帕金森病的研究进展

帕金森病的研究进展摘要:帕金森病(Parkinson′sdisease,PD)是一种中枢性神经系统疾病。本文从PD发病率、临床表现、病理学改变、发病机理及治疗等几方面出发,讨论了帕金森病的研究进展,提出改善症以及神经保护作用的治疗方法是今后研究的方向。关键词:帕金森病;震颤麻痹;黑质致密部;多巴胺。帕金森病(Parkinson'sdisease,PD)是人类常见的中枢性神经退行性疾病之一,发病率仅次于阿尔茨海默病(Alzheimer'sDis-ease)。据报道,65岁以上人群中帕金森病的发病率为1%,45岁以上人群中发病率为0.4%[1],平均发病年龄是55岁[2]。由于帕金森病的病因尚不明确,目前所有针对帕金森病的治疗都是控制症状,尚不能根治。所以从分子水平探讨帕金森病的发病机制,以探讨其治疗方法十分必要。1帕金森病的病理、病因PD状态下,黑质致密部(substantianigraparscompact,SNc)中多巴胺(dopamine,DA)能神经元变性,进而导致纹状体中DA水平降低,进一步引起整个基底神经节环路功能的改变[3]。黑质内残留的多巴胺能神经元胞体内出现特征性的“路易小体”。纹状体内D1和D2受体出现超敏现象,且密度增加[4]。蓝斑(Locusceruleus,LC)中去甲肾上腺素(noradrena-line,NA)能神经元的大量丧失,导致黑质、伏隔核、下丘脑和边缘系统等脑区NA含量明显减少。PD患者脑中壳核、苍白球等组织中5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)含量也减少。关于PD的发病机制有如下几种假说:氧化应激反应性氧分子极不稳定,具有很强的毒性,易与细胞的一些组成成分相结合而将其氧化[5]。研究发现,PD患者黑质中有大量的脂质过氧化反应和DNA被氧化损害后所形成的产物[6],因此推测这个过程在PD状态下可能是增强的。谷氨酸毒性谷氨酸在PD等慢性神经系统损伤性疾病中发挥间接毒性作用,这就是“间接兴奋性毒性假说”。根据此假说,如果细胞不能维持正常的膜电位,则易遭受兴奋性毒性损伤[7]。实验证明,不管是在体还是离体情况下,阻断线粒体呼吸链都会引起兴奋性毒性损伤。已有报道显示,PD患者SNc神经元的线粒体确实存在异常。线粒体功能缺陷具有毒性的1-甲基-4-苯基吡啶离子(1-methyl-4-phenylpyridinium,MPPT)可用于制备PD模型。它可与线粒体传递链复合体Ⅰ结合而阻断线粒体的呼吸,也可被转运至血小板,抑制复合体Ⅰ[8]。在PD患者的黑质中发现复合体Ⅰ的活性显著降低[9]。细胞凋亡PD大鼠SNc发现凋亡的细胞核,这可能是由于谷氨酸的兴奋性毒性作用所诱发[10]。细胞培养发现,线粒体复合体Ⅰ抑制剂可诱发凋亡,而PD患者恰恰缺乏线粒体复合体Ⅰ[9]。所以,有人推测PD患者黑质神经元的线粒体复合体Ⅰ活动减少可能使SNc细胞更易出现凋亡。遗传因素在意大利、希腊和德国的几个家族聚集性PD病患者体内发现4号染色体上α-共核蛋白基因发生突变,但是在占绝大多数的散发的PD患者中并未发现该基因突变现象。因此遗传因素在PD发病中的作用需进一步研究。2分子学研究大脑内存在多条多巴胺(DA)递质通路,最重要的一条通路为黑质-纹状体通路。该通路中,位于黑质致密部的多巴胺神经元在正常时自血流摄入左旋酪氨酸,经细胞内酪氨酸羟化酶(TH)转化为左旋多巴(L-DOPA),再经过多巴脱羧酶(DDC)转化为多巴胺,多巴胺通过黑质-纹状体束作用于壳核和尾状核细胞,黑质中多巴胺最后被神经元的内单胺氧化酶(MAO)、胶质细胞内的儿茶酚-氧位-甲基转移酶(COMT)分解成高香草酸(HVA)。多巴胺转运蛋白(DAT)是定位于多巴胺能神经末梢细胞膜上突触前膜的单胺类特异转运蛋白,它的功能是将突触间隙的多巴胺运回突触前膜,是控制脑内多巴胺水平的关键因素[11]。蛋白质二硫键异构酶(PDI)是一种分子伴侣,它在细胞压力存在的条件下与蛋白正确折叠相关。蛋白结构决定功能。基因缺陷和暴露于自由基或其他细胞压力下能够令蛋白结构发生细微变化,进而导致蛋白错误折叠。如果折叠错误的蛋白未能及时修复或被清除,这些蛋白将会在细胞中积累并导致细胞机能异常。蛋白折叠途径和错误折叠蛋白降解途径的缺陷都会引起错误折叠蛋白的细胞积累。错误蛋白的细胞积累是包括神经退行性疾病在内多种疾病的共同致病机理。正常情况下,为应答细胞压力所致的错误折叠蛋白的积累,机体会提高细胞PDI水平。作为分子伴侣,PDI帮助蛋白正确折叠组装和重排分子内/间化学键以重新折叠,形成功能正常的蛋白。研究发现,在帕金森病患者体内,自由基特别,是一氧化氮(NO)的过量表达会通过S-亚硝基化反应破坏PDI,改变PDI蛋白结构,抑制PDI神经保护功能,最终导致神经细胞损伤甚至死亡。这种异常PDI蛋白大量存在于帕金森病患者体内,表明该异常蛋白是该类疾病潜在的诊断标志和治疗靶点[12]。研究表明,Parkin基因和PINK1基因的突变以及随之出现的线粒体功能障碍与帕金森病有直接联系。Parkin基因可帮助分解脑细胞和神经细胞内的有害蛋白质。PINK1基因可帮助激活线粒体和细胞器的功能。这两种基因的突变使线粒体无法正常工作,导致大脑中的塞梅林式神经节无法释放出多巴胺,人体神经系统和肌肉组织因此逐渐遭到破坏,其表现就是患者出现运动神经功能障碍,如手足无法控制地震颤和动作迟缓等帕金森病的典型症状[13]。α-突触核蛋白是帕金森病的特征性病理改变路易小体的主要成分。家族性帕金森病主要是α-突触核蛋白发生A53T和A30P的错义突变所引起。α-突触核蛋白是一种由140个氨基酸组成的相对分子质量18-20ku蛋白质,由4号染色体上的单基因编码,该基因由7个外显子组成。该蛋白存在于神经元,尤其是突触前末梢。α-突触核蛋白可在许多神经细胞和非神经细胞中表达,包括皮质神经元、多巴胺神经元、去甲肾上腺素神经元、内皮细胞和血小板。在脑内,α-突触核蛋白存在于各种细胞内,而在新皮质、海马和黑质的浓度尤高,这也可能是它和神经退行性疾病如阿尔茨海默病、帕金森病关系密切的原因[14]。目前,α-突触核蛋白的生理功能尚不清楚,但已发现它在调节突触可塑性方面有重要的作用。此外,有实验证实,α-突触核蛋白可以促进鸣禽的学习、神经元分化、多巴胺释放的上调,它还有伴侣分子样活性的作用。α-突触核蛋白在神经元中的作用与其浓度密切相关,α-突触核蛋白在低浓度时对神经元可起到保护的作用,一定程度上可抵抗过氧化氢的作用,有实验证实这种保护作用是通过激活PI3K/Akt通路来实现的。高浓度或过表达的α-突触核蛋白又对神经元有细胞毒的效应。高浓度或过表达的α-突触核蛋白可以使Bax表达上调,增加了caspase的活性,并引起了线粒体细胞色素C的释放,导致细胞凋亡[15]。α-突触核蛋白是路易小体的主要成分,其在帕金森病的发病过程中有重要作用,但具体作用机制尚无定论。有人认为,α-突触核蛋白之所以能引起多巴胺能神经元的退行性变,可能是由于它和多巴胺形成了多巴胺醌-突触核蛋白复合物,而导致了对多巴胺能神经元的毒性。但许多研究证实,α-突触核蛋白的聚集与帕金森病的发生密切相关。当野生型α-突触核蛋白的含量是正常的3倍时,才会导致α-突触核蛋白过表达,诱发帕金森病。而现在认为,α-突触核蛋白之所以聚集是细胞内发生氧化和硝化作用的结果。硝化作用是由小胶质细胞释放的一氧化氮所引起的,一旦细胞外的α-突触核蛋白的浓度增高,或在其他一些致病因素的作用下,小胶质细胞便会被激活,后者又会通过MAPK通路和核因子(NF)κB转位产生一氧化氮。而一氧化氮的释放又可以硝化神经元中的α-突触核蛋白,使其产生毒性并最终导致神经元的死亡。另外有资料显示,帕金森病相关基因(也称PARK7基因,DJ-1)、COMT、MAO、5-羟色胺等均与帕金森病有关[16]。3帕金森病的治疗帕金森病仍是不可治愈的进展性疾病，目前的治疗实质上主要是提高病人的生活质量和工作能力。在帕金森病的各种治疗方法中仍以药物治疗最有效。在药物治疗时要注意掌握好用药时机，在疾病的早期无需特殊治疗，应鼓励患者进行适度的体育锻炼，若影响到患者的日常生活和工作时可给予药物治疗；要"细水长流，不求全效"，争取做到以最小的剂量获得最好的疗效；治疗过程中应从小剂量开始，缓慢增加剂量；药物治疗应个体化，不宜多加品种，也不宜突然停药。3.1多巴胺替代治疗目前，多巴胺的替代治疗可补充多巴胺的不足，是帕金森病的最重要的治疗方法。左旋多巴和外周多巴胺脱羧酶抑制剂(苄丝肼或卡比多巴)的复方制剂是最有效的治疗药物，应在疾病的早期应用，大部分病人口服左旋多巴300-600mg/日在疾病的前五年症状可以得到明显改善。早期的副作用有恶心、厌食、头晕，但是当药量逐渐增加时左旋多巴能被很好的耐受。长期服用左旋多巴可引起剂末现象、开关现象和运动障碍。依替左旋多巴即左旋多巴乙酯，它克服了左旋多巴可溶性差、吸收慢的缺点，口服后可以在十二指肠被迅速水解为左旋多巴，故该药比左旋多巴起效快，避免了左旋多巴在帕金森患者中吸收不稳定的缺点。因此，左旋多巴乙酯在改善运动功能方面优于左旋多巴，可通过降低药物剂量延迟药量引起的开关现象[17]。3.2多巴胺受体的激动剂多巴胺受体的激动剂通过直接刺激突触后膜的多巴胺受体发挥作用，可以克服左旋多巴引起的运动并发症，因此逐渐成为治疗帕金森病的另一大类重要的药物。溴隐亭和培高利特均为麦角类衍生物，溴隐亭为D2受体激动剂，而培高利特对D1与D2受体均有激动作用，二者主要作为左旋多巴的辅助用药，但由于其在改善左旋多巴的疗效、减轻其运动并发症方面未达到理想的标准，且有明显的不良反应，尤其是培高利特可能导致心脏瓣膜病、浆膜纤维化等，故目前二者在临床治疗中已较少使用。吡贝地尔是一种非麦角类多巴胺受体的激动剂，主要作用于D2和D3受体，该药单用或与左旋多巴合用可以改善帕金森病的症状，对震颤的改善尤为明显，尚可减轻患者的抑郁症状。近年来也出现了一些新的非麦角碱类多巴胺受体激动剂，如普拉克索和罗匹尼罗等，普拉克索选择性作用于D3受体，有抗抑郁、调节精神情绪的作用，罗匹尼罗对D2受体具有高选择性刺激作用。二者单独应用对早期患者有改善作用，与左旋多巴合用可减少后者的剂量及延缓长期应用左旋多巴的运动并发症的发生。阿扑吗啡为吗啡的还原状态，不具有成瘾性，属多巴胺受体非选择性激动剂，对D1和D2受体都有激动作用，皮下注射阿朴吗啡可以减轻关期症状，在注射后很短时间内可以有效改善运动症状[18]。3.3单胺氧化酶B抑制剂可阻止多巴胺降解，增加脑内多巴胺含量，单胺氧化酶B抑制剂包括司来吉兰和雷沙吉兰。司来吉兰可增加左旋多巴的疗效，可减少左旋多巴用量及延长给药间隔时间，能延缓开关现象的出现，故该药单用或与左旋多巴合用治疗早期或中晚期帕金森病患者。雷沙吉兰属单胺氧化酶B不可逆选择性抑制剂，一系列体内和体外实验表明，该药对单胺氧化酶B抑制的体外活性与司来吉兰相似，但体内活性比其高3倍，雷沙吉兰疗效明显优于司来吉兰，在早期使用可延缓疾病的进展，近期的两项实验证实早期口服1mg/日的雷沙吉兰对比六个月后服用在72周时得到了阳性结论[19]。3.4儿茶酚-氧位-甲基转移酶抑制剂(COMTI)COMT存在于人体大部分组织中，它促使多巴胺代谢成为3-氧位甲基多巴，后者无抗帕金森病的作用，而且还可减轻左旋多巴的作用。COMTI能抑制左旋多巴在外周的代谢，维持左旋多巴血浆浓度的稳定，增加脑内纹状体多巴胺的含量，与左旋多巴合用可增加其疗效，减少症状波动。此类药物有托卡朋，恩他卡朋。3.5腺苷A2A受体拮抗剂脑组织中有腺苷A1、A2、A3三种受体，其中腺苷A2受体参与运动功能调控，在脑内分布于纹状体、伏隔核和嗅球。而腺苷A2受体亚型之一的腺苷A2A受体参与调控乙酰胆碱和γ-氨基丁酸在纹状体的释放，腺苷A2A受体拮抗剂可减弱与多巴胺能去神经支配有关的离子型谷氨酸受体的磷酸化，从而改善帕金森病患者的运动异常。纹状体多巴胺能和谷氨酸能受体之间信号传递可受腺苷A2A受体介导的机制影响，因此腺苷A2A受体拮抗剂可成为既缓解帕金森病症状又减少运动并发症的新方法。新型腺苷A2A受体拮抗剂KW-6002在灵长类动物中已经进行了抗帕金森病作用研究，KW-6002口服给药21天可有效改善运动功能缺失而不会引发运动障碍[20]。3.6α2肾上腺素能受体拮抗剂研究发现阻断突触前α2肾上腺素能受体能有效减少运动障碍。fipamezole属中枢α2肾上腺素能受体拮抗剂，在MPTP诱导的小鼠帕金森病模型中，fipamezole可有效对抗帕金森病的运动障碍，并可有效改善"开"时间[21]。fipamezole治疗帕金森病晚期患者的Ⅱ期临床试验正在美国进行，至今还未应用于临床。临床前动物模型研究结果表明，当其与左旋多巴合用时可显著延迟运动障碍出现的时间并降低"关"效应。3.7手术治疗手术治疗适用于药物治疗无效、不能耐受或者出现运动障碍的患者，手术治疗可以改善症状，但术后仍需继续服药，故不能作为首选的治疗方法。目前的治疗方法有苍白球毁损术、丘脑毁损术、脑深部电刺激术（DBS）等。以苍白球毁损术为代表的毁损手术，由于其远期疗效不佳，并有可能带来不可预测的并发症，如吞咽、语言和平衡障碍，目前已逐渐被DBS取代。DBS是通过立体定向方法进行精确定位，在脑内特定的靶点植入刺激电极进行高频电刺激,从而改变相应核团兴奋性来改善帕金森病症状。经过多个临床中心的研究表明，丘脑底核的脑深部电极刺激术，不仅可以改善帕金森病的所有症状，而且还能减少左旋多巴的用量，对左旋多巴导致的不良反应，如异动症、痛性痉挛都有很好的疗效。但手术后仍然要坚持药物治疗，电极刺激的参数要定时调整，二者结合才能取得较好的疗效。4帕金森病研究前景4.1胚胎干细胞移植帕金森病目前主要的治疗方法为药物治疗，药物治疗轻、中度帕金森病患者能有效地缓解症状，但经过长期的治疗后，患者对其反应降低，并可产生严重不良反应，而且药物治疗不能有效的根治疾病，也不能减慢疾病的进展。因而胚胎干细胞成为帕金森病等各种神经系统变性疾病治疗研究的焦点。胚胎神经干细胞可在相关因素作用下定向诱导分化形成多巴胺能神经元，从而行使正常细胞功能[22-23]；移植进入脑内的干细胞能够分泌神经营养因子，对病变的神经细胞可产生保护和营养作用，使这些细胞重新恢复功能[24]；而且可以促进内源性多巴胺能神经发生[25]。因此可用于治疗帕金森病等神经系统变性疾病。但是干细胞移植依然存在一定的副作用，如干细胞移植后肿瘤形成、干细胞不适当的迁移、对被移植的干细胞产生免疫反应等。因此，干细胞移植还需要进行大量的实验研究和临床试验，随着未来科学技术的发展，干细胞移植将成为帕金森病重要的治疗方法。4.2基因治疗随着对帕金森病的发病机制和病变部位的深入研究及相关致病基因的克隆、基因载体技术的发展及转染技术的不断更新，使帕金森病的基因治疗成为研究的热点。目前帕金森病基因治疗主要通过三条途径：一是转染多巴胺合成途径的相关基因，如酪氨酸羟化酶基因、芳香左旋氨基酸脱羧酶基因、GTP环水解酶Ⅰ基因等[26]；二是转染合成神经营养因子的基因，如神经胶质源性神经营养因子基因、脑源性神经营养因子基因等；三是转染基因表达的调节基因，如Parkin基因[27]。将上述基因转染体外细胞后进行脑内移植或通过质粒及病毒载体直接转染在黑质纹状体区细胞，使其表达神经保护性蛋白质，从而起到抗帕金森病的作用。但是基因治疗在目前仍是尚不成熟的治疗手段,有许多问题需要解决,比如基因治疗持续表达的时间不长、疗效不稳定及神经胶质siRNA的表达可能增加癌变的可能性，故真正应用于人体还需相当长的时间。但是，随着人类基因组计划的完成，基因表达调控机制更深入的阐明以及转基因技术的发展和方法的完善，基因治疗也将会是帕金森病重要的治疗方法。阐明PD的病因与发病机制,建立客观和可靠的诊断手段,寻找非常有效而副作用少的治疗药物及方法仍然是21世纪神经科学领域的研究重点之一。对于PD的治疗研究,可以预见将会有更多的新药应用于临床,应致力于真正能阻止病情发展的保护性治疗措施的探索。对PD治疗的革命性突破寄希望于新型治疗技术的成熟。参考文献[1]DauerW,PredborskiS.Parkinson'sdisease:mechanismsandmodels[J].Neuron,2003,39,889-909.[2]AndersenJK.DoesneuronallossinParkinson'sdiseaseinvolveprogrammedcelldeath[J].Bioessays,2001,23(7):640-646.[3]HoldenA,WilmanA,WielerM,etal.BasalgangliaactivationinParkinson′sdisease[J].ParkinsonismRelatDisord,2006,12(2):73-77.[4]CauliO,PinnaA,MorelliM.Subchronicintermittentcaffeineadministrationtounilaterally6-hydroxydopamine-lesionedratssensitizesturningbehaviourinresponsetodopamineD1butnotD2receptoragonists[J].BehavPharmacol,2005,16(8):621-626.[5]OnoK,HasegawaK,NaikiH,etal.Anti-Parkinsonianagentshaveanti-amyloidogenicactivityforAlzheimer′sbeta-amyloidfibrilsinvitro[J].NeurochemInt,2006,48(4):275-285.[6]YoritakaA,HattoriN,UchidaK,etal.Immunohistochemicaldetectionof4-hydroxy-nonenalproteinadductsinParkinson′sdisease[J].ProcNatAcadSci,1996,93(7):2696-2701.[7]DeErausquinGA.Transactivationofcelldeathsignalsbyglutamatetransmissionindopaminergicneurons[J].CritRevNeurobiol,2004,16(1-2):107-119.[8]RichterG,SonnenscheinA,GrunewaldT,etal.NovelmitochondrialDNAmutationsinParkinson′sdisease[J].JNeuralTransm,2002,109(5-6):721-729.[9]HattoriN.EtiologyandpathogenesisofParkinson′sdisease:frommitochondrialdysfunctionstofamilialParkinson′sdisease[J].RinshoShinkeigaku,2004,44(4-5):241-262.[10]ChuCT,ZhuJH,CaoG,etal.Apoptosisinducingfactormediatescaspase-independent1-methyl-4-phenylpyridiniumtoxicityindopaminergiccells[J].JNeurochem,2005,94(6):1685-1695.[11]BonifatioV.GeneticsofParkinson'sdisease[J].MinervaMed,2005,96(3):175-186.[12]UeharaT,NakamuraT,YaoD,etal.S-nitrosylatedprotein-disulphideisomeraselinksprotein.Misfoldingtoneurodegeneration[J].Nature,2006,441(7092):513-517.[13]Abou-SleimanPM,MuqitMM,McDonaldNO,etal.AheterozygouseffectforPINK1mutationinParkinson'sdisease[J].AnnNeuro,2006,60(4):414-419.[14]MoriF,PiaoYS,HayashiS,etal.α-synucleinaccumulatesinpurkinjecellsinlewybodydiseasebutnotinmultiplesystematrophy[J].JNeuropatholExpNeurol,2003,62(8):812-819.[15]CortiO,BriceA.Parkin,α-synucleinandothermolecularaspectsofParkinson'sdisease[J].JSocBiol,2002,196(1):95-100.[16]BonifatioV,HeutinkP.LinkingDJ-1toneurodegenerationoffersnovelinsightsforunderstandingthepaghogenesisofParkinson'sdisease[J].JMoleculMedel,2004,82:163-174.[17]WalkerJ,MartinC,CallaghanR.InhibitionofP-glycoproteinfunctionbyXR9576inasolidtumourmodelcanrestoreanticancerdrugefficacy[J].EurJCancer,2004,40(4):594-605[18]PRIANOL,ALBANIG,BRIOSCHIA,etal.Transdermalapomorphineermeationfrommicroemulsions:anewtreatmentinParkinson'sdisease[J].MovDisord,2004,19(8):937-942[19]ClarkeCE.Aredelayed-startdesigntrialstoshowneuroprotectioninParkinson'sdiseasefundamentallyflawed[J]MovDisord,2008,23:784-789[20]PierriMVaudanoE,SagerT,etal.KW26002protectsfromMPTPinduceddopaminergictoxicityinthemouse[J].Neuropharmacology,2005,48(4):517-524[21]SavolaJM,HillM,EngstromM,etal.Fipamezole(JP-1730)isapotentalpha-adrenergicreceptorantagonistthatreduceslevodopa-induceddyskinesiaintheMPTP-lesionedprimatemodelofParkinson'sdisea