田明秀 張志清 解洪榮，2 胡林森 陳加俊 (天津市第四中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，天津 0040)

帕金森病發(fā)病機制的研究進展

田明秀1張志清 解洪榮1，2胡林森1陳加俊3(天津市第四中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，天津 300140)

帕金森病;發(fā)病機制;α-突觸核蛋白

帕金森病(PD)是一種中老年人常見的進行性中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，患病率為160/10萬，主要病變?yōu)橹心X黒質(zhì)致密部(SNpc)多巴胺能神經(jīng)元退行性病變導(dǎo)致的多巴胺(DA)與乙酰膽堿平衡失調(diào)。其病理特點是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元嚴重的變性、缺失，殘存的神經(jīng)元內(nèi)出現(xiàn) parkin、DJ-1、α-synuclein(AS)、泛素C末端水解酶L1等蛋白染色陽性的包涵體(Lewy體)。目前尚無特異生化指標和影像學(xué)檢查可作為PD確診的依據(jù)，診斷主要依據(jù)臨床癥狀和對左旋多巴(LD)治療的反應(yīng)，臨床常有漏診和誤診。多數(shù)人認為PD是遺傳因素〔1〕和環(huán)境因素〔2〕相互共同作用的結(jié)果。目前的研究結(jié)果顯示，PD與泛素蛋白酶體系統(tǒng)功能障礙、蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集、線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激過度、細胞凋亡等諸因素有關(guān)。

1 泛素-蛋白酶體系統(tǒng)功能障礙與蛋白分解障礙

1.1 泛素-蛋白酶體系統(tǒng) 細胞內(nèi)受損蛋白不斷增多，而清除受損蛋白的泛素蛋白酶體(UPS)蛋白降解系統(tǒng)功能減退，致使異常蛋白發(fā)生聚集〔3〕。UPS負責(zé)清除損傷的、錯誤折疊的和突變的蛋白，是真核細胞內(nèi)蛋白降解的生物化學(xué)通路之一。PD是一種蛋白降解障礙性疾病，AS的異常聚集和降解障礙與PD的發(fā)生密切相關(guān);突變AS過度積聚可導(dǎo)致UPS降解障礙，并對細胞產(chǎn)生毒性〔4〕。AS在磷脂轉(zhuǎn)運及突觸的發(fā)育中發(fā)揮作用，它主要由140個氨基酸組成，主要分布在神經(jīng)突觸末梢的前部，在細胞的胞漿內(nèi)含量比較少，與多巴胺合成、神經(jīng)元重塑、突觸小泡轉(zhuǎn)運和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等有關(guān)〔5〕。在腦部，AS主要集中于皮質(zhì)、海馬和黑質(zhì)3個區(qū)域。PD中野生型和突變型AS的積聚均通過UPS降解。UPS是非溶酶體降解蛋白途徑，它降解細胞內(nèi)突變的、氧化損傷的、定位錯誤的、錯誤折疊的、有害的蛋白質(zhì)，參與調(diào)節(jié)細胞周期、凋亡、DNA損傷修復(fù)等。UPS功能障礙在PD發(fā)病機制中起重要作用，而且可與氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙等因素協(xié)同作用。氧化應(yīng)激可導(dǎo)致細胞內(nèi)異常蛋白增加，超出UPS降解能力;線粒體功能障礙可使UPS降解所需的能量供應(yīng)不足;UPS自身功能障礙可引起細胞內(nèi)蛋白降解障礙、聚集，可導(dǎo)致胞漿內(nèi)路易小體形成及多巴胺能神經(jīng)元變性死亡〔6〕。UPS功能異常或衰竭導(dǎo)致細胞功能障礙、細胞內(nèi)蛋白蓄積，甚至細胞死亡。蛋白酶體進行的蛋白質(zhì)降解對維持正常生命活動至關(guān)重要。UPS由蛋白酶體子系統(tǒng)和泛素子系統(tǒng)組成。蛋白酶體子系統(tǒng)包括26S蛋白酶體和20S蛋白酶體。

蛋白酶體廣泛地分布在真核細胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核周區(qū)、細胞核和胞漿內(nèi)。蛋白酶體以26S蛋白酶體為主，是真核細胞內(nèi)三磷酸腺苷依賴性、非溶酶體降解途徑的多酶復(fù)合體，由2個19S亞復(fù)合體或19S調(diào)節(jié)顆粒或PA700激活劑或ATP酶復(fù)合體和1個20S亞復(fù)合體或核心顆粒(core central particle，CP)組成。CP是三磷酸腺苷酶依賴性26S蛋白酶體的活性中心，蛋白酶體亞單位具有胰蛋白酶樣、糜蛋白酶樣、肽酰谷氨酰樣催化活性。蛋白酶體亞單位是蛋白進入蛋白酶體的門控通道，沒有催化活性，并且能夠結(jié)合PA28和PA700等細胞內(nèi)多亞單位的蛋白酶體活化因子，這樣可以形成更具有活性的復(fù)合體。PA28通過非三磷酸腺苷酶依賴的方式輔助核心顆粒降解非泛素化蛋白質(zhì)的底物。PA700通過識別泛素化底物和切除底物多泛鏈的方式輔助核心顆粒的酶活性，它在核心顆粒分解蛋白質(zhì)底物時具有調(diào)節(jié)酶活性的功能。26S蛋白酶體可以降解細胞內(nèi)蛋白質(zhì)可超過 80%〔7〕。

在散發(fā)性帕金森患者的中腦黑質(zhì)致密部的內(nèi)部，蛋白酶體存在著功能性障礙和結(jié)構(gòu)性缺損 (原因可能是其亞基的組成結(jié)構(gòu)不完整)，其證據(jù)的直接來源于核心顆粒的維持水平、PA28復(fù)合體的濃度、CP的α亞單位數(shù)量、CP的酶活力以及PA28和PA700的轉(zhuǎn)錄表達〔7〕。核心顆粒亞單位水平的改變使核心顆粒在分解蛋白質(zhì)底物時并不一定表現(xiàn)出明顯地分解能力的減弱，但是少數(shù)幾個核心顆粒亞單位的改變可以通過干擾酶復(fù)合體組裝的方式降低酶復(fù)合體穩(wěn)定性，在總體上導(dǎo)致蛋白酶體分解蛋白質(zhì)障礙。在分解蛋白質(zhì)底物過程中，蛋白酶體功能障礙的連鎖效應(yīng)必定影響到這個鏈條上其他環(huán)節(jié)對蛋白質(zhì)底物的分解。

細胞內(nèi)，在非折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)(UPR)〔8〕過程中，那些組裝的和錯誤折疊蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)位到細胞質(zhì)，被細胞質(zhì)內(nèi)的蛋白酶體降解。由于降解蛋白質(zhì)發(fā)生在溶酶體之外的前高爾基體細胞間隔，這個環(huán)節(jié)是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量控制系統(tǒng)中的一個相對完整，因而被稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解(ERAD)。

1.2 遺傳性PD 遺傳性帕金森現(xiàn)已有編碼5種以上蛋白的基因突變與 PD 有關(guān):PARK3、PAKE4、UchL1、PINK1、parkin、PARK9、α-突觸核蛋白(AS)、synphilin-1、泛素 C 末端水解酶L1、PARK10和DJ-1等。這些不同蛋白的基因突變通過不同的機制使得錯誤折疊的蛋白和一些多余的應(yīng)被清除的蛋白在細胞內(nèi)堆積，導(dǎo)致帕金森疾病的發(fā)生〔9〕。

1.2.1 AS AS基因的兩個錯義突變A53T和A30P導(dǎo)致顯性遺傳性PD。當(dāng)AS基因發(fā)生突變時，胞內(nèi)AS蛋白異常折疊、表達過度和形成淀粉樣纖維結(jié)構(gòu)，引起胞內(nèi)異常AS相互聚集，可能是神經(jīng)毒性的原因。同時，相互的聚集和/或錯誤折疊的AS直接誘發(fā)了線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激的發(fā)生，最終引起細胞凋亡，參與PD的發(fā)病。胞內(nèi)異常相互聚集蛋白AS還使UPS不能降解其他應(yīng)該被降解的蛋白，這可能參與Lewy小體的形成。另外，近來的實驗研究結(jié)果顯示，基因表達突變α-突觸核蛋白的PC12細胞不僅細胞對蛋白酶體抑制劑的耐受性下降，而且蛋白酶體活性也降低，同時，由于受到環(huán)境中蛋白酶體抑制劑的攻擊，線粒體功能發(fā)生缺陷〔10〕。

1.2.2 parkin基因 parkin基因的突變可引起隱性遺傳性帕金森綜合征。它由編碼465個氨基酸的parkin蛋白。一般parkin基因突變也可導(dǎo)致變異蛋白的積聚和降解受阻。parkin突變多見于30歲以前發(fā)病的家族性PD患者，患者的parkin基因3號外顯子有突變。parkin蛋白是一種E3泛素蛋白酶，是泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的一個組分，可識別和靶向錯誤折疊蛋白到蛋白酶體以進行降解。基因突變導(dǎo)致parkin作為E3泛素蛋白連接酶的功能喪失;parkin突變可使細胞內(nèi)蛋白相互積聚、蛋白降解受阻。蛋白底物在細胞內(nèi)聚集，這些引起神經(jīng)毒性〔11〕。

病理證據(jù)，在PD患者未受累和變性的腦區(qū)，parkin酶活性和基因的水平均有顯著的降低〔12〕。另外，parkin能夠?qū)?-OHDA的毒性作用，對細胞起保護作用，提示parkin對可能治療PD有一定的潛力〔13〕。

1.2.3 UCH-L1基因 泛素C末端水解酶L1(ubiquitin C-terminal hydrolase L1，UCH-L1)是腦內(nèi)含量最豐富的蛋白之一，在腦內(nèi)廣泛分布，占蛋白總量的2%左右。UCH-L1突變可使UPS降解能力下降。它最早是作為UPS的去泛素化酶的一種而被發(fā)現(xiàn)的。能通過泛素循環(huán)將多聚泛素水解成游離的泛素，能使之進一步再循環(huán)。UCH-L1可編碼兩種不同作用的酶。第一種具有水解酶活性，可以水解泛素復(fù)合物形成游離的泛素。在UCH-L1基因發(fā)生突變時，水解酶活性減弱，不能通過泛素循環(huán)將多聚泛素分解為單體，導(dǎo)致非泛素化和泛素化的蛋白在細胞內(nèi)聚積(路易小體形成)。第二種具有二聚體形式依賴性的連接酶的活性。UCH-L1這種連接酶功能是形成多泛素鏈，共價結(jié)合了待清除的底物蛋白，泛素單體不斷重復(fù)地添加到待清除的底物蛋白上，形成了1條多聚泛素化的蛋白鏈，以結(jié)合AS或游離的形式存在，二者均可以抑制UPS功能。在2002年Liu等〔14〕發(fā)現(xiàn)UCH-L1，特別是與PD相關(guān)的突變型，能夠?qū)е屡囵B(yǎng)細胞中的ɑ-Synuclein的聚集。錯義突變已經(jīng)在患有典型帕金森病的德國家族的兩同胞中鑒定出，證明是常染色體顯性遺傳。UCH-L1形成的突變體酶的活性降低，導(dǎo)致通過泛素蛋白酶體通路清除異常蛋白的功能受損。然而，這一基因另外的突變體沒有在其他家族獲得證實，表明這樣的案例非常少見。UCH-L1障礙在黑質(zhì)細胞蛋白清除機制中牽涉到共同的異常通路，可能造成帕金森病的細胞死亡和功能異?！?4〕。

1.3 散發(fā)性PD 散發(fā)性帕金森病因至今尚不完全清楚。到目前為止，多數(shù)的研究結(jié)果提示泛素-蛋白酶體系統(tǒng)功能受損與PD發(fā)生有密切的聯(lián)系。人們已積累了許多PD患者蛋白酶體功能受損的證據(jù)。在散發(fā)性PD患者中腦黑質(zhì)致密部泛素蛋白酶體系統(tǒng)功能選擇性受損。線粒體復(fù)合物I抑制1-甲基4-苯基-吡啶離子、魚藤酮等所造成的能量代謝障礙會影響泛素蛋白酶體系統(tǒng)的正常功能〔15〕。McNaught在散發(fā)性PD患者尸檢中腦黑質(zhì)致密部的細胞中，檢測到蛋白酶體的功能顯著降低。同時含有大量易于發(fā)生聚集硝化和氧化的蛋白，其不易被蛋白酶體降解。最近McNaught等有發(fā)現(xiàn)散發(fā)性PD患者黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元內(nèi)20S蛋白酶體α亞單位丟失，蛋白酶體活化因子PA700表達水平降低，蛋白酶體水解功能受損，而在其他腦區(qū)未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。另外，有報道證實散發(fā)性帕金森病人的外周血淋巴細胞的蛋白酶體活性減低，Nakamura發(fā)現(xiàn)，PD患者中腦黑質(zhì)的細胞核內(nèi)有20S蛋白酶體的免疫染色，而對照組則沒有，提示細胞核內(nèi)的20S蛋白酶體可能與PD的發(fā)病密切相關(guān)。DNA芯片實驗研究結(jié)果提示，帕金森病人的黑質(zhì)致密部的組織中與泛素-蛋白酶體系統(tǒng)有關(guān)的一些基因表達下調(diào)〔16〕。

2 蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集

當(dāng)PD的泛素-蛋白酶體功能受損導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解(ERAD)喪失時，細胞質(zhì)內(nèi)未降解的ERAD底物逐漸增多，代償?shù)纳锘瘜W(xué)過程(熱休克蛋白聚集、蛋白質(zhì)泛素化和蛋白質(zhì)磷酸化等)試圖將蛋白質(zhì)在局部降解或折疊后再降解，當(dāng)代償?shù)纳锘瘜W(xué)過程不能夠降解消除蛋白質(zhì)分解應(yīng)激反應(yīng)的蛋白質(zhì)時，蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)內(nèi)局部積累〔17〕。伴隨著蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)內(nèi)的積累，潴留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解底物，由于失去跨膜轉(zhuǎn)位時的驅(qū)動力也相繼積累。在生理狀態(tài)時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解底物一旦從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜轉(zhuǎn)位到細胞質(zhì)，其主要被依附在UPS進行泛素化、識別、攝入，最終被降解。在細胞出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解底物喪失不能進行上述生物化學(xué)過程的代償時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解底物在細胞質(zhì)內(nèi)堆積和聚集，形成非纖維化聚集物。

聚集物及其形成過程對局部細胞質(zhì)所產(chǎn)生進行性的毒性作用，細胞失去降解聚集物蛋白質(zhì)能力時聚集體的形成，聚集體的形成是保護性應(yīng)激反應(yīng)。PD等神經(jīng)變性疾病的病變的共同特征是蛋白在腦組織中的異常沉積，這種蛋白異常聚集雖部位不同，但在本質(zhì)上對神經(jīng)元都是有毒性的。聚集體被認為是錯識折疊蛋白質(zhì)的儲存庫〔18〕。集聚的或者可溶性錯誤折疊蛋白可通過各種機制產(chǎn)生神經(jīng)元毒性。許多研究者認為聚集體形成的基本過程是通過微管依賴性主動轉(zhuǎn)運方式，分散在細胞質(zhì)的聚集物被運輸?shù)胶酥艿闹行捏w及其周圍。蛋白的聚集可通過使細胞變形或者干擾在轉(zhuǎn)運的過程中ATP酶分解活性而直接導(dǎo)致神經(jīng)元損傷〔18〕。蛋白酶體亞單位及其調(diào)節(jié)復(fù)合體亞單位、線粒體和熱休克蛋白、去泛素化/泛素化酶等也被聚集到核周的中心體及其周圍，促進聚集物蛋白的降解。這時核周的中心體及其周圍在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出擴張的特征，最后形成了致密結(jié)構(gòu)的聚集體〔19〕。

在體外散發(fā)性PD的模型中，異常蛋白質(zhì)聚集激活了細胞凋亡的JNK通路〔20〕。在路易小體的形成過程中，異常蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)內(nèi)不斷聚集和持續(xù)存在本身就是對細胞存活的一種毒性作用。聚集物蛋白質(zhì)纖維化過程中，那些同時被富集到聚集體中的蛋白本身就可以抑制細胞正常防御功能〔20〕。因此，細胞死亡的直接原因是蛋白質(zhì)的非纖維化聚集過程和聚集物蛋白質(zhì)的纖維化聚集過程。

在遺傳性PD，致病性突變通過直接誘導(dǎo)異常蛋白質(zhì)在細胞漿內(nèi)的持續(xù)存在和不斷聚集或間接干擾聚集物蛋白的降解的過程而引起PD發(fā)病。在散發(fā)性PD，直接的蛋白損傷修飾或間接的線粒體和分子伴侶、蛋白酶體亞單位及其調(diào)節(jié)復(fù)合體亞單位功能障礙都有利于錯誤折疊蛋白的集聚。一個觸發(fā)點為氧化壓力，通過反應(yīng)活性氧的產(chǎn)生而導(dǎo)致PD發(fā)病。隨年齡增長，組織中異常氧化的蛋白增加，而使神經(jīng)元易損傷。

3 線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激

研究表明6-羥基多巴胺的神經(jīng)毒性與其從鐵蛋白中釋放的鐵有關(guān)，鐵介導(dǎo)的自由基的產(chǎn)生又能抑制線粒體復(fù)合體Ⅰ的活性，即氧化應(yīng)激也能誘導(dǎo)線粒體功能受損。線粒體電子傳遞是細胞內(nèi)自由基產(chǎn)生的一個主要來源，線粒體復(fù)合體Ⅰ活性的降低，可促進自由基的形成，使組織對氧化應(yīng)激易感。另有實驗證實PD病變的DA神經(jīng)毒性機制，是由DA抑制了黑色細胞呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ的活性，使ATP合成障礙，細胞變性死亡〔21〕。

PD發(fā)病中存在氧化應(yīng)激觀點來源于對多巴胺代謝的認識。實驗研究發(fā)現(xiàn)，多巴胺的自我氧化可產(chǎn)生6-羥基多巴胺和神經(jīng)黑素，隨著年齡的增加可導(dǎo)致細胞內(nèi)的毒性作用。多巴胺的毒性作用類似于6-羥基多巴胺，具有相對選擇性的神經(jīng)毒性作用。多巴胺可以通過多個途徑損傷多巴胺能神經(jīng)元:首先，在細胞外氧化生成活性氧(ROS)，當(dāng)ROS的水平超過體內(nèi)抗氧化防御的水平時可產(chǎn)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致細胞膜損傷;其次，在細胞內(nèi)通過自身氧化生成6-羥基多巴胺及神經(jīng)黑色素造成胞內(nèi)ROS生成增多，特別在異常情況下，導(dǎo)致抗氧化能力的顯著下降，產(chǎn)生氧化應(yīng)激，造成細胞損傷;最后，多巴胺氧化后造成線粒體復(fù)合物Ⅰ損傷，導(dǎo)致呼吸鏈損傷，ATP減少，細胞能量不夠，最終細胞趨于死亡。ROS的產(chǎn)生和排除的不平衡，將誘發(fā)氧化應(yīng)激并進而導(dǎo)致帕金森病〔21〕。氧化應(yīng)激是由于細胞膜脂質(zhì)過氧化鏈式反應(yīng)和膜的流動性改變從而破壞細胞。正常情況下細胞有多個抗氧化系統(tǒng)，其作用是清除ROS。其中，腦內(nèi)最重要的自由基清除系統(tǒng)是谷胱甘肽系統(tǒng)。當(dāng)氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡時發(fā)生氧化應(yīng)激。

和大腦的其他部位相比較，中腦黑質(zhì)致密部暴露在高反應(yīng)氧形成和高氧化應(yīng)激的狀態(tài)。尸檢研究顯示，在帕金森病患者腦內(nèi)DA神經(jīng)元控制氧化應(yīng)激的能力可能缺乏，這表現(xiàn)氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡。在帕金森病黑質(zhì)中有40%左右的氧化型谷胱甘肽下降，伴隨鐵水平的升高。氧化應(yīng)激可能由于線粒體復(fù)合物Ⅰ活性的缺乏和易受氧化的損害而引起ROS的水平升高。在中腦黑質(zhì)致密部有蛋白氧化破壞DNA的標記物和各種脂質(zhì)過氧化均增加。氧化應(yīng)激所產(chǎn)生的各種毒物可能對疾病進展起重要作用〔22〕。

Greenamyre等〔23〕發(fā)現(xiàn)MPTP通過抑制線粒體復(fù)合體Ⅰ阻滯線粒體電子傳遞鏈，提出氧化磷酸化缺陷在PD發(fā)病中可能起重要作用。在以后的PD的研究中證實了線粒體復(fù)合體Ⅰ活性的異常。近來，實驗研究顯示，帕金森病人中腦黑質(zhì)致密部位的mtDNA4977堿基對的缺失率是正常人的16倍，帕金森患者基底神經(jīng)節(jié)mtDNA的突變率明顯高于正常人;參與編碼線粒體復(fù)合物Ⅰ基因的多態(tài)性也與帕金森的易感性有關(guān)。線粒體復(fù)合物Ⅰ活性降低可使氧自由基和反應(yīng)氧的水平升高，胞內(nèi)DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)由于氧化應(yīng)激而受到損傷和斷裂〔24〕。線粒體也是細胞程序性死亡的“主開關(guān)”，當(dāng)其通透性轉(zhuǎn)變孔開放時，可釋放Ca2+、凋亡誘導(dǎo)因子、膜間隙中的胱冬肽酶原等凋亡因子和細胞色素C，水解核染色質(zhì)，激活胱冬肽酶，或作用于其他Ca2+依賴性蛋白，使細胞功能紊亂、整體結(jié)構(gòu)破壞，最終凋亡。接近100%的分子氧被線粒體呼吸所消耗并產(chǎn)生了強氧化物，包括H2O2和超氧化自由基。在PD中腦的黑質(zhì)致密區(qū)中，氧化損傷的生物學(xué)標志顯著升高，而指示抗反應(yīng)活性氧防護機制的抗氧化物谷胱甘肽的含量則顯著降低〔24〕。因此推測在PD中腦的黑質(zhì)致密區(qū)中發(fā)生氧化應(yīng)激。

應(yīng)用蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究5周用MPTP處理小鼠黑質(zhì)線粒體蛋白，在110個豐度有變化的蛋白中，DJ-1蛋白的含量明顯增加，提示DJ-1可能在線粒體功能異常及PD的包涵體形成中起重要作用，并且可能在MPTP誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激中起關(guān)鍵作用。線粒體復(fù)合物亞單位在處理后含量減少，進一步證實線粒體復(fù)合物Ⅰ參與MPTP誘導(dǎo)的毒性〔25〕。

4 細胞凋亡

4.1 細胞凋亡與氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙 目前的研究結(jié)果提示，細胞凋亡可能在PD的黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元死亡中起重要的作用。中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性死亡是多種因素作用的結(jié)果。每個因素都可能成為啟動因子，并誘發(fā)其他因素的損害機制。多巴胺通過單胺氧化酶催化氧化脫胺代謝，所產(chǎn)生的過氧化氫能被抗氧化系統(tǒng)清除掉。但在氧化應(yīng)激時，在鐵和氧化還原作用的協(xié)同下，囊泡中的多巴胺才能釋放到細胞質(zhì)中，并形成神經(jīng)黑色素和活性ROS。神經(jīng)黑色素在鐵的協(xié)同下又產(chǎn)生ROS。在多巴胺能神經(jīng)元中，多巴胺的破壞在鐵存在時可自發(fā)發(fā)生，或在生成H2O2的反應(yīng)中由單胺氧化酶(MAO)催化。即使過氧化氫(H2O2)對細胞沒有傷害作用，在Fenton反應(yīng)中羥自由基的生成也能導(dǎo)致細胞毒性，而此時黑質(zhì)線粒體呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ功能減弱，谷胱甘肽等抗氧化物的水平降低，清除羥自由基和氧自由基受到抑制，從而發(fā)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致神經(jīng)元變性、脫失，甚至出現(xiàn)了細胞凋亡。

Merad等〔26〕用谷胱甘肽合成抑制劑治療NS20Y神經(jīng)細胞株，3 h后反應(yīng)活性氧達高峰，48 h以后出現(xiàn)了線粒體功能缺陷，5 d以后神經(jīng)細胞出現(xiàn)了凋亡。此實驗結(jié)果表明在細胞凋亡中，線粒體起著中心調(diào)控作用。線粒體在細胞能量代謝、細胞死亡調(diào)控、神經(jīng)遞質(zhì)合成、貯存鈣離子、氧化磷酸化、傳遞電子等過程中發(fā)揮重要作用。是細胞內(nèi)氧化應(yīng)激的源頭和細胞凋亡的場所。線粒體中含有許多促進凋亡因子，包括細胞色素C、和半胱氨基酸蛋白酶(caspase)等。在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，線粒體膜的極性破壞，通透性增加，線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔發(fā)生改變，并且釋放細胞色素C和凋亡誘導(dǎo)因子到細胞胞漿中，并與caspase-9的前體結(jié)合形成凋亡小體?；钚匝踝鳛榈诙攀雇ㄟ^capase和Bcl-2調(diào)控線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔。線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放時，由于其孔徑較大，不僅允許質(zhì)子在膜兩側(cè)達到平衡，也允許呼吸鏈作用的底物在細胞質(zhì)與基質(zhì)間達到平衡?？缒べ|(zhì)子梯度的崩潰使呼吸鏈的呼吸速率達到最大值，快速消耗氧導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生下降和線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的關(guān)閉。病理條件下氧自由基生成增加，過高的ROS持續(xù)積累導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的持續(xù)開放，可導(dǎo)致線粒體電子傳遞鏈與氧化磷酸化解偶聯(lián)、ATP合成下降、線粒體內(nèi)膜電位喪失、Ca2+外流、還原性谷胱甘肽減少、細胞內(nèi)活性氧增多、凋亡誘導(dǎo)因子和細胞色素C釋放，從而啟動細胞凋亡程序，激活細胞內(nèi)核酸內(nèi)切酶發(fā)生細胞凋亡。Swerdlow等〔27〕研究發(fā)現(xiàn)線粒體復(fù)合酶Ⅰ缺乏存在于PD患者多種組織中，這種缺陷可致自由基產(chǎn)生增加，過高的ROS持續(xù)積累導(dǎo)致線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的持續(xù)開放，從而增加細胞對MPP+誘導(dǎo)細胞凋亡敏感性。

4.2 細胞凋亡和caspase、Cyt-c caspase即天冬氨酸特異的半胱氨酸蛋白酶，該家族蛋白具有天冬氨酸特異酶和半胱氨酸蛋白酶切位點。它們瀑布式活化后降解其底物，引起細胞形態(tài)學(xué)上的改變使凋亡最終得以完成，在細胞凋亡過程中處于關(guān)鍵地位。正常狀態(tài)下，caspase以無活性的酶原形式存在。病理狀態(tài)下，凋亡誘導(dǎo)因子和細胞色素C激活caspase-9，活化的caspase-9再激活下游的caspase酶原-3、caspase酶原-6等效應(yīng)酶，并釋放細胞色素C，實現(xiàn)凋亡的全過程。線粒體結(jié)構(gòu)與功能的改變與細胞的死亡過程關(guān)系密切，可能是決定細胞向凋亡或壞死發(fā)展的一個調(diào)控事件。細胞色素C(Cyt-c)是細胞線粒體呼吸鏈電子傳遞鏈的一個組分，其功能異?？梢允辜毎蛲觥Ｗ罱l(fā)現(xiàn)，凋亡時細胞線粒體向胞漿釋放細胞色素C，并在caspase凋亡機制中起重要調(diào)控作用。這些發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了對細胞程序性死亡過程產(chǎn)生新的認識。微注射細胞色素C到某些細胞系可導(dǎo)致細胞凋亡，由此可推測細胞凋亡的關(guān)鍵步驟很可能就是細胞色素 C 的釋放〔28〕。

4.3 細胞凋亡和Bcl-2蛋白家族 Bcl-2、Bax基因及相關(guān)蛋白Bcl-2基因家族是細胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮重要作用的基因家族，其中Bcl-2、Bax是該家族中最具代表性的抑制和促進氣道上皮細胞凋亡的基因。Bcl-2基因又稱凋亡抑制基因主要分布于線粒體外膜的胞漿面。正常情況下，Bcl-2發(fā)揮蛋白降低線粒體膜通透性的作用。其機制:首先，抑制細胞內(nèi)鈣離子的重新分布，以阻斷某些因素的促凋亡過程;其次，作為一種抗氧化劑，調(diào)節(jié)細胞氧化還原狀態(tài)，阻斷氧化作用對細胞組分的破壞;再次，轉(zhuǎn)變成完整的膜蛋白，參與凋亡誘導(dǎo)因子和細胞色素C的釋放;最后，作用于膜通透性轉(zhuǎn)運孔的有關(guān)蛋白，阻止膜通透性轉(zhuǎn)運孔的開放及線粒體內(nèi)物質(zhì)的外流。但Bcl-2蛋白的量與線粒體三磷酸腺苷產(chǎn)量正相關(guān)。線粒體內(nèi)發(fā)生氧化應(yīng)激時，其三磷酸腺苷的產(chǎn)量明顯下降，導(dǎo)致Bcl-2蛋白量明顯降低，線粒體膜穩(wěn)定性下降。

Bcl-2蛋白家族能夠抑制細胞凋亡，與PD細胞凋亡密切相關(guān)。Bax蛋白家族促進細胞凋亡。Offen等〔29〕發(fā)現(xiàn)，表達人Bcl-2基因的轉(zhuǎn)基因鼠在應(yīng)用MPTP后，多巴胺在黑質(zhì)內(nèi)無變化，而多巴胺在正常組中黑質(zhì)內(nèi)減少32.0%，該研究表明Bcl-2可抑制PD細胞的凋亡。目前的研究結(jié)果表明，在MPP+誘導(dǎo)SH-SY5Y細胞凋亡過程中，Bcl-2蛋白逐漸下降，Bax蛋白表達逐漸上升，即細胞內(nèi)Bcl-2和Bax的比例與細胞凋亡呈平行關(guān)系，其結(jié)果顯示在MPP+誘導(dǎo)SHSY5Y細胞凋亡中Bcl-2和Bax蛋白的相對比值可能起重要作用。

總之，PD的發(fā)病過程和病理機制非常復(fù)雜，到目前為止還沒有一種學(xué)說能完全闡明其PD的發(fā)病機制。各種誘因共同作用啟動了蛋白的錯誤折疊和聚集、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、蛋白酶體功能障礙、蛋白降解功能障礙等，最終可導(dǎo)致PD細胞模型中路易小體的形成，黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的缺失、凋亡，從而導(dǎo)致了PD的發(fā)生。隨著人們對疾病研究的深入以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，希望盡快闡明帕金森的發(fā)病機制，為PD的治療開辟新的思路以及提供科學(xué)的指導(dǎo)。

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R742.5

A

1005-9202(2012)16-3597-05;

10.3969/j.issn.1005-9202.2012.16.131

1 吉林大學(xué)第一臨床醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 2 大慶油田總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

3 吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

陳加俊(1968-)，男，碩士生導(dǎo)師，教授，主要從事腦血管病和帕金森病等神經(jīng)變性疾病的研究。

田明秀(1971-)，女，博士，主治醫(yī)師，主要從事帕金森等神經(jīng)變性疾病蛋白質(zhì)組學(xué)和腦血管病研究。

〔2012-01-10收稿 2012-01-20修回〕

(編輯 徐 杰)