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帕金森病多巴胺能神經(jīng)元變性及臨床表現(xiàn)產(chǎn)生的可能機制的研究進展

2012-08-15 00:53:10李芳君綜述徐仁伵審校
實用臨床醫(yī)學(xué) 2012年1期
關(guān)鍵詞:蒼白球黑質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)

李芳君(綜述),徐仁伵(審校)

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,南昌 330006)

帕金森病是中老年人常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病,主要病變是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性壞死,多巴胺遞質(zhì)生成障礙,從而導(dǎo)致黑質(zhì)紋狀體通路中多巴胺與乙酰膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)平衡失調(diào),產(chǎn)生運動遲緩、肌強直、姿勢步態(tài)異常和靜止性震顫等一系列運動癥狀。部分患者伴有大腦皮質(zhì)、迷走神經(jīng)背核、藍(lán)斑核等神經(jīng)元的變性壞死,導(dǎo)致認(rèn)知功能損害、神經(jīng)精神癥狀、自主神經(jīng)功能失調(diào)、睡眠障礙等非運動癥狀。有關(guān)帕金森病多巴胺能神經(jīng)元變性及臨床表現(xiàn)產(chǎn)生的機制目前尚無定論。為此,本文就近來研究進展作一綜述。

1 帕金森病選擇性神經(jīng)元變性的可能機制

1.1 氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)

氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)包括興奮性氨基酸(EAA)和抑制性氨基酸。EAA主要有谷氨酸(Glu)和天門冬氨酸(Asp)。EAA是正常人體神經(jīng)遞質(zhì),如釋放過多和/或重攝取受阻,滅活機制受損則對神經(jīng)元細(xì)胞產(chǎn)生興奮毒性作用,導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞變性、凋亡、壞死。谷氨酸對多巴胺能神經(jīng)元的影響主要通過其離子型受體 N-甲基-D-天冬氨酸(N-Methyl-D-as-partate,NMDA)、α-氨 基-3-羥 基-5-甲 基-4-異 唑丙 酸 (alpha-amino-3-h(huán)ydrox-y-5-methyl-4-isoxazolepro-pionic acid,AMPA)和紅藻氨酸鹽受體[1]。NMDA受體過度興奮介導(dǎo)的是以Ca2+內(nèi)流為主的遲發(fā)性細(xì)胞損傷;而AMPA和紅藻氨酸鹽受體過度興奮介導(dǎo)的是以Na+內(nèi)流和伴隨Cl-和H2O被動內(nèi)流為特征的急性細(xì)胞死亡。這一緩慢興奮毒性過程被認(rèn)為與PD發(fā)病密切相關(guān),認(rèn)為是PD多巴胺能神經(jīng)元死亡的機制之一[2]。EAA受體拮抗劑能明顯改善6-羥多巴胺和MPTP所致的多巴胺能神經(jīng)元壞死。抑制性氨基酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)是腦中最重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)。PD時,黑質(zhì)-紋狀體DA投射耗竭,繼之影響基底節(jié)區(qū)神經(jīng)環(huán)路,使直接通路的正反饋減少,間接通路負(fù)反饋增加,導(dǎo)致蒼白球內(nèi)側(cè)部和輸出核中GABA能神經(jīng)元活動亢進,抑制運動皮層興奮,產(chǎn)生靜止性震顫、肌強直、運動遲緩、姿勢步態(tài)異常等運動障礙癥狀。

1.2 泛素-蛋白酶體系統(tǒng)

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system,UPS)是體內(nèi)蛋白降解的重要通路。許多證據(jù)[3]表明帕金森病以及其他神經(jīng)變性病可能是一類蛋白降解障礙疾病。家族性PD的致病基因與UPS密切相關(guān)[4]。此外,在散發(fā)性PD患者腦中黑質(zhì)的UPS功能選擇性受損[5]。α-突觸核蛋白(α-synuclein)、帕金基因(Parkin)、泛素羧基水解酶L1(UCHL1)是與家族性PD相關(guān)的致病基因中研究最多的,它們的突變或缺失均導(dǎo)致UPS功能障礙。α-突觸核蛋白是蛋白酶體的底物,突變的α-突觸核蛋白不易于被降解,而在細(xì)胞內(nèi)積聚產(chǎn)生毒性。Parkin是一種E3連接酶,它的突變或缺失使多聚泛素鏈與底物不能連接,從而導(dǎo)致降解障礙。UCH-L1的突變影響泛素的循環(huán)利用,也使蛋白酶體系統(tǒng)降解障礙[4]。

1.3 自噬溶酶體途徑

自噬溶酶體途徑(autophagy-lysosome pathway,ALP)可以將體內(nèi)錯誤折疊和聚集的蛋白質(zhì)以降解的方式消除[6],在包括PD在內(nèi)的神經(jīng)變性疾病的發(fā)病中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。研究[7]發(fā)現(xiàn),包括啟動、觸發(fā)、降解等在內(nèi),ALP功能失常在PD的發(fā)病及病理生理過程中起重要作用:1)α-共核蛋白的可溶性寡聚體形式可通過ALP降解,并可能主要與分子伴侶介導(dǎo)的溶酶體降解途徑有關(guān);2)由于PD中存在線粒體功能障礙,這種障礙可能像在其他系統(tǒng)中一樣作為啟動大自噬的觸發(fā)條件。有證據(jù)表明在PD細(xì)胞模型中有大自噬的激活;3)分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)的阻斷可以導(dǎo)致其他降解途徑的代償性激活,但自激活通路可能無法承受蛋白質(zhì)降解的足夠速率,且自噬的過載可能耗竭胞漿內(nèi)基本物質(zhì)導(dǎo)致細(xì)胞大分子內(nèi)循環(huán)失調(diào),產(chǎn)生了神經(jīng)毒性;4)在MPTP小鼠模型中發(fā)現(xiàn)溶酶體功能障礙伴α-共核蛋白聚集,溶酶體ATP酶的突變阻斷了導(dǎo)致自噬的執(zhí)行并造成α-共核蛋白的聚集[7]。

ALP是多巴胺能神經(jīng)元生存的關(guān)鍵通路,任何原因?qū)е碌腁LP通路異常都將會促進或引起多巴胺能神經(jīng)元的死亡[6]。Bcl-2與beclin-1相互作用抑制大自噬,而低水平Bcl-2激活自噬。Bcl-2與beclin-1相互作用的瓦解并引起負(fù)反饋結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞死亡,如果大自噬被阻滯可防護細(xì)胞死亡。這個結(jié)果支持自噬反應(yīng)的激活需要一個平衡:自噬非有效激活增加細(xì)胞的易損性常導(dǎo)致細(xì)胞死亡,但是自噬激活超過一定的水平也可能成為細(xì)胞死亡的原因[8]。

1.4 炎癥反應(yīng)

目前發(fā)現(xiàn)炎癥反應(yīng)(主要是指小膠質(zhì)細(xì)胞的異常激活)可能參與了PD的DA能神經(jīng)元進行性變性進程。首先,致炎性細(xì)胞因子誘導(dǎo)的毒性機制主要是導(dǎo)致誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的激活,iNOS可以介導(dǎo)大量的NO的合成。NO誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性可能通過幾種不同的作用機制[9]:1)NO可以與超氧自由基反應(yīng),生成過氧化亞硝基化合物(peroxynitrite,ONOO-),ONOO-可以誘導(dǎo)酪氨酸殘基亞硝化產(chǎn)生3-硝基酪氨酸(3-nitrotyrosine),從而改變其功能,此外,ONOO?還可以啟動一系列的細(xì)胞毒性過程。在PD患者,MPTP和LPS模型的動物腦內(nèi)3-硝基酪氨酸免疫染色均增強,這進一步支持這一機制。2)NO可以破壞鐵穩(wěn)態(tài)平衡,從而導(dǎo)致胞內(nèi)鐵濃度增高,產(chǎn)生大量的毒性自由基。在PD患者黑質(zhì)發(fā)現(xiàn)鐵濃度升高。此外,小膠質(zhì)源性致炎性細(xì)胞因子可以通過結(jié)合特定的細(xì)胞表面受體,直接對DA能神經(jīng)元發(fā)揮作用,一旦被激活,這些細(xì)胞因子受體促發(fā)細(xì)胞內(nèi)死亡相關(guān)信號傳遞途徑。在治療方面,研究[10-11]表明,應(yīng)用一些抗炎癥藥物可以減少神經(jīng)毒引起的多巴胺能神經(jīng)元變性壞死。

1.5 細(xì)胞凋亡

Y.Agid[12]1995年對帕金森病患者與對照組的黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元作凋亡形態(tài)學(xué)、生化特征檢測,發(fā)現(xiàn)帕金森病病人腦內(nèi)有5%多巴胺神經(jīng)元存在細(xì)胞凋亡特征性組織病理變化,認(rèn)為細(xì)胞凋亡是帕金森病患者中多巴胺神經(jīng)元變性的基本步驟。能誘發(fā)細(xì)胞凋亡的病理性刺激因素主要有神經(jīng)遞質(zhì)、自由基、化學(xué)毒物、營養(yǎng)缺乏、物理性損害等。外源性病理刺激引發(fā)細(xì)胞凋亡過程中,受細(xì)胞內(nèi)多種調(diào)基因調(diào)節(jié)物影響,主要有bcl-2家族,C-myc,C-fos,C-jun,ICE,p53,F(xiàn)as等[13]。

1.6 線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激

線粒體通過其中的呼吸鏈復(fù)合物調(diào)節(jié)能量的產(chǎn)生。內(nèi)、外源性毒素可以通過抑制線粒體復(fù)合體Ⅰ來影響線粒體呼吸鏈,使三磷腺苷產(chǎn)生減少,導(dǎo)致細(xì)胞因能量耗竭而死亡。PINK1、Parkin、DJ-1基因都是通過線粒體途徑致病,線粒體功能散失是常染色體隱性遺傳的帕金森綜合征的主要病因[14]。氧化應(yīng)激與線粒體功能障礙互為因果,惡性循環(huán)。氧化應(yīng)激產(chǎn)生的大量自由基可損傷線粒體復(fù)合物Ⅰ,另一方面,線粒體復(fù)合物Ⅰ的抑制導(dǎo)致更多自由基的生成。

1.7 轉(zhuǎn)運體失調(diào)

神經(jīng)元細(xì)胞膜上DA轉(zhuǎn)運體(DAT)可將外源性毒物MPTP等運到細(xì)胞質(zhì)內(nèi),并在此合成MPP+,其損傷的機理可能是MPP+抑制了線粒體復(fù)合體I的活性,導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng),產(chǎn)生了大量氧自由基,從而導(dǎo)致DA能神經(jīng)元損傷[15]。另一類是與DAT結(jié)合后本身并不被攝入突觸前神經(jīng)元細(xì)胞,而直接發(fā)揮抑制DAT轉(zhuǎn)運DA的作用,從而導(dǎo)致突觸間隙DA濃度升高,DA被氧化產(chǎn)生高活性的苯醌和過氧化基團等有毒物質(zhì),對神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用。

2 臨床表現(xiàn)產(chǎn)生的可能機制

2.1 運動障礙

在PD狀態(tài)下,黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的缺失使紋狀體內(nèi)蒼白球直接通路過度抑制,蒼白球外側(cè)部(GPe)-丘腦底核-內(nèi)蒼白球間接通路異常興奮,導(dǎo)致基底節(jié)輸出核團內(nèi)蒼白球的GABA能遞質(zhì)興奮性增強,抑制了運動丘腦和皮層,最終產(chǎn)生帕金森病的運動遲緩和運動不能。由于各種原因?qū)е录y狀體活動異常,引起Gpe-丘腦底核-內(nèi)蒼白球間接通路和紋狀體-內(nèi)蒼白球直接通路的過度激活,致使內(nèi)蒼白球的GABA能遞質(zhì)興奮性減低,導(dǎo)致丘腦-皮層的去抑制,產(chǎn)生肌張力障礙[16],此外,在紅核、丘腦核團水平上干擾了橄欖小腦系統(tǒng)異常的傳出活動,改變了橄欖小腦系統(tǒng)振蕩信號的原有特征,使得在靜止?fàn)顟B(tài)下也可以出現(xiàn)低頻率的震顫。腦干運動區(qū)受到抑制,可能與不正常的步態(tài)和姿勢有關(guān)。

2.2 睡眠障礙

約2/3PD患者合并有睡眠障礙,表現(xiàn)為不安腿綜合征(restless legs syndrome,RLS)、快速眼球運動睡眠行為障礙(REM sleep behavior disorder,RBD)、日 間 睡 眠 過 度 (excessive daytime sleepiness,EDS)、入睡困難、呼吸暫停、遺尿癥等。機制包括背縫神經(jīng)核、腳橋核、藍(lán)斑等腦干核團病變、中腦皮質(zhì)邊緣系統(tǒng)內(nèi)多巴胺能神經(jīng)元變性缺失、夜間活動障礙、感覺異常、合并呼吸暫停綜合征等[17]。RBD表現(xiàn)為睡眠中出現(xiàn)生動詳細(xì)的夢境,伴有夢囈和肢體活動,可能由于快速眼球運動睡眠期出現(xiàn)肌肉失張力所致,與巨細(xì)胞網(wǎng)狀核、旁正中核、藍(lán)斑、背縫神經(jīng)核、腳間核、黑質(zhì)等腦干神經(jīng)核團,及與之相聯(lián)系的基底核病變有關(guān)。EDS可為PD運動前癥狀[18],多導(dǎo)睡眠檢測顯示EDS可出現(xiàn)類似發(fā)作性睡病的改變,即從清醒期迅速進入非快速眼球運動睡眠2期。PD的病理改變不僅損傷黑質(zhì)紋狀體系統(tǒng)的多巴胺遞質(zhì),也損傷了其他與睡眠相關(guān)的結(jié)構(gòu),包括藍(lán)斑去甲腎上腺、腳橋核和基底前腦的乙酰膽堿、中縫核的五羥色胺、外側(cè)下丘腦的食欲素等,使睡眠覺醒的喚醒系統(tǒng)受到損害,導(dǎo)致EDS。

2.3 嗅覺障礙

E.Huisman等[19]發(fā)現(xiàn),PD患者嗅球小球周細(xì)胞酪氨酸羥化酶陽性細(xì)胞數(shù)目是正常對照者的2倍,提示PD患者嗅球中多巴胺神經(jīng)元較正常人增多,認(rèn)為疾病早期出現(xiàn)的嗅覺減退可能基于嗅球中抑制性的多巴胺能神經(jīng)元的增多。這種增多可能是基底核區(qū)多巴胺能神經(jīng)元減少的代償結(jié)果,最初的抑制作用可能很強,從而使PD患者出現(xiàn)嗅覺障礙。隨著時間的推移,嗅球中的多巴胺能神經(jīng)元逐漸減少,而多巴胺神經(jīng)元抑制作用也逐漸減弱,在這種基礎(chǔ)水平上可以導(dǎo)致嗅覺功能的不穩(wěn)定性[20-21]。有學(xué)者認(rèn)為,多巴胺作為一種神經(jīng)遞質(zhì),廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的許多結(jié)構(gòu)中,包括嗅覺系統(tǒng),尤其是嗅結(jié)節(jié),嗅覺減退可能是這些區(qū)域多巴胺缺乏的結(jié)果[22]。

2.4 膀胱尿道功能障礙

黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元損傷退變,導(dǎo)致紋狀體多巴胺遞質(zhì)減少,引起多巴胺和乙酰膽堿之間的作用失去平衡,由于多巴胺減少,乙酰膽堿的功能發(fā)生亢進,造成腦橋上排尿反射控制減弱或消失,從而導(dǎo)致失去對排尿意識的控制,出現(xiàn)尿失禁。F.Enrico等[23]在對帕金森病人大腦深部放入植入式電極刺激下丘腦核的研究顯示,通過使多巴胺遞質(zhì)增加,能使腦橋上排尿反射控制達(dá)到協(xié)調(diào),而明顯改善排尿功能。由于迷走神經(jīng)背核損傷,導(dǎo)致藍(lán)斑去甲腎上腺素(NA)能神經(jīng)元、腦干中縫核的5-羥色胺(5-HT)能神經(jīng)元、豆?fàn)詈说腉ABA能神經(jīng)元等的明顯改變,導(dǎo)致的中樞自主神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)異常造成自主神經(jīng)功能障礙,從而導(dǎo)致一系列的膀胱癥狀,如尿頻、尿急、夜尿增多、尿失禁。

2.5 神經(jīng)精神癥狀

2.5.1 情感障礙

主要包括抑郁、焦慮和淡漠。抑郁的產(chǎn)生有較為明確的生物學(xué)因素,與神經(jīng)遞質(zhì)(5-羥色胺、去甲腎上腺素、多巴胺、乙酰膽堿)、額葉和皮質(zhì)下核團功能失調(diào)、紋狀體-丘腦-額葉環(huán)路失調(diào)有關(guān)。淡漠、快感缺失、疲勞的機制可能與調(diào)節(jié)意向性行為的神經(jīng)變性有關(guān),如額皮質(zhì)下環(huán)路或反饋中心 (腦橋被蓋腹側(cè)和伏膈核間的多巴胺能投射)[24]。

2.5.2 認(rèn)知缺損及癡呆

PD患者的認(rèn)知障礙早期表現(xiàn)為思維遲鈍、找詞困難等,后期則為皮質(zhì)下癡呆表現(xiàn),如記憶缺陷、視覺空間障礙、定向力障礙、執(zhí)行功能缺損等。它與黑質(zhì)、Meynert核基底部、皮質(zhì)、邊緣系統(tǒng)的神經(jīng)元變性缺失,去甲腎上腺素、多巴胺、5-羥色胺神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的功能紊亂,皮質(zhì)路易小體的數(shù)目和分布范圍異常有關(guān)[25]。

2.5.3 精神癥狀

PD患者的精神癥狀可由癡呆、藥物或感染等引起。藥物 (如膽堿能制劑、單胺氧化酶B抑制劑、金剛烷胺、多巴胺受體激動劑、三環(huán)類抗抑郁劑)引起的精神癥狀在減量或停用后減少至消失。最常見的精神癥狀為視幻覺,主要為非威脅性影像 (人或動物 ),多見于夜間,與路易體在杏仁核、海馬旁的聚集有關(guān),癡呆是幻覺產(chǎn)生的重要危險因子。患者也可表現(xiàn)為聽或觸幻覺。妄想少見,主要為偏執(zhí)妄想,病因可能和伏隔核、中腦邊緣環(huán)路功能失調(diào)有關(guān)[26]。

2.6 吞咽及胃腸道功能障礙

PD引起吞咽及胃腸道功能障礙的因素包括神經(jīng)肌肉連接處功能紊亂、迷走神經(jīng)背核變性、和外周多巴胺耗竭[26]。迷走運動背核受累可能引起控制吞咽的肌肉及食管的功能失調(diào),導(dǎo)致吞咽困難。路易體是PD時中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要病理發(fā)現(xiàn),它也被廣泛的發(fā)現(xiàn)在整個食道和結(jié)腸肌層叢,這表明PD過程也影響腸神經(jīng)系統(tǒng)這一外周途徑,出現(xiàn)胃排空延遲、腹脹、便秘等癥狀[27]。

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大眾健康(2021年2期)2021-03-09 13:32:23
帕金森病模型大鼠黑質(zhì)磁共振ESWAN序列R2*值與酪氨酸羥化酶表達(dá)相關(guān)性的研究
MRI在新生兒膽紅素腦病中的應(yīng)用價值
帕金森病患者黑質(zhì)的磁共振成像研究進展
紋狀體A2AR和D2DR對大鼠力竭運動過程中蒼白球GABA和Glu釋放的調(diào)控研究
怡神助眠湯治療失眠癥的療效及對腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的影響
1H-MRS檢測早期帕金森病紋狀體、黑質(zhì)的功能代謝
磁共振成像(2015年7期)2015-12-23 08:53:04
蒼白球外側(cè)部生理功能及其對運動調(diào)控作用研究進展
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