馬曉偉 李曉麗 張忠霞 王銘維 (河北醫(yī)科大學第一醫(yī)院神經內科，河北 石家莊 050030)

神經毒素 1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氫吡啶(MPTP)是目前唯一被公認的可以誘發(fā)人類及非人類靈長類動物及小鼠帕金森病(PD)癥狀的合成毒素〔1，2〕，誘導的動物模型在神經化學、行為學和組織病理學上的變化非常接近于臨床上PD病人。PD的發(fā)病與遺傳、環(huán)境因素、感染、衰老、氧化應激、細胞凋亡及神經生長因子缺乏等有關，是多種機制協(xié)同作用的結果〔3〕。近年來許多研究表明，黑質DA能神經元對氧化和炎癥的損傷作用非常敏感〔4〕，氧化應激反應增強在PD黑質神經元凋亡中起著主要作用?，F就MPTP引起的氧化應激和炎癥對DA能神經元神經毒性與PD做一綜述。

1 MPTP毒性作用途徑

MPTP為脂溶性，能透過血-腦脊液屏障進入腦內，主要集中分布在黑質區(qū)含有DA能神經元的黑色素中。MPTP本身并不具有神經毒性，但進入體內在腦內星形膠質細胞和5-羥色胺能神經元內的單胺氧化酶B的作用下轉變?yōu)橛卸拘缘臑?-甲基-4-苯基吡啶(MPP+)，MPP+作為DA能神經元的DA重吸收系統(tǒng)的基質，通過黑質紋狀體末梢優(yōu)先聚集，經非特異性能量依賴的親脂性正離子吸收機制成百倍聚集于線粒體內，特異性的作用于DA神經元線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ，從而阻止電子呼吸鏈傳遞，導致了能量代謝的紊亂、產生一系列氧化應激和炎癥損傷，并能損害DA轉運體(DAT)的功能。MPP+還可以阻滯三羧酸循環(huán)中的α-酮戊二酸脫氫酶(α-KGDH)活性，復合體Ⅰ和α-KGDH的雙重缺陷會嚴重影響線粒體呼吸鏈和ATP合成，從而產生更多的自由基〔5〕。此外，MPP+能引起局部谷氨酸鹽的增高，間接使線粒體功能受損，并且加速了DA氧化代謝，增加了過氧化物、OH自由基、一氧化氮(NO)等活性產物的產生引起DA神經元氧化損傷〔6〕。見圖1。

圖1 MPTP毒性作用途徑

2 氧化應激反應

2.1 活性氧(ROS)氧化應激是細胞氧化-抗氧化失衡而導致的應激損傷狀態(tài)。當ROS的生成增加而其清除減少，或者對氧化修飾的大分子修復減少時，氧化應激就會發(fā)生〔7〕。ROS主要是線粒體電子傳遞鏈中的副產物，此外，內質網和各種氧化酶類(如脂氧合酶系、蛋白酶C、環(huán)氧合酶系、NADPH氧化酶復合體、NADPH氧化酶的同源物NOX蛋白家族)也能產生部分ROS。ROS，特別是羥自由基能夠使脂質、蛋白質和核酸發(fā)生功能性改變。體內抗氧化系統(tǒng)包括抗氧化酶和非酶抗氧化劑?？寡趸割愔饕?超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽巰基轉移酶(GST)、抗壞血酸過氧化物酶等，非酶類有谷胱甘肽(GSH)、維生素A、維生素C、維生素E、α-硫辛酸、類胡蘿卜素、輔酶Q10、膽紅素以及鋅、硒等微量元素，另外，機體內的一部分游離氨基酸、多肽及蛋白質在維持較高濃度時可發(fā)揮低水平的抗氧化活性〔8〕。正常情況下生物體中ROS的產生量少，且其產生與清除處于動態(tài)的平衡狀態(tài)。

ROS對神經元的損傷主要表現在如下幾個方面:細胞膜發(fā)生脂質過氧化反應，膜磷脂被破壞降解;細胞膜對鈉、鈣及大分子物質通透性增加，神經元發(fā)生細胞毒性水腫;線粒體破壞，功能喪失〔9〕。正常大腦黑質特別容易受到氧化損害，其原因包括:①腦組織含高濃度的不飽和脂肪酸。②大腦接受了與其重量不成比例的氧耗。③自身保護機制相對薄弱，如與肝臟相比，大腦幾乎無CAT，而GSH、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)及維生素E等明顯減少。④DA神經元中的神經黑素對Fe3+的高親和力使黑質中聚集高濃度的Fe3+，并可隨時轉為活化的Fe2+〔10〕。PD發(fā)病過程中，氧化應激不僅與 ROS過度產生有關，也與機體清除ROS和抗氧化能力降低有關〔11〕。朱青等〔12〕實驗也發(fā)現PD猴模型的氧化終產物丙二醛水平隨病程進展逐漸升高，GSH水平在亞臨床期即有顯著下降，臨床早期下降最快，而GSH-Px活性在亞臨床期有所增高，表明在此時期抗氧化能力代償性增高以抵抗增強的脂質過氧化和自由基生成增多，隨著癥狀出現并逐漸加重，GSH-Px活性開始回落，SOD活性則隨癥狀加重逐漸增強，但幅度較平緩。

2.2 NO NO是機體內廣泛存在的一種小分子活性物質，是由NO合酶(NOS)催化生成的。包括3種不同亞型，誘導型NOS(iNOS)，神經型NOS(nNOS)和內皮型NOS(eNOS)。nNOS和eNOS是鈣離子及鈣調蛋白依賴性酶，對外界刺激反應迅速，可在短時間內生成大量NO。iNOS在腦內正常情況下不表達，是非鈣離子及鈣調蛋白依賴性，它的調節(jié)取決于重新合成。在病理條件下，尤其是伴隨膠質細胞增生，iNOS會被誘導產生，主要表達于巨噬細胞和小膠質細胞，會在數天或數小時內產生大量NO。NO不穩(wěn)定，易于與其他分子反應，導致蛋白質氧化、亞硝基化和硝基化，產生多種生物學效應。當NO產生過量，它就會由生理狀態(tài)下的神經調節(jié)因子轉變?yōu)樯窠浂拘砸蜃樱閷乐氐纳窠浂拘约凹毎拘宰饔枚斐山M織損傷〔13〕。目前認為自由基介導的氧化應激、線粒體功能障礙、谷氨酸興奮性毒性以及神經炎癥是DA神經元變性和死亡的重要機制。NO是參與這些機制的重要自由基和組成成分，并且能通過許多機制導致神經細胞的凋亡和死亡〔14〕。

有研究顯示，NO對DA能神經元的損傷作用可能是通過以下的方式實現的〔15〕:與細胞外超氧化物反應，生成毒性更強的過氧化亞硝酸鹽;置換血紅素上的鐵離子，使后者參與Fenton反應，生成毒性的氧自由基;硝化酪氨酸殘基，形成3-硝化酪氨酸，導致蛋白質功能障礙;激活前列腺環(huán)素合成酶，促進前列腺環(huán)素的合成;破壞線粒體呼吸鏈的功能，導致細胞膜電位降低和ATP的耗竭。在PD患者的黑質致密部的小膠質細胞表達高水平的iNOS，而對照組無表達，iNOS一旦被激活，可以長時間地產生NO和超氧自由基〔16〕。在MPTP動物模型中，發(fā)現有明顯的iNOS上調，缺乏iNOS基因的突變小鼠與野生型小鼠相比，前者能明顯對抗MPTP誘導的DA神經元變性，認為iNOS在MPTP的神經毒性過程中扮演重要角色，抑制iNOS可能起到神經保護作用〔17〕。Iravani等〔18〕的研究也發(fā)現 iNOS參與了炎癥反應誘導的DA神經變性過程。

3 炎癥反應

環(huán)加氧酶(COX)是前列腺素(PGs)生物合成的限速酶，催化花生四烯酸轉化為前列環(huán)素。COX有兩種同形異構體:COX-1和COX-2。實驗證明，COX-1主要參與維持細胞的穩(wěn)態(tài)，而COX-2則在炎癥過程中發(fā)揮重要作用。DA能神經元在靜息條件下，僅少量甚至不表達 COX-2。在 MPTP、脂多糖(LPS)等神經毒素的刺激下，COX-2蛋白和mRNA表達水平迅速上升。研究發(fā)現，在MPTP等神經毒素PD小鼠模型中，甚至在PD患者腦內也有COX-2的高表達〔19〕。而且，無論體外實驗還是體內試驗都顯示非甾體類抗炎藥(如吡羅昔康等COX-2抑制劑)能拮抗MPTP介導的對DA能神經元的毒性作用，減輕DA能神經元的損傷和死亡〔20〕。JNK抑制劑也能阻止COX-2的表達，從而保護DA能神經元免受MPTP的神經毒性作用，敲除COX-2基因可在很大程度上阻斷MPTP等神經毒素對DA能神經元的損傷〔21，22〕。流行病學研究證實，服用非甾體類抗炎藥能降低PD患病率〔23，24〕。這些結果都說明，COX-2及其介導的炎癥反應在PD疾病的發(fā)生發(fā)展過程中扮演了重要的角色，拮抗炎癥反應有可能為PD的防治開辟新的治療方向。

4 氧化應激與細胞凋亡

大量研究認為PD DA神經元死亡的方式為凋亡〔25〕。鄭文榮等〔26〕在體內實驗中證明DA可通過氧化應激途徑而導致DA能神經細胞凋亡。王濤等〔27〕在體外實驗中也表明細胞內抗氧化應激系統(tǒng)功能明顯減弱，胞內氧自由基含量不斷增多且處于脂質過氧化過程，進而誘導了紋狀體內的細胞凋亡;模型組促凋亡蛋白Bax的表達增強，而抗凋亡蛋白Bcl-2表達減少，提示Bax和Bcl-2各自表達的變化在調控細胞凋亡方面起著關鍵性的作用。Bax是各種神經細胞損傷的啟動子，Bax的增加早于細胞凋亡，通過與Bcl-2蛋白結合減弱Bcl-2的抑制凋亡作用，或通過促使細胞色素C激活Caspase家族來發(fā)揮作用〔28〕。

Caspase是氧化應激誘導的黑質DA能神經元凋亡的效應分子，其中，caspase-1，-3，-7和-8均被認為在細胞凋亡途徑中起重要作用〔29〕。在PD患者的黑質紋狀體區(qū)，caspase-1和-3的活性與對照組相比分別增加了 1.5 和 2倍〔30〕。Yamada等〔31〕的研究也表明，經MPTP處理的野生型小鼠24 h后在黑質紋狀體內觀察到了caspase-3的激活和凋亡現象，而敲除caspade-3可以阻止MPTP誘導的黑質DA能神經元凋亡，并且可以阻斷MPTP誘導的酪氨酸羥化酶表達抑制等改變。同時，神經毒素MPP+可以通過氧化應激導致凋亡途徑主要分子事件的激活，包括細胞色素C的釋放及caspase-3和-9的活化，進而激活氧化應激敏感的激酶PKCδ(protein kinase C delta)，從而導致黑質DA能神經元的變性和凋亡〔32〕，caspase-3，-7還可以通過 PKCδ通路調節(jié)小膠質細胞的激活而參與PD的發(fā)病〔29〕。此外，ROS對于有利于細胞凋亡的通路還具有顯著的放大效應〔33〕。

5 展望

許多研究證明MPTP所引起的生化和細胞內改變與PD相似，通過氧化應激和炎癥對DA能神經元產生神經毒性，導致了黑質DA能神經元的凋亡，而應用抗氧化劑和抗感染治療來阻止PD的疾病進程也成為人們研究的熱點。

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