柳毅剛，姜嘟嘟，靳令經

1. 同濟大學附屬同濟醫(yī)院神經內科，上海 200065 2. 上海中醫(yī)藥大學附屬第七人民醫(yī)院神經內科，上海 200137

帕金森病是一種常見的慢性漸進性神經系統(tǒng)退行性疾病，其病理特征為中腦黑質致密部多巴胺能神經元的缺失。然而，目前多巴胺能神經元缺失的分子機制仍不明確。

氧化應激反應被認為在多巴胺能神經元神經毒性中發(fā)揮著重要的作用[1]。環(huán)境因素及遺傳因素如神經毒素、農藥、殺蟲劑以及與帕金森病相關蛋白的基因突變等，都會導致線粒體功能障礙[2]，繼而促進氧化應激反應；而線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ缺陷是導致帕金森病患者腦中大部分神經元變性的主要原因[3]。

1 線粒體功能障礙和氧化應激是帕金森病最顯著的病理生理特征

線粒體功能障礙與活性氧生成增加密切相關[4]?；钚匝酰ò∣2－、H2O2、HO2－、–OH等）在生物體中不斷產生，其必須與抗氧化系統(tǒng)之間保持平衡才能維持氧化還原反應的平衡。如果過量的活性氧與抗氧化系統(tǒng)之間發(fā)生不平衡，就會導致氧化應激反應，進而引起氧化損傷。腦內過量的活性氧會導致核酸崩解和脂質過氧化等反應，引起細胞功能障礙，最終可導致細胞死亡和神經元丟失。無論是家族性還是散發(fā)性帕金森病，氧化應激反應都被認為是其共同的發(fā)病機制。

絕大多數(shù)的活性氧在線粒體中產生。作為主要的能量生成和細胞內活性氧產生的源泉，線粒體對于腦內神經元的功能和存活具有重要作用。氧化反應過程中產生活性氧之后，線粒體及細胞質中的超氧化物歧化酶和谷胱甘肽及其相關酶能將活性氧催化成二價氧和水，以避免對細胞造成損傷。

過量的活性氧可導致線粒體呼吸鏈合成腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）障礙，并將活性氧泄入細胞質中[5]?；钚匝醯倪^量產生抑制了線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ，復合體Ⅰ受到抑制又反過來促進活性氧的產生。線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ缺陷是導致神經系統(tǒng)中細胞凋亡的主要原因，也被認為是引起帕金森病患者體內活性氧產生過量的主要原因之一。多項研究發(fā)現(xiàn)，散發(fā)性帕金森病患者大腦黑質區(qū)域中線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ的活性減退[6]。活性氧還可以使蛋白質發(fā)生錯誤折疊，而蛋白質的錯誤折疊和蛋白質分解系統(tǒng)的功能障礙在帕金森病的神經退化過程中起重要作用[7]。線粒體功能障礙促進了氧化應激反應、衰老以及神經退行性改變[8]。目前，線粒體功能障礙和氧化應激被認為是帕金森病最顯著的病理生理特征[9]。

2 線粒體功能障礙的常見原因

2.1 線粒體動力學與氧化應激

線粒體是一個動態(tài)細胞器，持續(xù)地進行聚合和分裂，這種動力學變化對保持線粒體穩(wěn)定和功能十分重要。線粒體聚合可以交換線粒體內的成分（如線粒體DNA）[10]，而線粒體分裂能夠隔離和消除不可逆損害的線粒體和線粒體內容物[11]。

正常的線粒體動力學對于保持線粒體完整性非常重要，線粒體動力學的改變對線粒體功能的各個方面都有顯著影響，包括能量代謝、活性氧生成和細胞凋亡調節(jié)等[12]。線粒體分裂和聚合的平衡對細胞內的生理和病理條件非常敏感，如細胞內離子平衡、代謝變化、氧化應激狀態(tài)等。低水平的過氧化氫已被證明能夠通過調節(jié)分裂/聚合蛋白引起可逆的線粒體腫脹、碎裂和精細結構的改變[13]；細胞內持續(xù)的Ca2＋濃度增加引起的線粒體去極化也會導致大量的線粒體分裂；長期暴露在高糖環(huán)境下會引起活性氧生成增加[14]。

雖然線粒體動力學介導的活性氧過量產生的詳細機制尚不清楚，但目前認為可能涉及線粒體超微結構和功能的缺陷?？傊?，線粒體聚合與分裂之間的動態(tài)平衡可以通過氧化應激反應來發(fā)揮作用，其異?？梢赃M一步促進活性氧的產生。

2.2 線粒體DNA與氧化應激

有研究[15]發(fā)現(xiàn)，線粒體DNA似乎參與了帕金森病的發(fā)病過程；線粒體DNA突變可以導致呼吸鏈電子傳遞鏈效率下降，減少ATP生成而增加活性氧生成，而活性氧生成的增加反過來又可以導致更多線粒體DNA突變的聚集；不斷增多的DNA突變和活性氧，進一步引起線粒體功能障礙和氧化應激反應，最終導致細胞死亡。線粒體DNA編碼的復合體Ⅰ基因突變明顯增加帕金森病的發(fā)病風險[16]；由于黑質多巴胺能神經元內含有高水平的促氧化劑和低水平的抗氧化劑（還原型谷胱甘肽），因此其特別容易受到氧化應激及其誘導的線粒體DNA突變的損害。在帕金森病患者的黑質神經元中已經觀察到高水平的體細胞線粒體DNA突變[17]。線粒體DNA聚合酶γ突變的患者可以表現(xiàn)為類帕金森病樣癥狀或者特發(fā)性帕金森病[18]，這些都表明線粒體DNA突變是帕金森病的發(fā)病機制之一。

2.3 神經毒素與氧化應激

線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ抑制劑如1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine，MPTP）、魚藤酮等神經毒素對多巴胺能神經元有選擇性細胞毒性。MPTP能通過抑制線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ的活性而在人類和非人靈長類中引起類帕金森病樣癥狀[19]。MPTP透過血腦屏障被氧化成1-甲基-4-苯基吡啶離子（1-methyl-4-pehnylpyridine，MPP＋），MPP＋聚集在線粒體內，抑制線粒體電子傳遞鏈，導致ATP生成減少、活性氧增加。因此，MPTP及其活性代謝產物MPP＋都被廣泛應用于帕金森病的動物模型和細胞模型[20]。在人骨髓神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞系和大鼠中腦多巴胺能神經元中，MPP＋能夠促進線粒體破碎，同時減少ATP生成。線粒體破碎加劇了MPP＋的毒性效應，影響線粒體膜電位和活性氧的生成，最終導致細胞死亡。另一方面，活性氧生成增加也會加劇MPP＋誘導的線粒體破碎，使MPP＋的毒性效應進一步增強[21]。

2.4 基因突變與氧化應激

許多蛋白如α-synuclein、PARKIN和PINK1等的編碼基因突變都會引發(fā)與特發(fā)性帕金森病類似的家族性帕金森病[22]，這些基因都與線粒體功能和形態(tài)完整性相關。

α-synuclein聚集是家族性和散發(fā)性帕金森病的病理特征[16]。α-synuclein在多巴胺能神經元中聚集會降低線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ的活性，增加活性氧的生成，并導致細胞死亡[23]。缺乏α-synuclein表達的轉基因小鼠表現(xiàn)出對MPTP毒性的抵抗性增強，而α-synuclein過表達的小鼠則出現(xiàn)線粒體功能障礙和氧化應激反應增加[24]。過表達的PARKIN、PINK1、DJ-1基因能夠部分挽救α-synuclein誘導的線粒體破裂。PARKIN和PINK1定位在線粒體上，其功能與線粒體的正常功能密切相關。PINK1是一種位于線粒體外膜的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶[25]。PINK1聚集在受損線粒體外膜上，通過磷酸化作用將PARKIN轉移到功能障礙的線粒體上[26]。黑質多巴胺能神經元需要通過PINK1抑制活性氧的生成來發(fā)揮其神經保護作用。動物模型研究發(fā)現(xiàn)，PINK1缺乏可導致線粒體形態(tài)異常、黑質多巴胺能神經元丟失、線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ活性下降以及氧化應激易感性增加[27]。這些缺陷能被過表達的PARKIN所改善和修復。由此表明，PINK1作為PARKIN的上游分子調控PARKIN的功能且兩者存在相互作用，這一通路可能具有調節(jié)線粒體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)的功能。人類PINK1基因突變可以導致線粒體缺陷和呼吸鏈異常[28]。發(fā)生PARKIN基因突變的人類，其線粒體呼吸鏈復合體Ⅰ活性也存在缺陷[29]。總之，PINK1/PARKIN基因能夠直接影響線粒體動力學。

3 應用神經營養(yǎng)因子以線粒體為靶點治療帕金森病的現(xiàn)狀和潛能

關于神經營養(yǎng)因子對于線粒體的保護作用，目前已發(fā)表了一些相關研究的結果。在異氟烷誘導C57BL/6小鼠認知障礙模型中，腹腔內注射線粒體靶向性肽SS-31后，可以增強腦源性神經營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）信號通路，逆轉線粒體功能障礙，改善認知功能[30]。PEERI等[31]在人類運動改善代謝性疾病的研究中發(fā)現(xiàn)，運動可以增加BDNF的生成，進而促進線粒體生物合成，并通過加速自噬以清除受損線粒體。糖原合酶激酶3（glycogen synthase kinase-3，GSK-3）的激活在神經退行性疾病中發(fā)揮重要作用。GIMéNEZ-CASSINA等[32]通過慢性抑制GSK-3的方式，促使BDNF分泌顯著增加，從而抵抗線粒體功能障礙的發(fā)生。在線粒體毒素 3-硝基丙酸（3-nitropropionic acid，3-NP）誘導亨廷頓病模型中，BDNF介導了對3-NP誘導的線粒體功能障礙的神經保護作用。BDNF能夠抑制線粒體釋放凋亡蛋白、caspase-3激活和染色質凝聚，還能降低線粒體促凋亡蛋白Bim的水平[33]。WU等[34]發(fā)現(xiàn)，BDNF通過激活一氧化氮（nitric oxide，NO）、硫氧還蛋白和B淋巴細胞瘤 2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）信號轉導通路來保護神經元，抑制3-NP誘導的線粒體功能障礙。

在人 β 淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）1-42誘導SH-SY5Y細胞系阿爾茨海默病模型中，發(fā)現(xiàn)睫狀神經營養(yǎng)因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）能夠顯著抑制Aβ1-42引起的線粒體功能障礙和絲裂原活化蛋白激酶的活化[35]。糖尿病周圍神經病變患者的感覺神經元出現(xiàn)線粒體功能障礙時，使用CNTF能使線粒體內膜的極化狀態(tài)回歸正常，糾正寡霉素誘導的糖尿病神經元軸突線粒體的異常超極化。CNTF靶向改善線粒體功能和細胞的能量代謝，以提高軸突再生和防止糖尿病纖維變性。SALEH等[36]進一步研究發(fā)現(xiàn)，CNTF靶向改善糖尿病周圍神經病變線粒體功能的方式為激活核因子κB（nuclear factorκB，NF-κB）和改善細胞的生物能學。

在麥芽酚鋁誘導的線粒體和內質網應激神經元損傷模型中，膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子（glial cell line-derived neurotrophic factor，GDNF）能夠通過干擾線粒體和內質網介導的細胞凋亡來阻止麥芽酚鋁誘導的神經元死亡。與BDNF類似，GDNF也能夠抑制3-NP誘導的線粒體功能障礙導致的細胞死亡，從而保護紋狀體神經元[37]。

實驗研究發(fā)現(xiàn)，多種神經營養(yǎng)因子均有助于多巴胺能神經元存活。將GDNF注射入帕金森病恒河猴頸內動脈后，黑質紋狀體系統(tǒng)功能恢復且運動癥狀有所改善，由此揭示GDNF既具有神經保護作用，還具有促進多巴胺能神經元損傷后修復的作用[38-39]。繼GDNF、BDNF和神經秩蛋白（neurturin，NRTN）之后，有研究發(fā)現(xiàn)低質量濃度（0.05～0.25 ng/mL）及中等質量濃度（0.5～2.5 ng/mL）的中腦星形膠質細胞源性神經營養(yǎng)因子（mesencephalic astropcyte-derived neurotrophic factor，MANF）在保護多巴胺能神經元方面較GDNF和BDNF的選擇性更高，促進多巴胺能神經元修復的作用更強，有望成為帕金森病治療的新策略[40]。

4 小 結

綜上所述，帕金森病的發(fā)病機制主要與線粒體形態(tài)、結構和功能異常（線粒體能量代謝障礙、氧化應激、神經元興奮毒性、細胞凋亡）以及基因（α-synuclein、PINK1、PARKIN、DJ-1）突變等相關，盡管目前許多研究發(fā)現(xiàn)多種神經營養(yǎng)因子在糖尿病、認知障礙、缺血等模型中可以通過不同的作用機制和信號通路來改善線粒體功能障礙，但是現(xiàn)有的關于帕金森病治療的研究并未過多地關注于這一領域。

目前，帕金森病的治療仍然以補充多巴胺制劑為主，但是該治療并不能延緩帕金森病的自然進程，且隨著病程的發(fā)展會出現(xiàn)療效減退以及異動癥等不良反應。目前已發(fā)現(xiàn)多種神經營養(yǎng)因子具有改善線粒體功能、抑制氧化應激反應的特性，因此通過使用神經營養(yǎng)因子來改善線粒體功能有可能成為帕金森病治療的新策略。