岑燕梅 綜述 徐葉子，曹睿，畢偉 審校

暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東 廣州 510632

帕金森病(Parkinson's disease，PD)是僅次于阿爾茨海默病的常見(jiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要以運(yùn)動(dòng)遲緩、靜止性震顫、肌強(qiáng)直和姿勢(shì)步態(tài)異常等運(yùn)動(dòng)癥狀為主，并常伴感覺(jué)障礙、自主神經(jīng)功能紊亂以及精神認(rèn)知障礙等非運(yùn)動(dòng)癥狀，其進(jìn)行性加重的癥狀及中晚期運(yùn)動(dòng)并發(fā)癥(包括癥狀波動(dòng)、異動(dòng)癥和凍結(jié)步態(tài)等)嚴(yán)重影響了老年人的運(yùn)動(dòng)能力和生活質(zhì)量，最終預(yù)后較差。然而目前對(duì)PD的治療主要為多巴胺缺乏癥的替代治療，而應(yīng)用最為廣泛的抗帕金森藥物控制效果欠佳，更全面的管理方法需求尚未得到滿(mǎn)足。近年的研究表明，硒及硒蛋白具有強(qiáng)大的抗氧化作用，參與了PD的發(fā)生及發(fā)展，因此研究硒及硒蛋白在PD發(fā)生發(fā)展的作用具有重要意義。

1 神經(jīng)系統(tǒng)中的硒及硒蛋白

硒(selenium，Se)是人類(lèi)健康必需的微量元素，主要以硒蛋白的形式發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，硒蛋白參與了調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化應(yīng)激、免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)等生物過(guò)程[1-2]。硒在人體內(nèi)主要以硒代半胱氨酸(selenocysteine，Sec)和硒代蛋氨酸(selenomethionine，Se-Met)兩種形式與蛋白質(zhì)結(jié)合，通常把硒以Sec 形式參與形成的蛋白質(zhì)稱(chēng)為硒蛋白(selenoprotein)，而以其他方式結(jié)合硒的蛋白質(zhì)稱(chēng)為含硒蛋白(Se-containing protein)，迄今為止，已發(fā)現(xiàn)包括谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)、硫氧還蛋白還原酶(thioredoxin reductase，TrxR)、硒蛋白R(shí)、硒蛋白P、硒蛋白K、硒蛋白T等25種硒蛋白[3-6]。硒蛋白常位于酶的活性位點(diǎn)，可對(duì)酶的活性起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[2，7]。

大腦的高代謝活動(dòng)過(guò)程中易產(chǎn)生過(guò)多的活性氧(ROS)及自由基，從而誘導(dǎo)細(xì)胞的氧化應(yīng)激，導(dǎo)致線粒體功能障礙、鈣超載、細(xì)胞膜受損等病理生理過(guò)程，這需要大腦能有效清除ROS 以維持正常的神經(jīng)元功能，而硒蛋白是一種強(qiáng)抗氧化劑，可高效地將過(guò)氧化物還原為水或醇，從而達(dá)到快速清除過(guò)氧化物的作用[3，8-9]。硒在神經(jīng)系統(tǒng)中的濃度相對(duì)于其他器官(如腎臟、肝臟等)較低，但在硒缺乏時(shí)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)可因載脂蛋白E 受體2 (apoER2)在血腦屏障中的高表達(dá)而被優(yōu)先攝取及保留，從而保持硒水平在大腦中的相對(duì)穩(wěn)定[1，7，10]。另外，硒蛋白在大腦區(qū)域之間并非均勻分布，其中以灰質(zhì)的濃度最高，尤其是殼核、黑質(zhì)、頂葉下小葉和枕葉皮質(zhì)，大多數(shù)硒蛋白都可在大腦中表達(dá)[1，9，11]。以上表明硒及硒蛋白在維持大腦正常功能發(fā)揮重要作用。

然而目前硒的安全范圍仍有爭(zhēng)議，其毒性取決于化學(xué)形式、給藥方法、暴露時(shí)間、生理狀態(tài)以及與其他金屬的相互作用等，各個(gè)國(guó)家及地區(qū)的平均血漿硒濃度差異也較大，可能反映了不同的測(cè)定方法以及可能源于土壤中硒含量的生物利用度差異[2，12-13]。當(dāng)硒長(zhǎng)期缺乏時(shí)，不僅降低免疫力、損害神經(jīng)系統(tǒng)功能，還可能增加心肌梗死的風(fēng)險(xiǎn)，此外，克山病、大骨節(jié)病、阿爾茨海默病等疾病也與硒長(zhǎng)期缺乏相關(guān)，而硒中毒時(shí)則表現(xiàn)為脫發(fā)、指甲變脆、皮疹、胃腸道紊亂等癥狀，并可能增加癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致急性肝衰竭等[2，7，12-13]。

2 硒蛋白參與PD的發(fā)病機(jī)制

帕金森病(PD)又稱(chēng)震顫麻痹，主要的病理表現(xiàn)為α-突觸核蛋白的異常堆積、路易小體的形成和黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的喪失，其發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但氧化應(yīng)激在PD 的發(fā)病機(jī)制中占據(jù)核心地位，而硒蛋白具有較強(qiáng)的抗氧化和抗炎作用，可上調(diào)抗氧化狀態(tài)和減少多巴胺神經(jīng)元的喪失[7，11，14]。在PD患者中血液或血清中的硒水平目前尚存爭(zhēng)議。有研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者血液中的硒含量高于對(duì)照組以應(yīng)對(duì)PD患者的高氧化應(yīng)激狀態(tài)[15-16]，也有研究表明PD患者的血硒水平低于正常人，而硒缺乏是導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元丟失的間接原因，并可能加速了帕金森病的發(fā)病[17]。在Gellein 等[18]和Zhang等[19]的前瞻性病例對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)PD 病例和對(duì)照組血清硒水平并無(wú)顯著性差異，未接受左旋多巴治療的PD患者的腦脊液硒水平顯著高于已接受多巴胺能藥物治療的患者，表明硒可能參與PD患者應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激的過(guò)程。有研究表明，硒蛋白可通過(guò)多種途徑發(fā)揮抗氧化等作用參與PD 的發(fā)病機(jī)制，了解硒蛋白在PD的發(fā)病機(jī)制中的作用，可為利用硒作為潛在藥物治療PD開(kāi)辟新的可能性[19-22]。

2.1 谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx) GPx是抗氧化系統(tǒng)中最重要的成分之一，在腦中主要以GPx1 和GPx4的形式存在。GPx1是已鑒定的最豐富的GPx亞型，是一種細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶，在神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中以可溶態(tài)存在[5，11]。GPx-1可通過(guò)直接消除過(guò)氧化物和氧化型谷胱甘肽(GSH)以調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化狀態(tài)，還可以減少脂類(lèi)過(guò)氧化物和其他從膜脂中釋放還原磷脂-單?；视偷目扇苄赃^(guò)氧化物[23]。研究表明，異常α-突觸核蛋白可產(chǎn)生過(guò)氧化氫，并將GPx1 引導(dǎo)至氧化應(yīng)激區(qū)域，GPx1 參與了路易小體的降解，誘導(dǎo)M2型(即抗炎型)小膠質(zhì)細(xì)胞活化，發(fā)揮抗炎、抗氧化的作用[24]。GPx4在神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)、線粒體及細(xì)胞核中表達(dá)，是唯一一種以膜磷脂過(guò)氧化氫為底物抑制生物膜的脂質(zhì)過(guò)氧化的GPx[11，25]。GPx4 定位于腦線粒體內(nèi)膜可防止膜磷脂的氧化，可穩(wěn)定電子傳遞鏈的復(fù)合物、維持線粒體功能、保持線粒體酶活性[14，26]。多巴胺可自發(fā)氧化形成缺電子的多巴胺醌(DAQ)，DAQ作為多巴胺的一種反應(yīng)性代謝物可導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元死亡，GPx4 的硒醇基團(tuán)易與DAQ 形成共價(jià)鍵，從而參與DAQ的降解，減少DAQ對(duì)多巴胺能神經(jīng)元的損害[14]。

2.2 硫氧還蛋白還原酶(TrxR) 硫氧還蛋白系統(tǒng)(TS)是抗氧化應(yīng)激的重要細(xì)胞系統(tǒng)，由硫氧還蛋白(Trx)、硫氧還蛋白還原酶(TrxR)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)組成[27]。TrxR是一種同型二聚體，每個(gè)亞基由一個(gè)黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和一個(gè)Sec 活性位點(diǎn)組成，可使用NADPH 催化Trx 的活性位點(diǎn)處二硫鍵的還原[28]。TrxR主要有三種不同亞型，分別為細(xì)胞溶質(zhì)TrxR(TrxR1)、線粒體TrxR(TrxR2)和硫氧還蛋白-谷氧還蛋白還原酶(TGR o TrxR3)。TrxR1和TrxR2 在所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞和組織中都有表達(dá)，而TrxR3 在睪丸中表達(dá)[28-29]。TrxR可以作為清除脂質(zhì)過(guò)氧化物的補(bǔ)充途徑，還可以將抗壞血酸自由基直接還原成抗壞血酸[28]。TrxR1 的過(guò)表達(dá)可降低PD 細(xì)胞模型中的ROS，降低DNA損傷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體自噬,另外，TrxR1 可通過(guò)干擾p53 通路、細(xì)胞衰老及抑制Caspase-3 的表達(dá)等途徑，增加紋狀體突觸重塑、減少TH 細(xì)胞凋亡[30-31]。TrxR2 還可以增加多巴胺能神經(jīng)元對(duì)氧化應(yīng)激的敏感性，通過(guò)穩(wěn)定線粒體膜電位維持線粒體功能，在TrxR2 缺陷的細(xì)胞中，細(xì)胞線粒體基礎(chǔ)耗氧率降低，從而導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元線粒體功能障礙[32-33]。

2.3 硒蛋白P(SelP) SelP 是一種主要由肝臟產(chǎn)生的高度糖基化的血漿蛋白，因其含10~12 個(gè)Sec 位點(diǎn)，且SelP 的含硒量占總硒的50%~60%，因此被認(rèn)為是硒的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和代謝的中心。SelP可獨(dú)立于血漿中的硒來(lái)維持在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的含量，可以為黑質(zhì)、殼核和其他大腦區(qū)域提供硒，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)中硒的穩(wěn)定具有重要作用[3，13，34-35]。SelP在黑質(zhì)(SN)神經(jīng)元中含量豐富，并與路易體共定位，在PD 受試者的中，通過(guò)SelP 的上調(diào)或者表達(dá)SelP 的細(xì)胞增多使其濃度相對(duì)增加，另外，SelP存在于殼核的細(xì)胞體、多巴胺能軸突和末端中，表明SelP 在SN神經(jīng)元和黑質(zhì)-紋狀體多巴胺能傳遞通路中起作用，SelP 還參與了ApoER2 受體調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路[11，36-37]。

2.4 硒蛋白K (SelK) SelK 是一種定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體膜的11-kD硒蛋白，SelK可通過(guò)結(jié)合多種蛋白復(fù)合物參與調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)穩(wěn)態(tài)，可以消除ER中折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)，還可以促進(jìn)Ca2+有效流入[36，38]。小膠質(zhì)細(xì)胞的遷移和吞噬作用有利于清除PD中的α-突觸核蛋白，研究表明，SelK 可以通過(guò)上調(diào)IP3R 的mRNA轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)增加小膠質(zhì)細(xì)胞的游離Ca2+水平，增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的吞噬和遷移能力[6，39]。

2.5 硒蛋白T(SelT) SelT 是一種錨定在ER 膜上的硫氧還蛋白樣酶，其一級(jí)結(jié)構(gòu)在進(jìn)化過(guò)程中高度保守，在胚胎組織中含量豐富，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的表達(dá)很低甚至無(wú)法測(cè)出，但條件性基因敲除會(huì)引發(fā)小鼠大腦的解剖學(xué)改變，說(shuō)明SelT在維持神經(jīng)系統(tǒng)功能起重要作用[40]。SelT可調(diào)控ER中的蛋白質(zhì)加工，使細(xì)胞有效應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激并維持ER 穩(wěn)態(tài)，通過(guò)氧化還原機(jī)制直接或間接參與胞內(nèi)Ca2+通道硫醇基團(tuán)的糖基化，參與細(xì)胞黏附和氧化還原穩(wěn)態(tài)的控制[41-42]。SelT可通過(guò)Sec的硫氧還蛋白樣催化結(jié)構(gòu)域保護(hù)SH-SY5Y細(xì)胞和酪氨酸羥化酶(TH)以免受過(guò)量ROS 水平的影響，在敲除SelT 基因的小鼠中，多巴胺能神經(jīng)元會(huì)失去對(duì)亞硝化或氧化應(yīng)激的抵抗力，導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的嚴(yán)重丟失[43]。

2.6 硒蛋白R(shí)(SelR) 甲硫氨酸亞砜還原酶(Msr)是重要的抗氧化系統(tǒng)，其中MsrB1 是Msr 家族中唯一利用Sec 活性位點(diǎn)的酶，也稱(chēng)為硒蛋白R(shí) (SelR)[8，44]。SelR主要分布在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，甲硫氨酸是其他含硫氨基酸及化合物的前體，甲硫氨酸對(duì)氧化應(yīng)激高度敏感，SelR 可還原甲硫氨酸-R-亞砜[Met-R-(O)]中不對(duì)稱(chēng)的硫原子而發(fā)揮較強(qiáng)的抗氧化作用[45-47]。敲除MsrB1 基因的小鼠可表達(dá)出對(duì)氧化應(yīng)激的敏感性減弱，目前尚無(wú)SelR 參與PD 的發(fā)病機(jī)制的研究。已有的研究表明，MsrB1 與MsrA 具有相似的催化作用，MsrA 可有效地減少了重組α-突觸核蛋白中的氧化蛋氨酸殘基，保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元免受α-突觸核蛋白的聚集和毒性作用[44，48-49]。

2.7 其他硒蛋白 其他硒蛋白包括硒蛋白W(SelW)、硒蛋白S(SelS)、硒蛋白H(SelH)、等。SelW在哺乳動(dòng)物的肌肉、脾臟、大腦和心臟中含量最高，包含一個(gè)硒代半胱氨酸殘基和一個(gè)谷胱甘肽結(jié)合半胱氨酸殘基[50-51]。SelW 的功能目前尚有爭(zhēng)議，有研究表明SelW可作為谷胱甘肽依賴(lài)性抗氧化劑，保護(hù)細(xì)胞免受過(guò)氧化物介導(dǎo)的損傷，然而也有SelW的體外耗竭實(shí)驗(yàn)表明其主要功能是在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮作用[52-54]。SelS是一種單通道跨膜蛋白，具有ER區(qū)、一個(gè)跨膜區(qū)和一個(gè)細(xì)胞質(zhì)區(qū)，可以保護(hù)細(xì)胞免受ER應(yīng)激引起的損傷，可在維持細(xì)胞內(nèi)ER 的形態(tài)和分布方面發(fā)揮作用，并參與錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)[38，53，55]。SelH位于細(xì)胞核中可保護(hù)DNA，SelH 缺陷細(xì)胞表現(xiàn)出持續(xù)的DNA 損傷、氧化應(yīng)激和Nrf2 激活增加以及GSH 水平降低，可通過(guò)ATM-p53 途徑防止氧化應(yīng)激而達(dá)到抑制衰老的作用[53，56]。SelW、SelS、SelH 等在帕金森病的發(fā)病機(jī)制中尚無(wú)研究，需更多的研究進(jìn)一步闡明。

3 硒及硒蛋白治療PD的潛在價(jià)值

目前，已有相關(guān)研究表明，硒對(duì)PD神經(jīng)毒性動(dòng)物模型有神經(jīng)保護(hù)作用。亞硒酸鈉可呈劑量依賴(lài)性逆轉(zhuǎn)MPTP 誘導(dǎo)的多巴胺及其代謝產(chǎn)物水平降低[57]。缺硒飲食可增強(qiáng)甲基苯丙胺(MA)誘導(dǎo)的黑質(zhì)中酪氨酸羥化酶樣免疫反應(yīng)性(TH-IR)、降低多巴胺(DA)及其代謝物水平，加劇黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元的丟失，富硒飲食可顯著阻斷MA導(dǎo)致的多巴胺能神經(jīng)元毒性[58]。亞硒酸鈉可呈劑量依賴(lài)性保護(hù)單側(cè)紋狀體立體定位注射6-羥基多巴胺(6-OHDA)的PD大鼠模型，可改善該模型大鼠的運(yùn)動(dòng)及肌肉協(xié)調(diào)性，抗氧化酶活性呈劑量依賴(lài)性升高，尤其是GPx、谷胱甘肽還原酶(GR)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)[59]。依布硒琳(Ebselen)是一種具有谷胱甘肽過(guò)氧化物酶樣活性的硒有機(jī)化合物，可抑制銅離子存在下多巴胺誘導(dǎo)的氧化性DNA 損傷，可以防止靈長(zhǎng)類(lèi)MPTP 的PD模型中的神經(jīng)元損失和臨床癥狀，可以預(yù)防MPTP在PD細(xì)胞模型中的毒性作用[60-61]。甘氨酸納米硒可改善MPTP誘導(dǎo)的PD 大鼠模型的運(yùn)動(dòng)癥狀，有助于恢復(fù)多巴胺神經(jīng)元或防止MPTP 誘導(dǎo)的多巴胺神經(jīng)元的損失，減少大鼠大腦中ROS的積累[62]。

4 展望

硒在帕金森病防治過(guò)程中具有重要作用，硒的生物學(xué)功能主要通過(guò)硒蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此研究硒蛋白在PD 發(fā)病機(jī)制中的作用具有重要意義。硒供應(yīng)不足可能加劇神經(jīng)元功能障礙和死亡，近年來(lái)硒蛋白在大腦中的生物學(xué)功能方面取得了顯著進(jìn)展，特別是硒蛋白的抗氧化、抗炎、維持線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能方面，這為利用硒治療神經(jīng)退行性疾病開(kāi)辟了新的潛在可能性。然而，硒參與的特異性治療藥物在轉(zhuǎn)化階段未能取得預(yù)期的效果，這可能與大多數(shù)藥物難以透過(guò)血腦屏障這一生理屏障特性相關(guān)，且對(duì)硒補(bǔ)充的最佳劑量和形式評(píng)估仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題，其安全性和有效性需更多的研究進(jìn)一步闡明。無(wú)機(jī)硒形式有較高毒性，因此限制了它們?cè)谥委熒系膽?yīng)用，需要進(jìn)一步尋找硒供體，特別是有機(jī)形式的硒供體以實(shí)現(xiàn)與硒相關(guān)的抗PD的藥品的研究。