课件：神经变性病.ppt

神经变性病 Neurodegenerative disorders,鲁玲玲 神经生物学系 2012-11-13,教学目的与要求,1.了解神经元变性与神经变性病之间的关系及影响神经元变性的因素 2.了解神经变性病的分类 3.掌握帕金森病的发病机制、特征性病理改变及治疗研究的新进展,参考书目,韩济生主编神经科学原理第二版 北京医科大学出版社 吴俊芳 等主编现代神经科学研究方法中国协和医科大学出版社,神经变性病,神经元变性 (Degeneration of Neuron),变性(degeneration)系指细胞或间质内出现异常物质或正常物质的量显著增多，并伴有不同程度的功能障碍。,1、细胞水肿(cellular swelling)或水变性 (hydropic degeneration)颗粒变性 2、脂肪变（fatty change / degeneration) 3、玻璃样变(hyaline degeneration) 又称透明变性 4、色素沉积,一般的细胞变性:,胞体肿胀、水肿或胞体皱缩、核固缩、脂肪变性、脂褐素沉积,特殊性改变:,尼氏小体溶解 神经原纤维变性 各种细胞内包涵体、轴索及髓鞘变性,尼氏小体溶解,尼氏小体(Nissl body),神经细胞胞浆内散在的嗜碱性颗粒。,Franz Nissl,(1860 1919),粗面内质网和核糖体,神经原纤维变性,神经原纤维 Neurofibril,23m,神经丝（neurofilament）,神经微管（neurotubule）,微丝（microfilament）,神经原纤维缠结,老年斑,一个淀粉样变微丝构成的核心，外围环绕嗜银的变性神经元残留的轴突及树突，最外层为反应性星状胶质细胞包绕。,微管(microtubule),微丝 (microfilament),神经丝(neurofilament),路易氏包涵体(Lewy body),平野氏小体 (Hirano body),病毒包涵体 (Negri body ),拉福拉氏包涵体(Lafora s body ),包涵体（Inclusion body）,何谓包涵体？,在病毒感染寄主细胞时，对被感染细胞进行染色，则可观察到细胞内有明显区别的大小不等的颗粒状结构体。这些结构体总称为包涵体。包涵体多为圆形、卵圆形或不定形,属于蛋白质性质。,轴索及髓鞘的变性,轴索由胞浆内发出的神经原纤维构成,无髓纤维,有髓纤维,神经髓鞘变性又称髓鞘脱失。髓鞘脱失区局部神经组织疏松肿胀，早期可见小胶质细胞吞噬和清除髓鞘崩解产物；陈旧病变则髓鞘完全消失，神经胶质细胞增生修复。,轴索损伤后出现全长变性，银浸润法染色表现为染色不均，多处梭形肿胀、有弯曲、结节或泡状结构形成，继而断裂，解离为颗粒状碎屑，最后完全消失。,髓鞘,Alan peters,神经元变性,神经元（包括细胞体及其胞突）在传入通路(顺向性）或传出通路（逆向性）损伤以后出现的病理变化。,神经变性病的分类,根据病理损害的范围以及临床症状的现象学来区别 大脑皮层变性：AD,Pick病，Creutfeldt-Jakob病 锥体外系变性：PD（帕金森病）, Huntington病，Hallervorden-Spatz病，Wilson病（肝豆状核变性），PSP（进行性核上型麻痹） 脑干小脑变性：包括各种小脑型共济失调、脊髓小脑变性、橄榄-脑桥-小脑变性等 脊髓变性：包括进行性痉挛性截瘫、进行性后索变性、后侧索联合变性、Friedreich共济失调等 运动系统变性：包括各种运动神经元病，如肌萎缩侧索硬化（ALS）、进行性脊髓性肌萎缩（SMA）、进行性球麻痹等 自主神经系统变性：Riley-Day症候群（全自主神经功能不全）、Shy-Drager症候群 多系统变性（MSA）：包括上述1、2、3、6等的混合类型,影响神经元变性的因素,遗传基因的突变 线粒体能量代谢缺陷 活性自由基分子生成过多 兴奋性氨基酸释放过度 钙离子通道开放与钙离子内流 蛋白磷酸化和蛋白糖基化作用 神经营养因子类缺乏,遗传基因的突变,神经变性病的某些类型起因于遗传基因的突变，通过分子遗传学的方法，其中有些疾病已经鉴定了其基因产物。 Huntington病：4p16.3 huntingtin蛋白 Friedreich共济失调：9q12-13 ataxin蛋白 Parkinsons disease： 4q21-23 parkin蛋白,线粒体能量代谢缺陷,PD:病人脑中有线粒体DNA的缺损，肌肉线粒体中有复合酶、的缺失。MPTP AD:病人的血小板中也发现有复合酶的缺失。 Huntington病：有线粒体损害的证据。 线粒体能量代谢缺陷是神经变性病发病机理中的一个关键性因素。,活性自由基分子生成过多,活性自由基是指原子核外层轨道上带有不配对的电子。常见的自由基有O2- OH-H2O2。 PD: 病人脑中黑质区的脂质过氧化活性增高，GSH活性下降，线粒体中SOD活性增加，及O2H2O2浓度增高，提示其发病可能与活性自由基分子生成过多有关。 AD:也有人报道有氧自由基的改变。 Huntington病：有氧自由基的改变。,兴奋性氨基酸释放过度,兴奋性氨基酸（EAA）包括：谷氨酸、天冬氨酸和衍生的红藻氨酸、使君子氨酸、鹅膏 氨酸、N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA)。他们的浓度过高对神经细胞的毒性作用是众所周知的事实。 在神经变性病中， 有很多证据说明，EAA的过渡释放对神经细胞的毒性。 Huntington病中，病人的脑组织生化分析发现：谷氨酸的脱羧基产物r-氨基丁酸和谷氨酸脱羧酶（GAD）活性减低， r-氨基丁酸受体明显减少。 动物纹状体注入谷氨酸或NMDA受体激动剂，产生类似Huntington病的动物模型。 Alzheimers病人脑组织中，神经原纤维缠结比较多的部位，往往与谷氨酸能神经元比较多的部位相吻合。 在运动神经元病人体液中，常可见到谷氨酸和N-乙酰天冬氨酸含量增多。,钙离子通过开放与钙离子内流,近年来应用斑片钳技术，已经阐明阳离子流动与兴奋性 氨基酸释放有密切联系，尤其是NMDA和AMPA受体联结的离子通道的开放和Ca2+向神经细胞内流动常呈偶联关系。 在生理状态下，许多钙激活的活性酶类，如PKC、NO合成酶和某些核酸内切酶等，都有激活Ca2+通道开放和促进Ca2+内流的功能。 在病理状态下，如脑缺血后的神经元迟发性坏死，其主要机理就在于脑组织缺血后神经元膜上能量供应不足，使得细胞膜长期处于去极化状态，引起大量兴奋性氨基酸释放和NMDA受体被激活，导致钙通道开放而Ca2+大量内流，致使神经元变性和坏死。 脑缺氧、水肿、中毒及惊厥发作 有多人报到某些慢性变性病于离子通道结构和功能异常有关。如低钾性周期性麻痹：钙通道上二氢吡啶受体突变；高钾性周期性麻痹：钠离子通道异常；AD：NFT生成是由于神经细胞内Ca2+水平过高，又不能和钙结合蛋白相结合，以致细胞内微管相关蛋白等骨架蛋白结构失调所造成的。,蛋白磷酸化和蛋白糖基化作用,在Alzheimer病人脑中神经原纤维缠结的主要成分微管相关蛋白tau是一种高磷酸化蛋白，与正常胎脑中的tau蛋白相比具有较多的磷酸基。 近年来又有人报道在该病人脑中的异常磷酸化tau蛋白的生成，与蛋白分子上聚糖的结合有关，糖基化作用不仅能促进tau蛋白生成双股螺旋丝并保持其稳定性，而且与该病的另一病例特征b淀粉样蛋白在脑和神经中的累积也有关。,神经营养因子类缺乏,近年来由于神经营养因子的发现和鉴定，而且，由于一些神经营养因子用于某些动物模型治疗取得了一定的疗效，因此，有人主张神经元变性可能是起因于发育其中靶器官释放的营养因子缺乏或不足。 这一假说有一些间接的证据，但是直接的神经营养因子或其受体在病理组织中的缺失尚未见到报道。,Parkinsons disease 帕金森病,邓小平（1904-1997）,阿道夫希特勒(1889-1945),约翰保罗二世 （1920-2005）,中国的帕金森病患者有170万，55岁以上患病率1%,在1996年由欧洲帕金森病协会决定将每年的4月11日订为世界帕金森日.每年的4月11日世界各地都会举办有关帕金森病的活动，推动社群对帕金森病患者的支持和了解，并向帕金森病患者传送关怀和关注的信息。,世界帕金森日,AN ESSAY ON THE SHAKING PALSY CHAPTER I DEFINITION-HISTORY-ILLUSTRATIVE CASES SHAKING PALSY (Paralysis Agitans),Monograph by James Parkinson 1817,Parkinson(1817)首先描述,DR. JAMES PARKINSON (1755 - 1828),“Involuntary tremulous motion, with lessened muscular power, in parts not in action and even when supported; with a propensity to bend the trunk forwards, and to pass from a walking to a running pace: the senses and intellect being uninjured.“,帕金森病的概念,帕金森病 (Parkinsons disease, PD) 又名震颤麻痹 (paralysis agitans) 中老年常见的 神经系统变性疾病,以黑质多巴胺(DA)能 神经元变性缺失 & 路易体(Lewy body) 形成为特征,帕金森病的概念,运动障碍疾病 (movement disorders) 锥体外系疾病 (extrapyramidal diseases) 表现随意运动调节功能障碍 肌力感觉小脑功能不受影响,临床表现 静止性震颤 运动迟缓 肌强直 姿势步态异常,1983年对中国6个城市的调查，帕金森病患病率为34.8/10万；2001年，上海60岁以上人群患病率1.13%。 帕金森病发病有种族差异。白人最高，黑人最低，黄种人居中。 年龄越大，患病风险越高。50岁时发病率10/10万，80岁时，200/10万。 国内1986年，29省：0-50岁患病率0.7/10万。患病高峰70-79岁157.6/10万，80岁以后132/10万,两性发病无显著差异,流行病学,包括,静止性震颤,运动迟缓,肌强直,姿势步态异常,帕金森病主要的临床特点,临床表现- 一般特点,多在60岁后发病 偶有20余岁发病者,起病隐袭 缓慢进展 逐渐加剧,临床表现- 一般特点,症状常自 一侧上肢开始 波及同侧下肢 对侧上肢及下肢 呈“N”字型进展 (65%70%),25%30%的病例 自一侧下肢开始 双下肢同时开始者极少见,主要临床表现,静止性震颤 肌强直 运动迟缓 姿势步态异常,运动迟缓(10%),首发症状,肌强直(10%),步行障碍(12%),震颤 (60%70%),临床表现- 1. 静止性震颤(static tremor),拇指与食指“搓丸样” (pill-rolling)动作 节律46Hz,60%70%为首发症状 一侧上肢远端(手指)开始 逐渐扩展到同侧下肢 &对侧肢体 最后累及下颌唇舌头部,静止性震颤,安静时出现 随意运动减轻 紧张时加剧 入睡后消失,临床表现- 1. 静止性震颤(static tremor),少数患者 尤其70岁以上发病者 可不出现震颤 部分患者可合并 姿势性震颤,临床表现- 2. 肌强直(rigidity),屈肌&伸肌均受累 被动运动关节 阻力始终增高 似弯曲软铅管 (铅管样强直),若伴震颤 感觉均匀阻力 有断续停顿 似转动齿轮 (齿轮样强直) 肌强直&静止性震颤 叠加所致,临床表现- 2. 肌强直(rigidity),肌强直须与 锥体束受损 肌张力增高 (spasticity)区别,被动运动关节 开始阻力明显 随后迅速减弱 (折刀样强直) 常伴腱反射亢进 &病理征,临床表现- 3. 运动迟缓(bradykinesia),因肌张力增高 姿势反射障碍 使起床翻身 步行变换方向等 运动迟缓,临床表现- 3. 运动迟缓(bradykinesia),表情肌活动少 双眼凝视 瞬目减少 呈面具脸 (masked face) 流涎,临床表现- 3. 运动迟缓(bradykinesia),随意动作减少 始动困难,做序列性动作困难 不能同时做多个动作,手指精细动作 (系纽扣鞋带等) 困难&僵住,小写症(micrographia),临床表现- 3. 运动迟缓(bradykinesia),临床表现- 4.姿势步态异常,早期下肢拖曳 之后小步态 启动困难 上肢摆动消失,转弯-平衡障碍,站-屈曲体姿,行-步态异常,临床表现- 4.姿势步态异常,转弯时躯干僵硬 用连续小步 使躯干与头部一起转动,晚期自 坐位卧位 起立困难 小步前冲 慌张步态 (festination),病因迄今未明 特发性PD (idiopathic Parkinsons disease),发病机制十分复杂 可能与下列因素有关,病因及发病机制,病因及发病机制,1. 年龄老化 黑质DA能神经元 酪氨酸羟化酶(TH) 多巴脱羧酶(DDC)活力 纹状体DA递质 随年龄增长逐年减少 但发病者仅占老年人极少数 只是PD发病促发因素,病因及发病机制,2. 环境因素 80年代初美国加州 一些吸毒者因误用 一种吡啶类衍生物 1-甲基4-苯基 1, 2, 3, 6-四氢吡啶 (MPTP)而发病,给猴注射后出现 酷似人类特发性PD的病变行为症状 生化改变 药物治疗反应,MPTP在脑内 通过一系列生化反应 导致DA能神经元变性 环境中与MPTP 分子结构类似的 工农业毒素 可能是PD的病因之一,病因及发病机制,3. 遗传因素 PD在一些家族中 呈聚集现象 约10%的PD患者 有家族史 呈不完全外显率的 常染色体显性遗传,少数家族性PD与 a-突触核蛋白 (a-synuclein)基因 Parkin基因突变 密切相关,遗传因素学说- 1. A-synuclein,1996, 意大利裔的家系中发现, 定为第一个PD 致病基因 (Science 1996, 274: 1197-9),Synuclein最早分离于加利福尼亚电鳗鱼的放电器官， 由143aa 构成的神经特异性蛋白，主要位于突触与核膜。 该蛋白序列保守，人类Synuclein家族由 三个成员构成。,Synuclein=synapse+nucleus envelope,- and -synuclein,Jakes et al. isolated a second member of the human synuclein family, -synuclein. Like A-synuclein, this protein is expressed predominantly in the brain, where it is concentrated in presynaptic nerve terminals. It consists of 134 aa and is the human ortholog of brain-specific bovine phosphoneuroprotein 14 (PNP14) that is also localized in central nervous system (CNS) synapses and seems to be regulated by phosphorylation.,The third member of the human synuclein family, the 127-aa -synuclein , was cloned by homology and is expressed in adult brain, including the substantia nigra, but also in ovarian tumors.,Figure 1. The human synuclein family. The different synucleins are represented as a bar. Amino acid positions are indicated at the bottom. The N-terminal amphipathic region, the hydrophobic NAC region, and the acidic tail are separated by vertical dashed lines and are differently hatched. The -112 splice variant of -synuclein (lacking 28 amino acids within the acidic tail) as well as and -synuclein are shown. The NAC region of -synuclein lacks 11 central amino acids (residues 7383). The degree of amino acid identity compared to -synuclein, according to cross-species consensus sequences 141, is given as a percentage below eachdomain.,Figure 1. Amino acid alignment of the synuclein family in different species. The a-synuclein protein sequence is highlighted by coloured bars indicating the defined functional regions. The protein fragment present in the senile plaques of patients with Alzheimers disease (NAC) is incomplete in b-synuclein. N and C define the N-terminus and the C-terminus of the protein, respectively. The positions of the repeat motifs are indicated by numbers and the sites of the Ala30Pro and A53T mutations are highlighted with red arrows.,A53T Ala 53 Thr 209 G to A Italian-American Greek kindred A30P Ala 30 Pro 88 G to C German kindred. Triplication Iowan kindred,MUTATIONS,-Synuclein的积聚 单体寡聚体短纤维长纤维的积聚 积聚纤维解聚 长纤维短纤维颗粒 状的蛋白寡聚体,遗传因素学说- 2. Parkin,develop PD at an earlier stage Parkin at its C-terminus contains two ring finger motifs which are thought to help add ubiquitin to proteins.,Fig. 1. (A) Species alignment and mutations found in human parkin. The parkin gene is highly conserved across species. At the amino acid level, parkin is highly homologous among different species. In particular Lys48, which is the critical residue forming branched polyubiquitin chains, is conserved between human, mouse, rat and Drosophila species. A Drosophila parkin orthologue has been identified and shares 42% homology with its human counterpart, suggesting an important function for parkin also in Drosophila. Interestingly, Drosophila parkin seems to lack its PDZ binding motif, questioning the possibility of its interaction with CASK. Numbering of human parkin amino acids appear at the start and end of each sequence row. The mutations found in human parkin are shown. Further, in-frame deletions include 58178 and 179 206. 50% of the juvenile/familial Parkinsons cases carry a parkin mutation. To date 33 parkin mutations have been linked to autosomal recessive juvenile Parkinsons (AR-JP). (B) RING finger domains of parkin. A RING finger is composed CysX2CysX9-39 CysX13HisX23Cys/HisX2Cys X4-48CysX2Cys, where X is any amino acid. This domain serves as a proteinprotein interaction module in E3 enzymes. The RING finger motifs of Mdm2 (murine double-minute, Hdm2 in human), PML (promyelocytic leukemia protein) and RING1, RING2 and IBR of parkin are compared.,Fig. 2. Model of the parkin-directed ubiquitylation pathway. Ub, ubiquitin; E1, Ub-activating enzyme; E2, Ub-conjugating enzyme; UBL, ubiquitin-like domain. Parkin consists of two functionally distinct regions: a UBL segment responsible for interaction with the 26S proteasome and a RING-box (RING1- IBR-RING2) recruiting E2 for ubiquitylation. See text for details.,Fig. 1. A highly hypothetical scheme for neuronal degeneration in PD caused by environmental and genetic factors. In panel A, MPTP is oxidized by monoamine oxidase B (MAOB) to MPP+ which inhibits the mitochondrial complex I. This leads to a production of superoxide which can be inhibited by the Cu/Zn superoxide dismutase (SOD). In panel B, nitric oxide is produced from arginine by nitric oxide synthease (NOS) which can be inhibited by 7-nitroindazole (7 NI). Interaction between superoxide and nitric oxide generates a highly reactive species peroxinitrite which breaks DNA strands, and oxidizes proteins and lipids. In panel C, -synuclein is converted into intermediate, unfolded and native forms by various molecular chaperones. The ubiquitin mediated protein degradation pathway degrades unfolded proteins. However, mutations in the parkin and UCHL1 as well as presence of an intermediate form favors the formation of aggregates which are subsequently converted into Lewy bodies by molecular chaperones. An accumulation of these defects ultimately leads to neuronal degeneration.,危险因素,种族差异：白人最高，黑人最低，黄种人居中。 年龄因素：年龄越大，患病风险越高。50岁时发病率10/10万，80岁时，200/10万。尽管如此，但PD病等同于老化，PD脑中神经元受损后出现明显的小胶质细胞反应（），且黑质多巴胺神经元减少的分布区域与老化亦不同。 工业化和生活方式不影响PD发病：Rajput(1984)的研究发现，排除人口老龄化的影响，从1935-1979年间，PD的发病率并无明显变化。 性别：绝大多数的研究显示男性的患病率较女性稍高。中国：3：1。但究竟是由于性激素的影响，还是由于一些文化因素的影响尚不得而知。 抽烟：负相关。 饮食：有争议。有学者认为，咖啡、烟酸、坚果和土豆可减少患病风险，而动物脂肪可能会增加患病风险。 遗传：Alpha-synuclein: 1996, polymeropoulos 在一个意大利裔的PD家系中发现并定为了第一个致病基因，Alpha-synuclein，属常显遗传，在第四外显子的第碱基突变（），导致蛋白产物第位氨基酸由丙氨酸苏氨酸。此外， Alpha-synuclein还是（包括散发性）的病理标志体的重要组成成分。：第二个致病基因，定位于，通过对对单卵双生和双卵双生的流行病学调查研究发现，单卵双生和双卵双生患的一致性风险系数总体无差异。岁后起病的该系数，岁前。 环境毒物：，一些杀虫剂和除草剂如百草枯，鱼藤酮等,病理特点,含色素的黑质致密部 DA能神经元变性缺失,出现症状时 DA能神经元丢失50%以上 症状明显时 N元丢失严重残留者变性 黑色素减少,病理特点,黑质DA能神经元 胞浆内出现特征性 嗜酸性包涵体Lewy体 a-突触核蛋白基因 是Lewy体中重要成分 类似改变也见于蓝斑 中缝核迷走神经背核等 程度较轻,PD典型病理特点,进行性黑质&蓝斑核 含黑色素多巴胺神经元 大量丧失(50%70%) 路易(Lewy)小体 a-突触核蛋白沉积,路易小体(Lewy body),病理标志：位于残存的黑质神经元胞质内，直径4-30，核心是一个嗜酸性包含体，外围为淡染同心圆样晕圈。一个神经元内可有个或多个Lewy bodies。 临床诊断与病理诊断并不一致。临床诊断为的患者，尸检中仅有存在Lewy body。原发性中，Lewy body还存在于蓝斑、迷走神经背核、缝核、下丘脑、交感神经节以及皮质。 成分：泛素（ubquitin），神经微丝（neurofilament）, alpha-synuclein,病理生理基础,黑质-纹状体 多巴胺系统功能紊乱 多巴胺含量显著减少(80% 99%),生化异常与临床症状严重程度成正比,生化病理,黑质-纹状体通路- 脑内最重要DA递质通路,左旋酪氨酸 TH L-DOPA DDC DA,自血流摄取,C内酪氨酸羟化酶,多巴脱羧酶,黑质-纹状体束,壳核&尾状核细胞,作用于,黑质致密部 DA神经元,生化病理,高香草酸(HVA),分解成,DA最后被 MAO(单胺氧化酶) (神经元内) & COMT(儿茶酚-氧位-甲基转移酶) (胶质细胞内),生化病理-基底节 神经生化简图,DA神经元对 纹状体GABA源性 递质释放 起抑制作用,ACh神经元对 纹状体GABA源性 递质释放 起兴奋作用,帕金森病基底节 神经生化病理,DA神经元变性 (黑圈及虚线) 破坏纹状体 GABA神经元 多巴胺抑制 & ACh兴奋平衡,净效应是 增加纹状体 GABA释放,生化病理,瑞典Arvid Carlsson 因发现DA信号转导功能 及在控制运动中的作用 成为2000年诺贝尔医学奖 的三个得主之一 他的研究使人们认识到 大脑特定部位DA缺乏 可导致帕金森病 并推动了该病治疗药物研制,多巴胺的合成和代谢,发病机制,线粒体功能障碍 氧化应激（ ） 谷氨酸的毒性作用 泛素蛋白酶体功能障碍,线粒体功能障碍,80年代发现MPTP可导致PD发生，这引起人们对MPTP引起 PD的机制研究。结果发现， MPTP在脑内经MAO-B代谢成MPP+，经多巴胺转运体（Dopamine Transporter, DAT)进入并积聚于神经元的线粒体中，与呼吸链Complex I结合，阻断线粒体呼吸链，该结果使人怀疑PD患者中是否也存在同样的发病机制。研究证实，PD患者脑中在黑质部位存在Complex I活力显著下降，此后发现PD患者的肌肉、血小板中叶存在Complex I活力显著下降，但下降的程度较基底节区域轻。,Fig. 1. Complex I deficiency may be central to sporadic PD. Dysfunction of complex I leads to increased oxidative stress, free radical formation, and reduction in adenosine triphosphate (ATP) formation. Decrements in ATP lead to membrane depolarization and contribute to excitotoxic neuronal injury and further free radicalmediated injury involving nitric oxide (NO) and peroxynitrite (ONOO-) and a feedforward cycle of increasing oxidative stress and injury. Slow and chronic complex I deficiency leads to accumulation and aggregation of -synuclein, which leads to dysfunction of the proteasome and contributes to cell death. Familial-associated mutations in -synuclein bypass complex I deficiency, but they promote -synuclein accumulation and aggregation. Parkin appears to be a multipurpose neuroprotective agent that may allow the cell to more readily handle proteasomal impairment. Loss of parkin function may decrease the cells ability to deal with proteasomal dysfunction. DJ-1 may function as a chaperone, and its absence may also decrease the cells ability to deal with proteasomal dysfunction.,氧化应激,作为各种生化反应的副产物，体内会持续合成氧自由基。氧自由基存在未配对的电子，极不稳定，易迅速与邻近细胞的重要组分（尤其是生物膜脂类物质和核酸）发生反应以达到稳定状态，这种氧化应激反应是生物大分子受毒性损害的原因。与脑内其他部位相比，黑质致密部暴露于较高水平的氧化应激状态，原因有：1）多巴胺的代谢过程中产生大量的自由基；2）多巴胺自身氧化形成的神经色素（Neuromelanin）中含大量的铁离子，这种还原型铁离子可与多巴胺代谢产生的过氧化氢反应生成高度毒性的羟自有基（OH-)，进而导致脂质过氧化，黑质神经元凋亡。正常情况下，多巴胺毒性产生的过氧化氢在谷光甘肽过氧化酶的催化下被还原型谷光甘肽清除，故不会造成危害。但在PD病人残存的多巴胺神经元中，可能因为代偿作用，使多巴胺的毒性加速，或MAO-B活性增高，或还原型谷光甘肽缺乏，导致H2O2不能有效清除，并与还原型铁离子反应，生成高度毒性的OH-，这些假说在PD患者中已基本得到试验的证实。 氧化应激与线粒体功能障碍互为因果，恶性循环。氧化应激产生的大量自由基可损伤线粒体Complex I。另一方面，线粒体Complex I的抑制导致更多自由基的生成。这构成了目前PD发病机制中最为多数学者认同的学说。,谷氨酸的毒性作用,谷氨酸是中枢神经系统中最主要的快速兴奋性递质（Fast Excitatory Transmitter)，也参与了基底节环路，并起重要作用。其受体可分为亲离子型（Ionotropic)和代谢型（Metabotropic)两大类型。病理状态中，谷氨酸对神经细胞可产生兴奋性毒性作用。在PD中，谷氨酸神经毒性作用机制如下： 1)亲离子型谷氨酸受体中的N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid, NMDA)型受体受谷氨酸激活后，导致大量的细胞外Ca2+内流，胞内Ca2+大量增加激活Ca2+依赖性蛋白酶（涉及蛋白质、磷脂、核酸等生物大分子的降解和NO的合成），导致神经元坏死和或凋亡。 2）谷氨酸可激发线粒体自由基的生成，引起线粒体功能障碍，这种毒性作用与NMDA受体无关。 谷氨酸的神经毒性作用与PD发生之间的关系越来越被重视，目前应用NMDA受体拮抗剂和谷氨酸释放抑制剂治疗PD也是PD研究的热点之一。,泛素蛋白酶体的组成 泛素蛋白酶体蛋白降解途径 Lewy体形成机制,泛素蛋白酶体功能障碍,泛素蛋白酶体的组成,泛素（ubiquitin）：由76个aa组成的多肽，分子量为8.5Kd，存在于所有细胞，具有与蛋白底物结合的能力。 泛素活化酶（E1）：由两个分子量各105Kd的亚基组成的二聚体，催化泛素与蛋白底物结合所需的第一酶。 泛素偶连酶（E2s）：为催化泛素与蛋白底物结合所需的第二酶。 泛素-蛋白连接酶（E3s）：为为催化泛素与蛋白底物结合所需的第三酶。 蛋白酶体（proteasome）：包括20s和26s复合物两种形式， 26s复合物由20s和19s复合物组成。 20s蛋白酶体基本结构7777， 亚基主要用于识别底物， 亚基主要参与底物降解； 20s蛋白酶体活性调节因子主要有19s和11s两种复合物。 20s- 19s主要参与降解泛素化蛋白； 20s- 11s主要负责抗原提呈。 20s蛋白酶体具有三种明显的酶活性：胰凝乳蛋白酶，胰蛋白酶，酸性后水解酶。 泛素C端水解酶（UCHs）：能特异识别泛素C末端区域，促进泛素再循环。,泛素蛋白酶体蛋白降解途径,第一步，底物与泛素结合，至少需要E1、E2s和E3s三种酶一系列催化才能实现。 第二步，泛素-蛋白质偶联体被26s蛋白体降解，并释放出泛素进行再循环。,Fig. 1. The ubiquitinproteasome system. Ub, ubiquitin; E1 (Ub-activating), E2 (Ub-conjugating), and E3 (Ub-ligating) enzymes; DUB, deubiquitylating enzyme; USP, ubiquitin-specific protease; UCH, ubiquitin C-terminal hydrolase. The 26S proteasome is a eukaryotic ATP-dependent, multi-subunit proteolytic complex.,Fig. 1. Ubiquitin-dependent proteolysis. The ubiquitin activating enzyme, E1, activates the ubiquitin, which is transferred to the ubiquitin conjugating enzyme, E2, which attaches the ubiquitin onto the substrate with the help of the E3 or ubiquitin ligase. The polyubiquitinated chains are recognized by the 26S proteasome, resulting in degradation of the substrate and recycling of ubiquitin.,Lewy体形成机制,-syn与PD相关基因定位于4q21-q23。有四个外显子，目前发现有两种基因变异G209A、G88C导致氨基酸序列变为A53T、A30P，结果破环了syn的螺旋，而易于形成折叠， 折叠参与了蛋白质的自身聚集，形成了 syn神经元内包含体及运动障碍，产生染色体显性遗传PD。 编码泛素-蛋白连接酶（ E3s ）的PARKIN基因变异，破坏蛋白泛素化，不能被泛素-蛋白酶体降解，导致蛋白质的自身聚集，形成了 syn神经元内包含体及运动障碍，产生常染色体隐性遗传青少年PD。 编码泛素C端水解酶（UCH-L1）的基因错义变异，引起泛素再循环障碍，产生另一家族性PD。 蛋白酶体活性下降导致蛋白聚集及类似LBs形成，胞浆蛋白聚集可直接抑制泛素蛋白酶体的活性。 微管相关蛋白1B（MAP-1B）、Syphilin-1（早老因子）与 syn有高度亲和力，可能 syn单体相互作用参与包涵体的形成。 突触蛋白异常转运和 syn异常分布在Lbs形成中起作用。 硝化试剂、氧化试剂、细胞色素c、铜具有促进 syn寡聚体形成，进一步形成多聚体。二价铁离子在有氢过氧化物存在时，有潜在的促进 syn促聚集的作用。,总之，上述发病机制中的一种或多种协同导致选择性破坏黑质神经元，使多巴胺合成和分泌减少，并引起基底节环路中的一系列改变，最终表现为PD的各种临床表现。,动物模型,动物选择：啮齿类动物在解剖和生化方面比较理想，而行为和功能上则不尽如人意。啮齿类是常用的MPTP模型和6-羟多巴胺模型动物。大鼠最常用，但对MPTP敏感性较低，到目前为止，大鼠还是6-羟多巴胺模型动物的首选。而小鼠则多用于MPTP模型。因为PD涉及行为和脑功能改变，因此猴也是理想的动物选择。所有的灵长类动物对MPTP的毒性均敏感，非人类灵长类动物用MPTP后会出现稳定的帕金森征，与原发性PD极其相似。一般来说，短尾猴较适用于MPTP模型，而绒猴适于6-羟多巴胺模型。； 药物选择： MPTP; 6-OHDA; a-synuclein; Rotenone (Ranjita Betarbet et al. nature neuroscience volume 3 no 12 december 2000),MPTP制作动物模型,20世纪70年代末，美国加州出现了一次年轻人的PD爆发小流行。一位有心的神经内科医生发现，这些人都是因为注射了一种叫MPPP (1-methyl-4-phenyl-4-propionpiperidine) 的毒品，后来研究发现这种毒品由于制备条件意外有误，产生了大量可致PD的神经毒物-MPTP。 基于此发现，后来很多研究PD的学者利用MPTP制作动物模型，并成为目前最为成熟的模型制作方法之一。,MPTP的代谢,MPTP,脑,MPDP (1-Methyl-4-phenyl-2,3-dihydropyridinium),血脑屏障,MAO-B,MPP+ (1-Methyl-4-phenyl-phenylpyridinium,氧化,细胞外间质,与多巴胺细胞上的多巴胺转运体结合，专运进细胞内,脑血流,MPP+选择性储积在多巴胺摄取系统，随后在线粒体内堆积。,FIG. 1. Model of MPTP-induced dopaminergic cell death. MPP1, the active metabolite of MPTP, is concentrated in DA neurons viathe high affinity dopamine transporter. MPP1 is then concentrated in mitochondrial