劉靜 司景梅

(呂梁學(xué)院體育系，山西 呂梁 033000)

帕金森病(PD)是一種與年齡相關(guān)、起病隱匿且緩慢進(jìn)展的神經(jīng)退行性疾病,臨床表現(xiàn)為靜止性震顫、運(yùn)動啟動困難、肌肉僵直和姿勢步態(tài)平衡障礙,神經(jīng)病理上主要以黑質(zhì)致密部(SNpc)多巴胺(DA)能神經(jīng)元進(jìn)行性喪失,神經(jīng)膠質(zhì)增生,殘存的DA神經(jīng)元內(nèi)出現(xiàn)以ɑ-突觸核蛋白為主要成分的嗜酸性包涵體路易小體沉積為特征〔1，2〕。PD的病因目前尚不完全清楚，盡管多年來人們提出了多種可能的致病機(jī)制,包括在酶促DA降解過程中氧自由基的過度釋放、線粒體功能障礙、營養(yǎng)支持喪失、激酶活性異常、鈣穩(wěn)態(tài)紊亂、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡、谷氨酸興奮性毒作用、自噬缺陷和神經(jīng)炎癥等,但PD的發(fā)病機(jī)制在很大程度上仍是不確定的〔3〕。新的證據(jù)表明,持續(xù)性神經(jīng)炎癥反應(yīng)、T細(xì)胞浸潤和膠質(zhì)細(xì)胞活化是人類PD患者和PD動物模型的共同病理特征,在DA神經(jīng)元變性和紋狀體中等多棘神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu)重塑及與PD相關(guān)的行為/運(yùn)動功能障礙中起重要作用〔4，5〕。運(yùn)動是預(yù)防神經(jīng)炎癥相關(guān)疾病的一種有效干預(yù)措施〔6〕。Real等〔7〕和Svensson等〔8〕研究表明,運(yùn)動干預(yù)可使PD模型動物黑質(zhì)-紋狀體腦區(qū)促炎性細(xì)胞因子及激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的水平顯著降低,并改善與PD相關(guān)的行為/運(yùn)動功能障礙癥狀。本文就神經(jīng)炎癥在PD進(jìn)展中的作用及運(yùn)動介導(dǎo)的抗炎因子激活在PD運(yùn)動防治中的作用進(jìn)行綜述。

1 小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的PD神經(jīng)炎癥

小膠質(zhì)細(xì)胞是參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)炎癥反應(yīng)的主要細(xì)胞類型之一〔9〕。有關(guān)神經(jīng)炎癥參與PD發(fā)病機(jī)制的證據(jù)最早發(fā)表在1988年,McGeer等〔10〕對PD患者死后腦組織進(jìn)行尸檢發(fā)現(xiàn)SNpc中存在反應(yīng)性小膠質(zhì)細(xì)胞。正電子發(fā)射斷層掃描(PET)研究也表明,在PD腦的不同區(qū)域有明顯的小膠質(zhì)細(xì)胞活化〔11〕。此外,在不同類型PD動物模型的SNpc和紋狀體中,發(fā)現(xiàn)明顯的小膠質(zhì)細(xì)胞異?；罨?2,13〕。進(jìn)一步生化分析顯示,PD患者中腦內(nèi)腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-1β和干擾素(IFN)-γ等促炎介質(zhì)水平較高。這些證據(jù)有力地提示免疫成分參與PD的發(fā)病。

生理?xiàng)l件下,神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生多種免疫調(diào)節(jié)因子如C-X3-C趨化因子配體(CX3CL)1、分化簇(CD)200、CD22、CD47、CD95和神經(jīng)細(xì)胞黏附分子(NCAM)來維持小膠質(zhì)細(xì)胞的靜息狀態(tài)〔14〕，并且,這些免疫調(diào)節(jié)因子的受體幾乎完全由中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá),表明神經(jīng)元-小膠質(zhì)細(xì)胞相互作用在調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥中的關(guān)鍵作用。如CX3CL1-CX3CR1信號負(fù)調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,并保護(hù)DA神經(jīng)元免受神經(jīng)毒素誘導(dǎo)的變性〔15〕。體內(nèi)CX3CL1或CX3CR1的缺乏會導(dǎo)致全身性脂多糖(LPS)處理誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性增加,并在PD動物模型的SNpc中增加DA神經(jīng)元的細(xì)胞死亡〔16〕。同樣,CD200-CD200R信號功能障礙也會增加小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,并加劇PD模型大鼠SNpc DA能神經(jīng)元的變性〔17〕。

PD腦中小膠質(zhì)細(xì)胞的長期過度激活顯著上調(diào)包括TNF-α,IL-1β,IL-6和IFN-γ等一大批促炎性細(xì)胞因子的表達(dá),加速SNpc DA神經(jīng)元變性〔18〕。隨著疾病的發(fā)展,α-突觸核蛋白、三磷酸腺苷(ATP)和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-3等分子從變性的DA神經(jīng)元中釋放出來,將進(jìn)一步增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,放大腦內(nèi)的神經(jīng)炎性反應(yīng),導(dǎo)致神經(jīng)退變過程的惡化,形成神經(jīng)退變的惡性循環(huán)?；罨男∧z質(zhì)細(xì)胞聚集在PD腦許多區(qū)域α-突觸核蛋白陽性聚集物周圍,從而被過量產(chǎn)生的、突變的或錯誤折疊的α-突觸核蛋白激活,導(dǎo)致促炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生和釋放增加〔19，20〕。因此,過多或錯誤折疊的α-突觸核蛋白誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性可能部分由小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)引起。

ATP,一種嘌呤能神經(jīng)遞質(zhì),也能夠穩(wěn)定地調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的各種功能〔21〕。小膠質(zhì)細(xì)胞向受損和炎性區(qū)域的遷移受受損神經(jīng)元和鄰近星形膠質(zhì)細(xì)胞釋放的ATP的控制〔22〕。此外,ATP與嘌呤受體亞型2Y(P2Y)受體結(jié)合,P2Y受體主要由腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá),并誘導(dǎo)高水平的IL-1β,TNF-α和一氧化氮(NO)的產(chǎn)生〔23〕。神經(jīng)元退變產(chǎn)生的另一種蛋白是MMP-3,它在調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活狀態(tài)中也發(fā)揮重要作用。MMP-3在小膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元共培養(yǎng)物中的過表達(dá)誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞的顯著活化并增加氧化應(yīng)激反應(yīng)。相反,注射N-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)的MMP-3-/-小鼠顯示出黑質(zhì)紋狀體DA神經(jīng)元變性,小膠質(zhì)細(xì)胞活化和超氧化物生成減弱〔24〕。這些結(jié)果均表明,小膠質(zhì)細(xì)胞是PD發(fā)病機(jī)制中神經(jīng)炎癥的主要參與者(圖1)，PD病理狀態(tài)下蛋白質(zhì)聚集、基因突變、環(huán)境因素和細(xì)胞因子浸潤等條件下小膠質(zhì)細(xì)胞活化。小膠質(zhì)細(xì)胞激及由小膠質(zhì)細(xì)胞活化而激活的星形膠質(zhì)細(xì)胞導(dǎo)致促炎因子NO和超氧自由基增加，導(dǎo)致神經(jīng)病變性。退傷性多巴胺神經(jīng)元釋放的ATP、α-synaptophsin活性氧簇、NO、細(xì)胞碎片等可進(jìn)一步激活膠質(zhì)細(xì)胞活化和炎癥反應(yīng)。

圖1 炎癥機(jī)制參與PD的發(fā)病機(jī)制

2 星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的PD神經(jīng)炎癥

大量研究表明,星形膠質(zhì)細(xì)胞在PD的神經(jīng)炎癥過程中也起著重要作用。與小膠質(zhì)細(xì)胞一樣,星形膠質(zhì)細(xì)胞在體外和體內(nèi)都通過產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子來響應(yīng)炎癥刺激,如LPS、IL-1β和TNF-α〔25〕。以膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)表達(dá)水平升高、胞體肥大和突起增粗為特征的反應(yīng)性星形膠質(zhì)增生在多種PD動物模型中均有報道。重要的是,PD患者的受累腦區(qū)也存在星形膠質(zhì)細(xì)胞增生,這表明星形膠質(zhì)細(xì)胞可能參與了PD的免疫過程〔26〕。研究發(fā)現(xiàn),星形膠質(zhì)細(xì)胞在刺激后的反應(yīng)相對慢于小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。小膠質(zhì)細(xì)胞可能在LPS和α-突觸核蛋白聚集等免疫刺激后啟動炎癥反應(yīng)。隨后,星形膠質(zhì)細(xì)胞被從活化的小膠質(zhì)細(xì)胞釋放的各種促炎分子激活,并被星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)一步放大。小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的協(xié)同活化引起的不受控制的神經(jīng)炎癥最終導(dǎo)致神經(jīng)退行性變過程中SNpc DA神經(jīng)元的死亡增加〔27〕。體外原代培養(yǎng)星形膠質(zhì)細(xì)胞經(jīng)α-突觸核蛋白處理后,TNF-α和IL-6表達(dá)水平顯著升高〔28〕。突變型α-突觸核蛋白在星形膠質(zhì)細(xì)胞中的特異性過表達(dá)導(dǎo)致小鼠廣泛的星形膠質(zhì)細(xì)胞增生、小膠質(zhì)細(xì)胞活化和DA神經(jīng)元和運(yùn)動神經(jīng)元的變性〔29〕。

3 PD相關(guān)基因與神經(jīng)炎癥

越來越多證據(jù)表明,一些PD相關(guān)基因參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的免疫應(yīng)答調(diào)控，其中一種就是α-突觸核蛋白基因,其錯義突變會導(dǎo)致家族性PD〔30〕。神經(jīng)元胞質(zhì)和神經(jīng)突中ɑ-突觸核蛋白的異常聚集是PD的病理特征之一〔31〕。野生型或致病性的α-突觸核蛋白在體外誘導(dǎo)明顯的小膠質(zhì)細(xì)胞活化〔32〕。此外,α-突觸核蛋白的低聚物可通過激活Toll樣受體(TLR)2介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)引發(fā)小膠質(zhì)細(xì)胞激活〔33〕。在α-突觸核蛋白轉(zhuǎn)基因小鼠中,腦干和SNpc中的小膠質(zhì)細(xì)胞顯著激活,TLR顯著上調(diào)〔34〕。

近年來,富亮氨酸重復(fù)序列激酶LRRK2基因的常見變異已被確認(rèn)為家族性和散發(fā)性PD的危險因素〔35〕。如LPS之類的炎性刺激可以極大地增強(qiáng)原代培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞中LRRK2的表達(dá)水平〔36〕,而敲除LRRK2則可降低LPS誘導(dǎo)的TNF-α和誘導(dǎo)型NO合酶(iNOS)的產(chǎn)生,并降低小膠質(zhì)細(xì)胞中核因子(NF)-κB轉(zhuǎn)錄活性的激活〔37〕。此外,從LPS激發(fā)的過表達(dá)LRRK2 突變體R1441G的轉(zhuǎn)基因小鼠中分離出的小膠質(zhì)細(xì)胞中,促炎細(xì)胞因子的表達(dá)水平高于LPS處理的WT小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞〔38〕。這些結(jié)果提示,LRRK2可調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞的激活,從而可能通過神經(jīng)炎癥途徑參與PD的進(jìn)展。值得注意的是,LRRK2已被證明在外周炎癥中發(fā)揮關(guān)鍵作用。LRRK2在外周血單核細(xì)胞和免疫系統(tǒng)巨噬細(xì)胞中相對豐富，LRRK2的表達(dá)水平在急性單核白血病細(xì)胞系(THP)-1單核巨噬細(xì)胞分化過程中顯著升高〔39〕。LRRK2缺失導(dǎo)致小鼠對實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎的易感性增強(qiáng),提示LRRK2在外周炎癥中的重要作用及其與PD的潛在關(guān)聯(lián)〔40〕。

Parkin是另一個與PD相關(guān)的基因,編碼E3-泛素連接酶。 Parkin突變是PD隱性遺傳的最常見原因〔41〕。與同窩對照相比,系統(tǒng)LPS處理可在Parkin基因敲除小鼠的SNpc中引起更明顯的DA神經(jīng)元變性〔42〕。Parkin基因敲除的老年小鼠紋狀體星形膠質(zhì)增生增高,中腦小膠質(zhì)細(xì)胞活化異常〔43〕。將Parkin基因敲除小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞與野生型神經(jīng)元共培養(yǎng),會增加神經(jīng)元對魚藤酮毒性的脆弱性〔44〕,這表明無Parkin的小膠質(zhì)細(xì)胞會產(chǎn)生并釋放對神經(jīng)元細(xì)胞有害的可溶性因子。事實(shí)上,這些小膠質(zhì)細(xì)胞在LPS刺激后表達(dá)更高水平的促炎細(xì)胞因子,如TNF-α,IL-6 和iNOS〔45〕,這暗示Parkin在PD相關(guān)炎癥的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

磷酸酶和張力蛋白誘導(dǎo)的假定激酶(PINK)1基因的錯義突變會導(dǎo)致早發(fā)性,隱性遺傳形式的PD〔46〕。在病理?xiàng)l件下,PINK1直接磷酸化Parkin以增強(qiáng)其活性并引起線粒體損傷〔47〕。PINK1也參與炎癥性細(xì)胞因子的產(chǎn)生。在基礎(chǔ)條件下和系統(tǒng)LPS處理后,PINK1基因缺失的小鼠產(chǎn)生更高水平的促炎細(xì)胞因子,包括IL-1β,IL-12和TNF-α。PINK1可能通過與IL-1受體相關(guān)激酶(IRAK)1和Toll樣蛋白相互作用蛋白(Tollip)相互作用來調(diào)節(jié)IL-1β介導(dǎo)的NF-κB活性〔48〕。

研究表明,PD相關(guān)基因之一PD蛋白7(DJ-1)主要在人腦的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá),PD患者反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞中DJ-1的表達(dá)水平明顯上調(diào)〔49〕。DJ-1基因敲除小鼠的星形膠質(zhì)細(xì)胞在LPS處理后產(chǎn)生更高水平的環(huán)氧合酶(COX)2和IL-6。DJ-1缺失的星形膠質(zhì)細(xì)胞在LPS處理后出現(xiàn)嚴(yán)重的凋亡,這表明DJ-1的缺失可能通過星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)參與PD發(fā)病〔50〕。同樣,DJ-1敲出的小膠質(zhì)細(xì)胞也表現(xiàn)出對LPS的高反應(yīng)性〔51〕。綜上所述,PD相關(guān)基因的突變、下調(diào)或過表達(dá)很可能會影響LPS處理后神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。

4 外周免疫細(xì)胞介導(dǎo)的PD神經(jīng)炎癥

在生理?xiàng)l件下,外周免疫細(xì)胞如T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中幾乎檢測不到。在感染或組織損傷后,血液單核細(xì)胞和組織巨噬細(xì)胞迅速被激活并分泌一系列炎性細(xì)胞因子,如IL-1β,TNF-α和IL-6及趨化因子。這些細(xì)胞因子和趨化因子可進(jìn)入大腦并刺激小膠質(zhì)細(xì)胞引發(fā)神經(jīng)炎癥反應(yīng)〔52〕，由于存在BBB,中樞神經(jīng)系統(tǒng)被認(rèn)為具有免疫豁免權(quán)。眾所周知,神經(jīng)血管單位是由內(nèi)皮細(xì)胞與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的周圍成分(包括周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和基底膜)緊密連接而成的。BBB限制病原體和外周免疫細(xì)胞進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)。BBB破壞導(dǎo)致外周免疫細(xì)胞向中樞神經(jīng)系統(tǒng)的浸潤增加,這已被確定為包括PD在內(nèi)神經(jīng)退行性疾病的主要促成因素之一〔53〕。PD腦SNpc中內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生了巨大變化,表明BBB在PD的病理過程中可能存在功能障礙〔54〕。一些研究表明,通過在小鼠體內(nèi)注射血管內(nèi)皮生長因子(VEGF),血腦屏障破壞和DA神經(jīng)元丟失之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性,VEGF是血腦屏障損傷的一種有效誘導(dǎo)因子〔55〕。此外,在PD患者和MPTP誘導(dǎo)的小鼠PD模型中,VEGF表達(dá)水平都急劇增加〔56〕。在腺相關(guān)病毒(AAV)介導(dǎo)的過表達(dá)α-突觸核蛋白的小鼠的SNpc中,激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和浸潤的B和T淋巴細(xì)胞的數(shù)量顯著增加。此外,在MPTP處理的小鼠中,硝基化的α-突觸核蛋白可以通過BBB進(jìn)入頸部淋巴結(jié),引起T淋巴細(xì)胞的激活,并增加Ⅱ類主要組織相容性復(fù)合體的表達(dá)，將硝基化的α-突觸核蛋白免疫小鼠的T細(xì)胞移植到腦內(nèi),明顯加劇了神經(jīng)炎性反應(yīng)和DA神經(jīng)元的變性。相反,缺乏T和B淋巴細(xì)胞的小鼠對MPTP毒素引起的神經(jīng)毒性更具抵抗力。此外,MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性在CD4-/-小鼠的SNpc中顯著減弱。潰瘍性結(jié)腸炎引起的外周炎癥增加了脂多糖誘導(dǎo)的DA神經(jīng)元變性、小膠質(zhì)細(xì)胞激活、促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和BBB的通透性〔57〕。這些數(shù)據(jù)表明,外周免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥與PD進(jìn)展密切相關(guān)。

5 運(yùn)動與PD神經(jīng)炎癥

為了應(yīng)對與運(yùn)動有關(guān)的刺激和輕度損傷,機(jī)體通過產(chǎn)生與抗炎癥有關(guān)的因子來激活內(nèi)源性保護(hù)和恢復(fù)系統(tǒng),對中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)、外細(xì)胞因子水平產(chǎn)生顯著影響,從而在維持和改善腦健康中起著重要作用。Real等〔58〕研究表明,跑臺運(yùn)動干預(yù) (4 w,3 d/w,40 min/d,10 m/min)可使6-羥基多巴胺(OHDA)誘導(dǎo)的PD模型大鼠黑質(zhì)、紋狀體CD-11c/b和GFAP表達(dá)水平顯著降低,并使運(yùn)動功能障礙顯著改善(阿撲嗎啡誘導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)顯著減少)。Koo等〔59〕研究表明,跑臺運(yùn)動干預(yù) (8 w,5 d/w,60 min/d,10 m/min)可顯著降低MPTP誘導(dǎo)的PD模型小鼠神經(jīng)炎癥,并使運(yùn)動功能障礙顯著改善。具體表現(xiàn)為反應(yīng)小膠質(zhì)細(xì)胞激活程度的標(biāo)記物(Iba)-1及促炎細(xì)胞因子NF-κB、TNF-α和IL-1β的表達(dá)水平顯著降低,從轉(zhuǎn)棒上掉落的延遲時間顯著增加。Jang等〔60〕研究表明,8 w跑臺訓(xùn)練可使MPTP模型小鼠DA能神經(jīng)元丟失顯著減少,促炎性細(xì)胞因子TNF-α和IL-1β表達(dá)水平顯著降低；Wu等〔61〕研究表明,4 w跑臺訓(xùn)練完全阻止脂多糖(炎癥反應(yīng))誘導(dǎo)的黑質(zhì)DA能神經(jīng)元丟失及運(yùn)動功能障礙,促炎性細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1β和IL-6表達(dá)水平顯著降低,黑質(zhì)、紋狀體腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)及受體酪氨酸激酶(TrK)B表達(dá)水平可顯著增高。Sung 等〔62〕對MPTP誘導(dǎo)的PD模型小鼠進(jìn)行研究表明,跑臺運(yùn)動干預(yù)(4 w,5 d/w,30 min/d,12 m/min)可顯著抑制模型小鼠黑質(zhì)紋狀體區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活(CD11b表達(dá)水平顯著降低,CD200和CD200R表達(dá)水平顯著升高),降低腦部炎癥iNOS、磷酸化的有絲分裂原活化蛋白激酶(p-MAPKs)、磷酸化的細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(p-ERK)和磷酸化的應(yīng)激活化蛋白激酶(p-JNK)表達(dá)水平顯著降低，減輕DA神經(jīng)元丟失,改善PD相關(guān)行為功能障礙(平衡和協(xié)調(diào)運(yùn)動能力顯著提高)。Zoladz 等〔63〕研究表明，8 w中等強(qiáng)度運(yùn)動顯著提高PD患者血清腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子水平，降低血清血管細(xì)胞黏附分子和血清TNF-α。這些研究結(jié)果均表明，在PD相關(guān)神經(jīng)退行性變和運(yùn)動功能障礙中運(yùn)動可能通過促進(jìn)抗炎分子的表達(dá)并降低促炎細(xì)胞因子的水平到保護(hù)和改善作用。

綜上，神經(jīng)炎癥參與PD的發(fā)生與進(jìn)展，PD神經(jīng)炎癥反應(yīng)既涉及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化又涉及外周免疫細(xì)胞浸潤。神經(jīng)炎癥在PD中的確切作用機(jī)制需要進(jìn)一步闡釋。運(yùn)動作為一種非藥理學(xué)方法,可能通過增加抗炎分子并降低促炎分子的表達(dá)水平,在PD相關(guān)神經(jīng)退行性變和運(yùn)動功能障礙中起到保護(hù)和改善的作用,是防治PD相關(guān)疾病的有效干預(yù)措施。