的高低與PD的進展有關,且高水平的BMP2對抑制α-syn的升高有保護作用,BMP2作為潛在的神經營養因子,具有促進神經細胞增殖和分化的生物學功能,有望為促進多巴胺細胞的存活發揮重要作用。