帕金森病相關基因的研究進展

來源：國外醫學神經病學神經外科學作者：百濟動態瀏覽：發布時間：2006/8/21 16:14:00

摘要：帕金森病的病因多種多樣，至今尚未明確。本文就帕金森病發病機制中近年來研究得較為深入的氧化應激、興奮性細胞毒性、神經營養因子、免疫學因素、凋亡機制等方面的研究進展作一綜述。

 帕金森病（pd）是老年期常見的慢性、進行性神經退行性疾病。臨床表現以震顫、肌強直和運動徐緩為特征。較明確的病理及生化改變為黑質-紋狀體通路的多巴胺能神經元發生退行性變，lewy's小體的出現，以及紋狀體多巴胺（da）含量明顯減少。pd的發病機制至今尚未完全清楚，近幾年的研究熱點主要集中在以下幾方面。

1 氧化應激和線粒體功能缺陷

1．1 鐵含量增高與pd

 早在1991年，就發現pd患者黑質致密部有鐵的積聚，大鼠用含鐵量高的食物喂養后，其腦內鐵濃度明顯增加，氧化型谷胱甘肽（gssg）增多，總谷胱甘肽（gssg＋gsh）減少，gssg／（gssg＋gsh）比值增加。羥自由基水平增加。在大鼠一側黑質內注射fe2+可以使紋狀體尾核內的多巴胺耗竭，大鼠產生旋轉行為，注射入錳可抑制fe2+的效應，推測是錳的抗氧化作用。hironishi等研究發現，向sd大鼠中腦內注射fecl2，大鼠即時表現出同側多巴胺能超敏的典型行為，紋狀體內注射fecl2，可誘發劑量依賴性的損傷和注射側星形膠質細胞的活動，在注射fecl2后3～5h在同側皮層、丘腦核團、下丘腦核團、黑質致密部和網質部、膝狀核等部位觀察到即刻早期基因（iegs；c-fos；ngfi-a）的表達。如果先用羥自由基清除劑sulfoxide處理，可阻斷fecl2誘導的在丘腦核團和膝狀核的即刻早期基因表達，但不能阻斷在皮質的表達。而fecl3誘導即刻早期基因表達的作用很小。研究提示fe2+作用于神經系統，可能通過羥自由基等自由基損傷神經元。

但是，其他一些神經變性疾病，如進行性核上性麻痹（psp）和多系統萎縮（msa）的黑質含鐵量也增多，而且谷氨酸，1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（mptp），6-羥多巴胺（6-ohda）等許多物質也可以誘導黑質部鐵含量的增加，所以現在一般認為鐵含量的增高不是pd神經元變性的原因，而是神經元變性的繼發性改變。盡管如此，鐵在黑質部的積聚無疑會進一步加重神經元的損傷。

1．2 黑質部還原型谷胱甘肽（gsh）降低與pd的關系

 早已證實pd患者的黑質gsh明顯減少，而gssg增多。gsh是抗氧化的主要力量，gsh的合成被抑制，可導致pci2細胞和ns20y細胞系死亡。merad-boudia等的實驗采用ns2oy細胞系，用bso l-buthionine-（s，r）-sul（foximine）抑制gsh合成的限速酶谷氨酰半胱氨酸合成酶（gcs），使gsh合成減少。使用bso 1h后檢測到細胞內的氧活性物質（ros）增多，3h達高峰，此時gsh水平降至正常的30％，gsh在24h后完全耗竭，48h后線粒體失去功能，復合物i，ii，iv分別比對照組下降32％，70％，65％，該實驗提示gsh下降可導致線粒體功能缺陷，gsh對維持線粒體功能完整有重要作用。

1.3 線粒體功能缺陷

 神經毒素mptp的作用機制是代謝產物1-甲基-4-苯基吡啶離子（mpp＋）抑制線粒體復合物i，導致神經元變性。pd患者黑質復合物i活性降低為對照組的30％-38％；且其活性降低具有高度的解剖特異性；而msa和psp患者黑質未見復合物i功能缺陷，提示這種損傷不是神經元變性的繼發改變。這些均表明線粒體復合物i缺陷在pd的發病中起重要作用。

 復合物i缺陷的原因，包括毒素（內源性和外源性）作用和遺傳因素兩方面。mptp能通過mpp+選擇性抑制復合物i，提示環境毒素是損傷線粒體的原因之一。多巴胺能神經元內的da可進行自身氧化，代謝過程產生的一些中間產物，如異喹啉類衍生物，能抑制線粒體復合物i的活性。另外，線粒體dna分析己發現pd腦內存在一些mtdna突變。有人研究mtdna的普通缺失（cd），共缺失4977個堿基，可改變多種酶復合體的結構，影響其功能。但有關cd的疾病特異性及其在復合物i缺陷中的作用尚無明確的結論。目前尚未發現與復合物i缺陷直接相關的mtdna突變。

 復合物i是呼吸鏈的重要成分，其功能缺陷必然導致細胞能量代謝障礙，atp生成減少，細胞能量不足，繼而通過自由基生成增多使脂質過氧化（lpo），蛋白質和核酸損傷；n-甲基-d-天門冬氨酸（nmda）受體介導的興奮性毒性；細胞內ca2+超載等機制損傷細胞，使神經元變性。

2 神經營養因子（ntfs）與pd

 目前對神經營養因子在pd中的作用的研究，主要集中在神經營養因子，尤其是膠質源性神經營養因子（gdnf）對da能神經元的保護作用及以此為基礎的基因治療。gdnf是在1993年lin等發現并克隆成功的一種ntfs，為134個氨基酸序列的含硫蛋白質。由于它對da能神經元有比較特異的保護作用，被認為是目前最有前途的治療pd的神經營養因子。lin等在體外發現gdnf能特異地促進胚胎大鼠中腦培養物中da能神經元的存活。培養的da能神經元gdnf處理后存活時間延長，攝取da能力增加，而且突起延長，胞體增大。而對γ-氨基丁酸（gaba）能和5-羥色胺（5-ht）能神經元均無影響。在成齡大鼠黑質內注射gdng 10μg，大鼠自發性和安非他明（amphetamine）誘導的旋轉運動表現出劑量依賴性增加。紋狀體內單次注射gdnf后，用免疫組化方法發現da能神經纖維向注射部位生長，同側紋狀體內da能神經元數目增加，黑質紋狀體內da代謝水平呈劑量依賴性增加。

 keams等發現gdnf可保護6-ohda誘導的大鼠黑質da神經元損傷，注射6-ohda前24h先向黑質內注射gdnf10μg，黑質致密部的da能神經元的存活率比單純注射6-ohda組顯著增加。tomac等在小鼠mptp模型上觀察到gdnf的保護作用，在給mptp處理之前2h予紋狀體內注射gdnf10μg，黑質和紋狀體部位的da及其代謝產物高香草酸（hva），3，4-二羥基苯乙酸（dopac）水平明顯增高，黑質部酪氨酸羥化酶（th）免疫陽性細胞數及紋狀體th免疫反應陽性纖維末梢密度明顯增加。在給mptp之后，給予gdnf10μg也可部分恢復da水平。

 gdnf還能增強胚胎中腦移植治療大鼠pd模型的效果，tang等在注射6-ohda后1～個月進行胚胎腹側中腦組織移植，并在損傷側延黑質-紋狀體通路注射gdnf，腦源性神經營養因子（bdnf）和磷酸緩沖液（pbs）。gdnf處理組的旋轉行為在移植后1～3個月比其他兩組顯著減少，用高效液相色譜法觀察到，6-ohda損毀后的黑質紋狀體內kc1誘導的da釋放消失而在移植加gdnf組，在黑質和紋狀體內kc1可誘導da釋放，并且局限在注射gdnf的黑質紋狀體通路上。而bdnf和pbs組的黑質和紋狀體內kc1不能誘導da釋放。兔疫組化發現gdnf處理組的黑質紋狀體內th免疫陽性神經元和神經纖維明顯多于其他兩組。實驗結果提示gdnf能增強胚胎da能神經元移植修復黑質-紋狀體da通路和da釋放的效果，并且支持gdnf促進da能神經元突起生長和決定突起生長方向的作用。

3 興奮性毒牲作用與pd

 參與興奮性毒性損傷作用的主要興奮性氨基酸受體是nmda受體。nmda受體由至少5個不同的亞基組合而成，不同腦部位的nmda受體的亞基組成不同，具有高度的解剖特異性。黑質多巴胺能神經元的nmda受體的亞基組成與其他腦區不同。nmda受體拮抗劑可阻斷mptp對黑質da神經元的神經毒性。這些研究均表明nmda受體在pd的da神經元變性中起一定的作用。在中風、創傷等腦損傷中，神經末梢釋放大量谷氨酸，腦部細胞外谷氨酸濃度增高，表明興奮性毒性作用機制的參與，但在pd，并無明顯的神經末梢谷氨酸釋放增加。關于興奮性毒性作用在pd發病中的機制最主要的假說是弱興奮性毒性假說：鎂離子電壓依賴性阻斷nmda受體的陽離子通道是阻斷nmda介導的興奮性毒性的最主要因素，而mg2+與nmda受體的結合是依賴正常細胞膜靜息電位來維持的。若細胞的能量代謝障礙，atp生成減少，使細胞膜靜息電位下降（去極化），mg2+與nmda受體解離，失去保護機制。陽離子通道開放，ca2+大量內流。胞內鈣超載再通過激活dna酶、蛋白激酶和磷脂酶等，使dna、蛋白質和磷脂降解，最終導致神經元死亡。

4 免疫因素與pd

 abramsky等早在1978年就提出免疫學異常可能參與pd的發病。在pd患者腦脊液發現抗da能神經元抗體，pd患者的血漿和腦脊液能抑制培養的da能神經元的生長功能。chen等的研究表明pd患者血清免疫球蛋白（lgg）可引起黑質的相對特異性損傷，從5個pd患者和10個對照的血清純化得到lgg后，注入成齡大鼠右側黑質內，4周后發現pdlgg組注射側th免疫陽性細胞數較對側下降50％，而對照組下降18％，有統計學差異，pdlgg組黑質損傷部位周圍的炎癥和小膠質細胞浸潤較對照組明顯，用中腦膜吸收pdlgg后可阻斷這一細胞毒性。pdlgg注入內側隔區對膽堿能神經元無明顯毒性。rowe等的研究把經多巴胺自身氧化產物醌修飾后的卵清蛋白分別與pd血清（n＝21）和對照組血清（由側索硬化性肌萎縮、阿爾茨海默病、其他神經系統疾病各7例組成）反應，陽性率在pd組為7／21，對照組為0／21，k-w檢驗p＜0．02。這提示pd思者血清中存在醌修飾卵清蛋白的抗體，并且可能參與或加重pd的炎癥反應。

5 遺傳因素與pd

 現代研究發現pd具有明顯的家族集散現象，而且在多發性家庭中呈常染色體顯性遺傳，提示遺傳因素在一些病例中起著重要的作用。

 1996年，mihael等對一個意大利pd多發性家系進行研究，發現這些患者的pd相關基因在染色體4q21-4q23區，定位于d4s2361與d4s421兩個遺傳標記之間。他們首次提出單個基因的異常就足以導致pd的發生。1997年，他們又對一個意大利及3個希臘的pd家系的染色體進行分析，發現4q21-4q23區域兩個遺傳標記d4s2371與d4s2986處均有基因變異，就把pd相關基因定位于這兩個遺傳標記之間。α-synuclein基因就在這一片段內。人的α-synuclein基因在神經末梢突觸前有較高的表達水平，故其蛋白也稱突觸前蛋白，其功能未明，α-synuclein可能是阿爾茨海默病的淀粉樣斑非β成分（nac）的前體蛋白。他們還發現α-synuclein基因的第4個外顯子的209位發生基因突變，由g變為a（g209a），導致了相應蛋白產物的53位丙氨酸（ala）變為蘇氨酸（thr）（ala53thr），從而使蛋白質空間結構發生改變。這種突變只存在于這幾個家系的發病者中，而家系中的無發病者和近100個來自意大利南部的對照以及52個意大利的散發性pd患者中均無1例有此突變，表明這一突變的特異性。雖然現在未能證實由這一突變所致的蛋白質空間構型的改變就可引起pd，這種突變也只存在于一部分的pd病人中，但把單基因的改變與pd的發生聯系起來的全新概念的提出，必將把pd的病因學研究推向一個嶄新的階段。

6 凋亡與pd

 近年來不少研究提示pd的黑質da能神經元變性與不正常的凋亡有關。hassouna等發現小鼠腹膜內亡。mogi等研究表明pd病人黑質區bcl-2蛋白產物注射mptp后，其腦內黑質區bax mrna合成增加，注藥后3d和6d分別達到正常的2倍和3倍，在黑質區呈現相應bax免疫反應陽性的大中型神經元都發生了凋亡較對照組顯著增多，在腦皮質未見差別，認為bcl-2產物增加可能是pd病人抗凋亡的防御機制。

7 小結與展望

 對pd發病機制的研究進展，使pd的治療策略起著根本的變化。針對各種神經元損傷機制建立起來的新的治療策略，如神經保護治療，包括針對氧化應激的抗氧化治療，針對興奮性毒性作用的nmda受體拮抗劑等；根據gdnf對神經元的保護作用的gdnf基因治療；針對凋亡機制的抗凋亡治療等，正日益被廣泛應用。治療實踐的成果證明了上述與pd發病有關的神經元損傷機制的確是存在的。但更有效的治療和預防措施仍有賴于對各種發病機制研究的進一步完善和不同機制之間相互關系的闡明。

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