第四章　帕金森综合征发病机制

帕金森综合征包括帕金森病和多系统萎缩、进行性核上性麻痹、皮质基底节变性、路易体痴呆等多种类型。其中，帕金森病属于原发性神经变性病，其具体发病原因及机制目前并不十分清楚。本章即以原发性帕金森病（PD）为例，介绍帕金森综合征发病机制的研究进展。

研究显示，帕金森病的病因包括以下几个方面：环境因素、年龄老化、遗传因素、免疫炎性机制、线粒体功能障碍、氧化应激、细胞凋亡、自噬缺陷、泛素-蛋白酶系统功能障碍、溶酶体功能障碍、兴奋性毒性、钙稳态失衡、朊病毒样假说、多巴胺转运体及囊泡转运蛋白异常表达等。目前认为帕金森病并非单因素所致，它是由以上多因素交互协同作用的结果。

一、免疫炎性机制

流行病学研究的结果表明，使用抗炎药物，特别是非甾体抗炎药（NSAIDs），可以降低患帕金森病的患病风险。这一现象支持炎症可能参与帕金森病的发病过程。神经炎症是帕金森病病理的一个特征，但是神经炎症是否促进或保护神经退化还有待确定。因为血脑屏障的存在，长期以来，中枢神经系统被视为是免疫豁免区。但是，随着神经免疫研究的发展，脑内的胶质细胞的激活（如小胶质细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞等），外周免疫细胞的迁移、浸润，免疫复合物沉积，促炎因子的释放均可介导脑内免疫炎症的发生。而这些环节可能参与了帕金森病神经元的变性过程。

（一）胶质细胞的激活参与帕金森病的发病过程

研究发现，在帕金森病的发病过程中，胶质细胞（包括小胶质细胞和星形胶质细胞）存在不同程度的激活。

1.小胶质细胞的激活

小胶质细胞是脑组织中主要的免疫细胞，通常有两种类型，M1型（促进炎症型）和M2型（免疫调节型）。小胶质细胞在静息状态下对机体起到一定保护作用，但是如果其长期处于慢性激活状态则具有神经毒性。随着年龄的增长，黑质中激活的M1不断增多，且帕金森病患者M1激活的数量明显超过正常对照组。对帕金森病患者进行尸检发现，多巴胺能神经元缺失的同时伴有明显的胶质细胞反应，其中M1激活相当剧烈。近年来，Ouchi等人使用PK11195标记活体大脑内的小胶质细胞，并使用正电子发射型计算机断层显像技术（PET-CT）证实了小胶质细胞在帕金森患者脑内激活，且随着病程进展，这种激活愈发严重。同样地，在帕金森病动物模型中（MPTP、6-OHDA、LPS）均可发现小胶质细胞M1激活，多巴胺神经元丢失。许多帕金森病动物模型实验已经证实抑制M1激活和炎症能够减缓多巴胺能神经元变性。如米诺霉素、纳洛酮和抗炎药物（激素和非甾体抗炎药）等能够降低多巴胺能神经元的变性程度。激活后的小胶质细胞可通过产生氧化应激（活性氧）、诱导促炎因子（如激活白介素、iNOS、NF-κB通路来诱导TNF-α、IL-1β、IL-6多种细胞因子、黏附因子、趋化因子、急性期反应蛋白等）、免疫吞噬损害（补体介导、ADCC等）、蛋白酶损害（如激活的M1可产生基质金属蛋白酶，能降解细胞外基质成分，对局部多巴胺能神经元细胞膜膜的结构和功能产生损害）、兴奋性氨基酸毒性（如激活的M1可合成前列腺素E，抑制星形胶质细胞再摄取谷氨酸，从而增强谷氨酸能神经元的传递，对神经元产生兴奋性神经毒性）等作用来介导帕金森病的发生。

2.星胶质细胞的激活

星形胶质细胞是血脑屏障重要组成部分，其终足参与构成血脑屏障，维持血脑屏障的通透性，其胶质膜包裹着血脑屏障的脑毛细血管以维持血脑屏障的完整性，并积极控制脑血流，为神经元提供最佳微环境。此外，星形胶质细胞分泌的胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）可能在帕金森病中起到神经保护作用。在帕金森病动物模型中发现GFAP（胶质纤维酸性蛋白）阳性的星形胶质细胞增殖、胞体增大、突起增粗，并随着病程的进展逐渐从黑质网状部迁移至黑质致密部。提示星形胶质细胞在帕金森病中存在激活。激活后的星形胶质细胞分泌促炎因子，与血管内皮生长因子，共同激活血管内皮细胞，同时激活、分泌基质金属蛋白酶，破坏基底膜，使血脑屏障的通透性增加，从而介导外周免疫细胞进入中枢，并在中枢产生炎症效应。另外，胶质细胞激活可表达多种Toll样受体（Toll-like receptor，TLR），这些受体可与激活后的小胶质细胞分泌的细胞因子结合，放大炎症反应，导致多巴胺能神经元变性、坏死。

（二）外周免疫细胞的迁移、浸润参与帕金森病的发病过程

如上所述，胶质细胞的激活，血脑屏障的破坏，外周免疫细胞可侵入脑实质。研究发现，MPTP处理的小鼠黑质里有CD4+和CD8+T细胞选择性浸润，而没有发现B淋巴细胞。两种成熟T淋巴细胞免疫缺陷小鼠模型（Rag1-/-和TCRβ-/-）对MPTP诱发的多巴胺能神经变性的易感性明显降低。说明除了中枢胶质细胞激活外，外周免疫细胞如T淋巴细胞也介导帕金森发病进程中的神经炎症。一般认为，T淋巴细胞进入大脑是在小胶质细胞激活之后，星形胶质细胞增多之前发生的。Benner等人认为帕金森相关的蛋白质氧化修饰（如α-突触核蛋白的硝基化）可能会出现新的抗原表位，从而启动外周T细胞迁移，引起中枢强烈的神经炎症反应以及加速神经元退化。但是也有研究发现，CD4+CD25+调节性T细胞可通过抑制MPTP模型中的小胶质细胞的激活来发挥神经保护作用。

（三）炎症因子的释放参与帕金森病的发病过程

激活的胶质细胞以及从外周迁移至中枢的T淋巴细胞，可以产生大量促炎细胞因子，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）、干扰素-γ（IFN-γ）与趋化因子（CCL2、CXCL10等），以上促炎因子在帕金森病患者的黑质、纹状体、脑脊液中均可以检测到。在MPTP动物模型上阻断某一细胞因子或其受体，可以在一定程度上减轻炎症反应。

二、线粒体功能障碍

线粒体是真核细胞中具有双层膜性结构的细胞器，参与细胞的能量代谢（包括三羧酸循环、氧化磷酸化、大分子物质代谢、生成ATP等），被形象地称之为“动力工厂”。越来越多的研究表明，线粒体功能障碍造成的多巴胺能神经元死亡是引起帕金森病的主要机制。家族性帕金森可能是由于遗传基因（PINK1、Parkin、DJ-1等）的改变导致线粒体结构和功能异常，而散发性帕金森病则与环境中的神经毒素（MPTP、鱼藤酮及百草枯等）所引起的线粒体功能障碍相关。在临床中，以线粒体为治疗靶点的药物（辅酶Q10、单胺氧化酶抑制剂、肌酸、白藜芦醇等），在一定程度上，可以改善帕金森病的症状。线粒体功能障碍的主要表现有线粒体呼吸链功能障碍、ATP生成减少，活性氧生成增多，线粒体分裂、融合、自嗜缺陷，线粒体内钙稳态失衡，细胞的程序性死亡等。

（一）线粒体呼吸链功能障碍，ATP生成减少

无论是神经毒素造成的线粒体功能障碍，还是遗传因素（由编码线粒体蛋白的基因突变）引起的线粒体功能缺陷，最直接的影响是中断线粒体的能量生成，导致ATP的减少，从而导致依赖能量的多巴胺神经元的变性、坏死。

（二）活性氧生成增多

线粒体在生成ATP的同时，也会产生大量的活性氧（超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢等），生理状态下，这些活性氧可在胞内抗氧化酶（如超氧化物歧化酶，即SOD、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等）作用下清除，而在线粒体功能发生障碍时，活性氧生成和清除失衡。过多的活性氧对生物大分子（如核酸、蛋白质、脂质等）造成氧化损伤，加重多巴胺神经元死亡。而在转基因小鼠体内，以线粒体为靶点的过氧化氢的过表达能够降低MPTP等造成的活性氧类增加。

（三）线粒体分裂、融合、自嗜缺陷

线粒体处于高度运动状态，它的结构并不是一成不变的，它需要不断地分裂和融合，来进行自我更新，以适应细胞活动的需要，维持细胞稳态，此外，细胞也通过基因调控、线粒体自噬来清除衰老、功能缺陷的线粒体。病理状态下，线粒体自噬缺陷，导致功能障碍的异常线粒体集聚在细胞内，增加活性氧及凋亡因子，促进多巴胺能神经元变性坏死。在MPTP处理的小鼠模型及帕金森病患者尸检中发现，受损的神经元的胞质内可以发现大量的线粒体碎片。

（四）线粒体钙稳态失衡

钙稳态失衡也是线粒体功能障碍参与帕金森发病的重要环节。细胞内钙离子是重要的生物分子，作为第二信使，执行一系列的细胞过程（如信号转导等）。线粒体是细胞钙的缓冲器，参与钙的摄取、聚集、释放并调节胞质内钙的浓度。线粒体内钙离子的聚集，激活氧化磷酸化，生成ATP，为神经元的活动提供代谢保障。而线粒体内钙浓度升高，钙离子超载时，线粒体内活性氧及氧化应激增加，呼吸、膜电位及ATP生成降低。研究发现，黑质多巴胺能神经元中持续的线粒体Ca2+超载可能导致机体更易患帕金森病。

（五）细胞程序性死亡

细胞的程序性死亡也是细胞的一项基本生理过程。这对于促进个体生长发育、维持内外环境稳态极为重要。然而，细胞过度或不正常的程序性死亡可导致神经退行性疾病（Alzheimer、帕金森病等）的发生。线粒体在调节细胞的程序性死亡中起着重要的作用，当线粒体外膜通透性增加，线粒体会向胞质内异常释放一系列分子会激活胱天蛋白（如Caspase-9、Caspase-3）、促凋亡因子及细胞色素C的释放，介导细胞的程序性死亡途径。在MPTP小鼠体内，Bcl-2（Bcl-2原癌基因编码的线粒体蛋白）过表达能减轻黑质多巴胺能神经元退变。

三、氧化应激

氧化应激是细胞内氧化-抗氧化系统失衡而导致机体出现的一种应激损伤状态。大脑是耗氧量最大的器官，因此当机体发生氧化应激时，脑组织首当其冲。对帕金森患者进行尸检发现，黑质中一些氧化损害的标志物（包括脂质过氧化物丙二醛、过氧化氢、4-羟氧化物、铁等）含量明显增高，这反映了氧化应激参与帕金森病的发病过程。而涉及氧化应激包括多巴胺的自身代谢、抗氧化系统缺陷、线粒体功能障碍、神经炎症、离子超载等方面。

（一）多巴胺的自身代谢

黑质致密部的多巴胺能神经元选择性退化表明，多巴胺本身可能是氧化应激的来源。多巴胺作为一种极易氧化的物质还可发生非酶自动氧化，血液中的酪氨酸经转运系统转运至多巴胺神经元后，在酪氨酸羟化酶（TH）和芳香族氨基酸脱羧酶（AADC）催化下合成多巴胺，随后在囊泡单胺转运蛋白2（VMAT2）运输下储存于突触囊泡中，当神经元激活时，发放神经冲动（动作电位），囊泡与突触前膜融合，钙离子介导囊泡内多巴胺的释放，最后在多巴胺转运体（DAT）协助下，维持突触间隙内生理浓度的多巴胺。多巴胺通过儿茶酚-O-甲基转移酶（COMT）及单胺氧化酶（MAO）降解为二羟苯乙酸（DOPAC）及高香草酸（HVA）等代谢产物。当神经元受损时（或者给予左旋多巴治疗时），突触小泡外有过多的多巴胺，这些多巴胺通过单胺氧化酶氧化为半醌，伴随着具有细胞毒性的活性氧的产生，最终形成了神经黑色素在中脑黑质中积累起来。最近，研究表明，在小鼠体内增加多巴胺的吸收会导致氧化应激、神经元损伤和运动障碍。

（二）抗氧化系统缺陷

抗氧化系统对维持机体对抗氧化性损伤具有重要意义。体内抗氧化系统包括酶类抗氧化剂和非酶类抗氧化剂。前者包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化酶（GPH-Px）、谷胱甘肽还原酶（GPH-R）等；后者包括还原型谷胱甘肽（GSH）、维生素B、维生素C、维生素D等。当以上抗氧化系统能力下降时，脑组织对氧化应激反应更易感。研究发现，随着年龄的增加，SOD、GPH-Px、GPH-R、过氧化氢酶及GSH总体水平均会出现下降，而在帕金森患者黑质中GSHG水平的降低最为明显。

（三）线粒体功能障碍

在前文中已经讲述了线粒体功能障碍参与帕金森的发病，其中一项重要的环节是氧化应激。反过来讲，两者互为因果、恶性循环。当机体出现氧化应激时，线粒体也会出现功能障碍，从而介导帕金森病的病理过程。有研究表明，氧自由基的大量生成可继发于线粒体能量耗竭，如衰老可导致线粒体产生氧自由基增多。另一方面，氧自由基增加可导致线粒体蛋白及线粒体DNA（mtDNA）的损伤甚至突变，使线粒体氧化磷酸化功能降低。

（四）神经炎症

氧化应激会对黑质多巴胺能神经元造成损伤，加重帕金森病的病程，同时加重神经炎症，而越来越多的研究支持，神经炎症与帕金森病相关，小胶质细胞的激活是其中一个重要的环节。激活后的小胶质细胞除了释放炎性因子（如白介素1β、肿瘤坏死因子α、前列腺素E2等）外，还可以产生大量的自由基（ROS、RNS等），反过来又加重氧化应激。

（五）离子超载

氧化应激导致线粒体功能障碍，影响ATP的产生，阻碍了钙离子的转运，导致钙离子在胞质内持续聚集，严重时出现钙离子超载。钙离子的转运过程需要ATP提供能量，钙离子超载明显增加了钙泵的负担，消耗更大量的ATP，加重线粒体氧化磷酸化，导致大量的活性氧（超氧化物）的产生，损伤多巴胺能神经元。Gulizar-Madenci等人研究发现，帕金森病患者黑质中铁蛋白和转铁蛋白下降，铁和乳铁蛋白增加，帕金森病症状与血清铁和铁蛋白呈负相关。随后研究证实，铁含量的增加会导致活性氧及氧化应激的增加，并且已经被证明与帕金森病有关。铁的堆积能激发氧化应激反应，通过氧化应激产生大量的自由基。临床试验观察到，使用钙通道阻滞剂、铁螯合剂可以分别减少钙、铁在神经细胞内的堆积，在一定程度上能控制帕金森的症状。

四、细胞凋亡

细胞凋亡，也称为细胞的程序性死亡。随着对细胞凋亡及对帕金森病的研究。人们认识到帕金森病黑质多巴胺能神经元选择性丢失、死亡的机制可能与细胞凋亡有关。

（一）线粒体参与帕金森病细胞凋亡

线粒体通过Bcl-2凋亡蛋白家族、线粒体膜通透性转换、细胞色素C（CytC）、凋亡诱导因子（AIF）、Caspase等参与调控细胞凋亡。根据功能不同，凋亡蛋白可以分为两类：一类促进细胞凋亡（如Bax等）；另一类抑制细胞凋亡（如Bcl-2等）。研究表明Bcl-2可以有效抑制帕金森病细胞凋亡。而敲除Bax的基因突变鼠更易于抵抗MPTP的毒性。Bcl-2蛋白家族作用于线粒体渗透性转换孔，通过改变线粒体膜的通透性，进而介导细胞色素C（Cyt-c）和凋亡诱导因子（AIF）从线粒体中释放。细胞色素C是线粒体呼吸链电子转移过程中的重要成分，位于线粒体内膜上，具有促凋亡构象，当线粒体损伤后，作为应激传感器被释放到胞质中，引发细胞执行凋亡程序。凋亡诱导因子是线粒体释放的另一种促凋亡蛋白，位于线粒体膜中。从线粒体中释放出来的细胞色素C与胞质凋亡蛋白活化因子-1和原Caspase-9结合，共同调节Caspase蛋白。而凋亡诱导因子（AIF）对胞核的作用不需胞质凋亡蛋白活化因子-1和Caspase等辅助因子，而Caspase是一种天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶，目前已经证实Caspase的激活都发生在细胞凋亡之前，属于凋亡起始因子，被活化的Caspase蛋白酶激活后通过级联反应激活下游的Caspase效应分子（如Caspase-3诱导细胞凋亡分子机制中起关键作用），最后水解一系列底物，造成DNA降解，进入细胞凋亡的最终通路。

（二）p53、Bcl-2、c-myc等基因参与帕金森病细胞凋亡

p53是一种重要的抑癌基因，在正常细胞中p53含量较低，在受损细胞中含量升高。野生型p53基因表达产物可以促进细胞凋亡，而突变p53基因则抑制凋亡。动物实验发现，p53蛋白水平在6-OHDA诱导的小鼠凋亡的多巴胺能神经元中明显升高。Bcl-2基因编码Bcl-2蛋白能阻断多因素诱导的多类型细胞凋亡，Bcl-2家族共有15个成员，其中Bcl-2和Bcl-xL有拮抗细胞凋亡的作用，而Bcl-xs、Bax、Bad、Bag-1、Bak、Bid等则有促细胞凋亡的作用。c-myc是参与细胞凋亡调控的重要基因，当细胞营养条件较好时可以促进癌变，而在细胞营养条件较差时则诱导凋亡。

（三）细胞因子和神经营养素参与帕金森病细胞凋亡

研究发现，帕金森病患者脑脊液中肿瘤坏死因子（TNF-α等）、白细胞介素（IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6等）、转换生长因子（TGF-α、TGF-β等）等细胞因子水平显著升高，其可能通过凋亡机制参与帕金森病。而神经生长因子、胰岛素生长因子-1和碱性成纤维生长因子、脑源性神经营养因子、表皮生长因子等细胞生长因子水平升高，可能通过促进细胞生长、阻止凋亡而发挥神经保护作用。

五、自噬缺陷

大量实验研究表明自噬与帕金森病的发病密切相关。自噬是一种溶酶体依赖性的降解途径（ALP），是真核生物特有的生命现象，与泛素-蛋白酶体系统（UPS）一起在细胞新陈代谢中发挥着重要的作用。它是细胞通过（单层或双侧）膜结构吞噬细胞质或是细胞器形成自噬小体，然后运输到溶酶体，与之融合形成自噬溶酶体并在溶酶体水解酶作用下降解为小分子物质后释放至胞质的过程。通过自噬能清除细胞内有缺陷或多余的细胞器（是线粒体、内质网等细胞器再循环的唯一机制）并为机体提供必要的大分子物质和能量，维持细胞自身稳态和代谢平衡。自噬主要存在三种形式：大自噬、小自噬以及分子伴侣介导的自噬。大自噬（自噬最重要的一种形式，其特征标志是自噬小体的形成，主要对受损细胞器和长寿蛋白进行降解）、小自噬（没有自噬小体的形成，而是通过溶酶体膜包裹降解物后内陷进入溶酶体内，再由溶酶体内的多种水解酶对这些被吞噬的物质进行降解，主要是对无用细胞器进行选择性的降解）、分子伴侣介导的自噬（典型特征是具有选择性，热休克蛋白HSC70作为分子伴侣能特异性地识别并结合含有5肽序列-KFERQ的可溶性蛋白并形成复合物，然后被溶酶体相关性膜蛋白（LAMP-2a）识别、结合后将其转运到溶酶体进行降解）。上述自噬的三种形式相互协调，共同作用，维持细胞稳态。参与自噬分子调控基因及蛋白主要分为ULK1/Atg13、Vps34/PI3K-Beclin复合物、Atg5/Atg12和Atg8/LC3连接系统、Atg4/Atg7，涉及的通路有依赖mTOR途径（Ⅰ型PI3K/Akt和LKB1/AMPK等信号通路）和不依赖mTOR途径（Ⅲ型PI3K）、P53通路、Bcl-2蛋白家族等。

（一）帕金森病中的α-突触核蛋白自噬缺陷

在帕金森患者体内，α-突触核蛋白的结构由稳定的α-螺旋变为错误的β-折叠，最终导致异常聚集及神经变性。研究发现，可溶性α-突触核蛋白主要通过蛋白酶降解，不溶性及突变的α-突触核蛋白则通过自噬途径的激活来降解。自噬途径的抑制可导致α-突触核蛋白在细胞内的堆积，从而造成神经毒性，进一步抑制自噬作用，使得多巴胺能神经元的变性死亡陷入恶性循环。

（二）帕金森病中线粒体自噬缺陷

线粒体自噬是指机体中线粒体受到损伤或过多时被自噬体选择性清除，以维持线粒体正常数量和功能的过程。帕金森病的发生、发展与线粒体自噬密切相关，机体对受损或多余的线粒体清除障碍会导致线粒体功能缺陷，导致帕金森病的发生。

（三）帕金森病中内质网与自噬缺陷

内质网是真核细胞对生物分子（蛋白质、脂质等）进行合成、加工的一种细胞器，此外还参与细胞内信号的转导，离子的转运、储存，自噬。在折叠酶作用下，内质网可以对蛋白质进行折叠，当其折叠紊乱或其负荷过重时会引起内质网应激（未折叠蛋白反应）、自噬缺陷，可能导致帕金森病。

（四）帕金森病中溶酶体与自噬缺陷

上述自噬环节中，溶酶体参与自噬小体的形成，并且三种形式的自噬（大自噬、小自噬及分子伴侣介导的自噬）最终都由溶酶体内的水解酶发挥作用。当溶酶体障碍时，必然会影响细胞自噬功能，导致异常蛋白质及受损细胞器等在细胞内大量聚集，引发多巴胺能神经元死亡。

（五）帕金森病中相关基因突变导致自噬缺陷

SNCA、PINKI、Parkin、DJ-1、LRRK2、GBA、ATP13A2、VPS35等基因的改变，通过自噬缺陷参与帕金森病。SNCA主要编码α-突触核蛋白（α-synuclein），参与帕金森病中的α-突触核蛋白自噬缺陷。PINK1和Parkin分别编码PINK1蛋白和Parkin蛋白，且PINK1位于Parkin的上游，共同作用，参与线粒体自噬的调节，帕金森病患者中PINK1和Parkin突变，线粒体自噬清除作用被抑制，导致受损线粒体清除障碍，受损线粒体在细胞内堆积，活性氧大量产生造成神经元损伤。同样，DJ-1也通过线粒体自噬，参与帕金森病的发病机制。LRRK2基因编码LRRK2蛋白，可参与分子伴侣介导的自噬途径降解，而帕金森病中LRRK2突变可以抑制该途径，导致α-突触核蛋白在神经元内堆积。GBA基因（编码的葡糖脑苷脂酶）、ATP13A2基因（编码一个溶酶体的ATP酶）及VPS35（编码一种retromer复合体）突变，可以降低溶酶体酶降解能力，导致体内α-突触核蛋白的堆积神经元的死亡。

六、溶酶体功能障碍

溶酶体最初是由Christian de Duve在1955年提出的，它是真核细胞中单层膜包被的囊状结构的细胞器。溶酶体的形态、大小和数量取决于细胞类型以及底物的性质、数量和大小。溶酶体通过质子泵来维持较低的pH（4.5～5.5）。在溶酶体中有60多种水解酶（包括核酸酶、磷酸酶、糖苷酶、蛋白酶、肽酶、脂肪酶和硫酸盐酶等）、100多种膜相关蛋白（Lamp-1，Lamp-2）和完整的膜蛋白（包括受体、转运蛋白、锚定蛋白和酶等）。大分子通过不同的途径到达溶酶体腔。细胞外的物质由内吞、吞噬和自噬进入溶酶体腔。受损细胞或碎片等大分子被吞噬溶酶体的吞噬体所隔离，从而导致了内容的消化。通过自噬，哺乳动物细胞可以清除长寿和功能失调的蛋白质，错误折叠蛋白，以及不溶的聚合或致病性蛋白（如tau蛋白和α-突触核蛋白等）。研究表明帕金森的病理机制涉及溶酶体功能障碍，当自噬体与溶酶体融合失败，溶酶体内水解酶缺乏和分子伴侣或溶酶体膜受体的功能异常时，可能会导致多余的细胞清除障碍而异常聚集，最后导致多巴胺能神经元死亡。GBA基因突变，导致其编码葡糖脑苷脂酶（一种溶酶体水解酶）功能缺陷，从而抑制了葡萄糖酰胺转化为葡萄糖和神经酰胺的生化过程，导致溶酶体功能障碍，神经元内葡萄糖酰胺基α-突触核蛋白异常聚集，使得多巴胺神经元变性死亡。同样地，编码溶酶体ATP酶的ATP13A2基因（PARK9）突变，会引起溶酶体功能障碍，导致了一种罕见的非典型的、青少年型常染色体隐性遗传的帕金森病（Kufor-Rakeb综合征）。MPD1（鞘磷脂磷酸二酯酶1）基因编码一种溶酶体酶aSMase，它可以将神经鞘磷脂转化为神经酰胺。而该基因突变导致溶酶体功能障碍，引发尼曼-皮克病（鞘磷脂沉积病）的同时，增加了帕金森病的患病风险。近年来，脑脊液中溶酶体标记物，如GCase、aSMase和Lamp-2，可以反映帕金森病中溶酶体功能障碍。

七、泛素-蛋白酶系统功能障碍

除了上述自噬溶酶体系统（ALP）外，泛素-蛋白酶体系统（UPS）是蛋白质（主要是寿命较短、变性、氧化损伤、错误折叠、异常聚集以及翻译后损害的蛋白）降解的另一途径。泛素是由76个氨基酸残基组成的一种高度保守的蛋白质。泛素（单体）经过一系列级联反应形成多聚泛素链，然后在连接酶作用下与底物连接以便蛋白酶体（具有多种蛋白水解酶活性的复合体）识别、降解。多聚泛素链最后被释放出来并由泛素羧基水解酶水解为泛素单体，从而完成泛素循环。研究表明，泛素-蛋白酶体系统功能障碍会导致未及时降解掉的异常蛋白质（如α-突触核蛋白）在细胞内堆积，产生有害成分及自由基，诱发氧化应激，使黑质多巴胺能神经细胞变性、死亡，最终导致帕金森病的发生。在MPTP或6-OHDA诱导的动物模型中，使用蛋白酶体抑制剂，可以对神经元产生保护作用。除了降解蛋白质（有些降解产物还参与抗原提呈）外，泛素-蛋白酶体系统还可以降解许多细胞因子、信号转导分子和转录调节因子，从而参与调节细胞周期、凋亡、DNA损伤修复、机体免疫等生理和病理过程。当泛素-蛋白酶体系统发生功能障碍时，以上环节都可以受损。Parkin、PINKI、Fbxo7等基因突变，也是通过影响泛素-蛋白酶体系统而参与帕金森的发病过程。

八、兴奋性毒性

兴奋性氨基酸（主要包括谷氨酸、天门冬氨酸）是广泛存在于哺乳类动物中枢神经系统的正常兴奋性神经递质，主要参与突触兴奋传递、学习记忆形成及多种变性疾病的发生。它们主要存在突触前膜的神经末梢内，由电压门控依赖的钙通道调控其释放至突触间隙，作用于突触后膜上的受体（NMDA受体、AMPA受体、KA受体、LAP4受体、代谢型受体）发挥生物学效应，突触间隙中的兴奋性氨基酸可由特异性酶分解或由转运体（位于神经元细胞和胶质细胞膜上）摄入后被迅速灭活。过量的兴奋性氨基酸对其受体的过度活化会引起神经元的损伤直至死亡，称之为兴奋性神经毒性。近年的研究显示，兴奋性毒性作用是帕金森病的发病机制之一。

（一）离子型谷氨酸受体（NMDA，AMPA、KA）过度激活产生兴奋性毒性

NMDA受体包含三种亚型：NR1、NR2和NR3。这些受体对阳离子（Na+、K+、Ca2+，尤其是Ca2+）具有通透性，主要负责Ca2+的内流。Ca2+作为第二信使，协同参与NMDA受体的多种生理功能。异常状态时，神经元周围聚集较多的谷氨酸时，NMDA受体过度兴奋，导致Ca2+内流增加、钙超载，大量Ca2+与钙调蛋白结合，激活一氧化氮合酶（NOS），使一氧化氮（NO）产生增加，产生大量的氧自由基，导致神经元的氧化损伤、变性坏死。与此同时，过度兴奋的DMDA受体还可以使Na+的通透性增加，Na+的大量内流，细胞膜膜电位发生变化，继发性引起Cl-和H2O大量内流，造成神经元水肿，甚至死亡。AMPA受体与NMDA的机制相似，它有四种不同亚型，参与Na+、K+、Ca2+的转运并调节快速的突触传递。KA受体有五种亚型，主要对钠和钾有通透性。最近的证据表明，KA受体不仅可以促进兴奋毒性，还可促进小胶质细胞激活和神经炎症，从而促进了帕金森病的神经退化。

（二）代谢型谷氨酸受体（mGlu1～8）过度激活产生兴奋性毒性

根据其序列相似性、信号转导机制的不同，代谢型谷氨酸受体分为三组：组Ⅰ（mGlu1和5）受体、组Ⅱ（mGlu2和3）和组Ⅲ（mGlu4、6、7和8）。组Ⅰ与磷脂酶C激活相结合，并调节突触后兴奋效应及钾、钙离子通道。组Ⅱ和组Ⅲ受体位于突触前，与腺苷酸环化酶负相关，并抑制环磷酸腺苷（cAMP）的形成及谷氨酸的释放，从而减少谷氨酸的兴奋毒性。研究发现，在老鼠的大脑小胶质细胞中有谷氨酸受体，尤其是AMPA、KA和mGlu（组Ⅰ和Ⅲ）的表达，提示谷氨酸兴奋性毒性可能调节促炎细胞因子的释放。

九、钙稳态失衡

钙离子作为细胞内第二信使，参与细胞的诸多功能，如细胞增生、有丝分裂、囊泡的融合及释放、神经传导（神经递质的释放）、肌肉收缩和舒张、基因转录、细胞的信号转导（信号通路）等。神经元内钙稳态的维持涉及Ca2+跨膜转运和细胞内Ca2+摄取、释放和结合等过程的动态平衡。Ca2+浓度增加主要通过细胞膜上电压门控钙通道、受体门控钙通道以及细胞内（内质网）钙库的释放。Ca2+排出则主要通过质膜钠钙交换、质膜和内质网钙泵以及钙结合蛋白。电压门控依赖型钙通道（VGCC）根据电生理特性，分为高电压型（L、N、P/Q及R型）和低电压型（T型）。其中最常见的是L-型钙通道，它有4个家族成员：Cav1.1（骨骼肌）、Cav1.2（心肌、平滑肌）、Cav1.3（大脑）、Cav1.4（视网膜）。近年来研究表明，黑质多巴胺能神经元的钙通道主要为Cav1.3型，伊拉地平（对Cav1.3型钙通道亲和力较高）能减轻MPTP模型的运动受损及神经元的死亡。神经元内钙稳态失衡（钙超载）导致帕金森病的可能机制有以下几点：

（一）钙超载引起氧化应激

细胞内钙离子病理性增多，通过氧化应激反应，产生大量的活性氧和氮（ROS和RNS），引起多巴胺神经元死亡。

（二）钙超载引起线粒体功能障碍

钙超载加重了能量的消耗，产生大量自由基（ROS），抑制线粒体复合物Ⅰ活性、丙酮酸脱氢酶和三羧酸循环中涉及的关键酶，从而导致线粒体功能缺陷，能量中断，ATP耗竭。钙超载还能激活一氧化氮合酶（NOS），在线粒体内形成过氧化物，改变线粒体膜的结构，触发线粒体通透性过渡孔释放促凋亡蛋白及细胞色素C，导致神经元凋亡。

（三）钙超载引起细胞凋亡

超载的钙离子直接激活Ca2+依赖性酶，如磷酸化酶、核酸酶、半胱天冬酶（Caspase）等，通过级联反应作用于细胞内骨架蛋白、转录因子、修复调节因子以及细胞周期调节蛋白或直接作用于DNA分子引起细胞凋亡。

（四）钙超载介导兴奋性氨基酸毒性

钙超载可以促使谷氨酸等兴奋性氨基酸的释放，并通过调节NMDA受体功能，加剧了兴奋毒性和神经元死亡的恶性循环。

（五）钙超载引起α-突触核蛋白聚合

最近由剑桥大学领导的国际研究团队发现，神经元内的钙离子可以介导突触囊泡与α-突触核蛋白之间的相互作用（当神经元中的钙离子水平升高时，α-突触核蛋白可以在多个位点与突触囊泡结合，导致囊泡聚集），并且细胞内的钙离子和α-突触核蛋白存在平衡关系，当钙离子超载时，平衡就会紊乱，α-突触核蛋白开始聚集，导致帕金森病。

十、朊病毒样假说

朊病毒是一类可自我复制并具有感染性的，不含核酸蛋白质因子。朊病毒疾病发病机制是蛋白质的错误折叠，这些错误折叠的蛋白（或朊病毒）像传染病一样的方式可在细胞间传播。目前发现的人类朊病毒疾病有库鲁病（Kuru）、克-雅病（CJD）等。帕金森病是一种与错误折叠、聚合和病态蛋白质（α-突触核蛋白）相关的神经退行性疾病之一。有人提出α-突触核蛋白形成的路易小体可以像朊病毒一样在细胞间播散。

研究发现，α-突触核蛋白在肾脏、肝脏、心脏、血细胞中均有表达，除了α-突触核蛋白外，核蛋白家族还有β-突触核蛋白和γ-突触核蛋白，它们与α-突触核蛋白的同源性分别为63%、55%。结构上，α-突触核蛋白可以被分为三个区域：N端部分（包含7个不完全重复的11个氨基酸具有高度保守的KTKEGV序列，并且倾向于形成α-螺旋结构）、NAC区域和C端部分。体内的伴侣、蛋白酶和细胞清除系统参与蛋白质的折叠。α-突触核蛋白是一种高度展开的蛋白质，因此这可能是它倾向于聚集的原因。研究发现，C端通过与N-端和NAC区域发生相互作用，可以稳定α-突触核蛋白的无序结构，而在C端区域最后20个氨基酸的缺失会促进了α-突触核蛋白的快速聚合。SNCA基因突变时，α-突触核蛋白的由α螺旋结构转变为β折叠，从而易于聚集。2003年，德国的Heiko Braak教授基于对大量尸体解剖的研究，提出了一种假说（Braak分期），认为帕金森病是一种慢性渐进性疾病，病理受累情况（病变部位）并不仅仅局限在中脑黑质，而是遵循一定的顺序发展。这一发现引发了一种观点（朊病毒样假说），即病理性α突触核蛋白可以像朊蛋白一样不断侵犯邻近的正常神经组织，并将这病理改变扩散下去。具体的扩散顺序遵循以下的Braak病理分期。

Braak病理分期以下6期，第Ⅰ期：病变累及（周围的）自主神经系统、嗅觉系统（嗅球、前嗅核）、延髓（迷走神经背核）；第Ⅱ期：病变除了累及Ⅰ期外，还累及脑桥（蓝斑核、中缝核）、脊髓灰质（自主神经中枢）；第Ⅲ期：病变除了累及Ⅰ、Ⅱ期外，还累及脑桥（脑桥核）、中脑（黑质致密部）、基底前脑（基底核）、边缘系统（杏仁体的中央核）；第Ⅳ期：病变除了累及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期外，还累及边缘系统（杏仁体的基底外侧核和副皮质核、终纹间位核、腹侧屏状体）、丘脑（板内核）、颞叶皮层（前内侧颞叶中间皮质、海马CA2区）；第Ⅴ期：除了累及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期外，还累及高级感觉联合区新皮质和前额叶；第Ⅵ期：除了累及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ期外，还累及一级感觉联合区新皮质、运动前区，可有初级运动皮层和初级感觉皮层的轻度受累。根据Braak病理分期及临床症状可将帕金森病程分为生理前期（易感基因携带状态）、临床前期（BraakⅠ～Ⅱ期）、临床期（BraakⅢ～Ⅵ期）。按照Braak病理分期学说，α-突触核蛋白聚集起始于嗅球和迷走神经背核，沿着脑干逐渐向上向前发展，首先出现嗅觉减退、自主神经功能障碍、快速眼动睡眠期行为障碍（RBD）等非运动症状，而当α-突触核蛋白扩散至中脑黑质纹状体等部位时，即可出现帕金森病的运动症状（运动迟缓、静止性震颤、肌强直、姿势平衡障碍）。

十一、多巴胺转运体和囊泡转运蛋白异常表达

多巴胺转运体（DAT）是位于中枢多巴胺能神经元突触前膜的一种细胞膜蛋白，它是Na+、Cl-依赖性同向跨膜转运体，其主要的生理功能是从突触间隙中再摄取多巴胺进入突触前末梢，控制多巴胺能递质作用的时间、范围、程度，从而维持多巴胺能神经元中多巴胺的稳态，此外，DAT还可转运多巴胺能神经毒性物质（如MPP+）。随着神经影像学及示踪技术的发展，对DAT的研究越来越深入，研究发现，帕金森病患者早期可以出现DAT代谢障碍（DAT水平低下），这些提示与帕金森发病密切相关。原位杂交分析表明，DAT mRNA专一地表达在多巴胺能神经元胞体和树突区，其中在黑质和腹侧被盖区表达水平很高，SPECT及PET功能显像研究发现，DAT在黑质、基底节（壳核和尾状核）、丘脑分布最多。近些年发现，人外周血淋巴细胞的胞膜上也有DAT的表达（只是表达量较中枢明显降低），参与维持外周血多巴胺的浓度。

参与多巴胺代谢过程的囊泡转运蛋白也叫囊泡单胺转运体（或囊泡单胺转运蛋白），其有两种亚型VMAT1（主要在外周组织中表达）和VMAT2（主要在脑内表达）。2型单胺囊泡转运体（VMAT2）主要位于中枢神经系统多巴胺能（有些位于去甲肾上腺素能、肾上腺素能、5-羟色胺能、组胺能）神经元末梢内，其生理功能是依赖质子泵将神经元胞质合成和多巴胺转运体再摄取的单胺类神经递质（如多巴胺）转运并储存在囊泡中。此外，VMAT2可能通过清除毒物进入囊泡而保护神经元。在中枢神经系统，VMAT2在尾壳核、黑质、被盖腹侧区、蓝斑、中缝核群、孤束核、中脑、脑干腹侧部、下丘脑和嗅球都有表达，其中在尾壳核、黑质、被盖腹侧区等部位表达较高，而在大脑皮质少量表达。实验发现，在VMAT2基因敲除的杂合子小鼠黑质多巴胺能神经元、多巴胺和DAT明显减少，表明VMAT2低表达可以增加小鼠对MPTP的毒性易感性（与DAT/VMAT2的比值呈正相关）。有实验发现帕金森患者VMAT2的mRNA水平较正常对照组明显降低，且VMAT2的表达可以通过刺激cAMP依赖的信号传递途径下调。这些都提示多巴胺转运体和囊泡转运蛋白异常表达引起的数量及功能缺陷与帕金森的发病有关。

帕金森病是继痴呆后的第二常见的神经系统退行性疾病，也是最常见的运动障碍疾病。自1817英国学者James Parkinson首先描述该病到现在，人们对帕金森病的研究取得了很大的进展。然而，帕金森病的病因和发病机制方面还需要进一步探讨，我们相信随着其确切致病机制的发现，有望会为帕金森病的早期诊断和治疗带来新的生机和重大突破。

（朱晓冬）

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