细胞凋亡学说在帕金森病发病机制的理论探索

细胞凋亡学说在帕金森病发病机制的理论探索 【关键词】 帕金森病;发病机制;细胞凋亡 帕金森病(PD)主要症状包括静止性震颤、肌肉僵直、运动迟缓和姿势平衡障碍等，病理变化主要为黑质致密部(DSN)和多巴胺(DA)能神经元选择性变性1。PD病情呈渐进性的加重过程，患者晚期生活无法自理，最终死于肺部感染等并发症。PD 在中老年人群发病率很高，流行病学调查显示2，55 岁以上人口 PD 患病率为 1.4%，在 75 岁以上人口达 3.4%。PD 被发现以来其病因到目前仍不明确，有关病因的假说主要有遗传学说和环境毒素学说。随着研究水平的提高，从细胞凋亡理论探索PD的发病机制近几年受到了国内外学术界的关注。 1 PD研究中已克隆出的相关基因与细胞凋亡3 见表1。这些基因的发现能够解释家族性 PD 的病因，但家族性PD占PD病人的总数还不到10%，其余的大部分都是散发性PD，很难确定其中的遗传因素。环境毒素学说的提出最早开始于1?甲基?4?苯基?1，2，3，6?四氢吡啶(1?methyl?4? phenyl?1，2,3,6?tetrahydropyridine，MPTP)毒性作用的发现4。人类和非灵长类动物给予MPTP后引起PD的运动缺乏表现，并且伴随着有DSN、DA 能神经元的选择性破坏和DA含量的显著降低。另外，除草剂和杀虫剂的使用与PD的发生呈正相关。鱼藤酮是一种被广泛应用的杀虫剂，能够抑制线粒体复合体的活性。在动物实验中发现，静脉注射鱼藤酮可以选择性造成DA能神经元的死亡，残存神经元内形成一种被称为Lewy小体的物质，并且动物出现类似PD运动障碍的症状5。这都表明在散发型PD的发病过程中环境因素可能起着重要的作用。虽然遗传学说和环境毒素学说都各有依据，但彼此不能互相否定。许多遗传学的研究不能排除亲缘关系较近的人群受共同生活环境 _;而环境毒素学说也不能解释为什么接触毒素后仅有少数人出现了PD症状。这就产生了另外一个假说，即大部分PD是在一定的遗传背景下受环境毒素侵害而发病的，但这一学说有待于相关研究的证实。 PD的发病机制尚未明确。目前有关PD发病机制的假说有氧化应激、线粒体损伤、神经兴奋毒性、神经营养缺失、蛋白水解应激、免疫异常、炎症反应、多巴胺转运体失活、?synuclein异常沉积和细胞凋亡等，其中神经兴奋毒性、氧化应激和细胞凋亡学说较受重视6。神经兴奋毒性学说认为兴奋型神经递质如谷氨酸(Glu)等大量释放，通过激动?氨基羟甲恶唑丙酸(AMPA)受体及N?甲基D天门冬酸(NMPA)受体和代谢型Glu受体以及通过膜去极化激活电压依赖性钙通道造成胞内钙超载，最终通过一系列机制导致细胞死亡。氧化应激学说认为PD是由于神经细胞氧化磷酸化过程中所产生的自由基过多或自由基清除功能减弱导致过多的氧自由基攻击某些关键酶、生物膜类脂和DNA，最终导致细胞死亡。PD的发病因素如氧化应激、抗氧化功能缺失和线粒体功能损伤等均可在不同水平诱导神经细胞凋亡1。 表1 已克隆的PD相关基因 基因名称遗传方式基因位点染色体位点?synuclein显性遗传PARK1(28)4q21?q23Parkin隐性遗传PARK2(58)6q25.2?27未命名显性遗传PARK3(74)2p13?synuclein显性遗传PARK4(30，31)4qUchL1显性遗传PARK5(59)4p14未命名隐性遗传PARK6(75)1p35?p36DJ?1隐性遗传PARK7(76)1p36未命名显性遗传PARK8(77)12p11q13.1未命名隐性遗传PARK9(78)1p36未命名迟发易患基因PARK10(79)1p32NR4A2易患基因NA(80)2q22?23Synphilin?1易患基因NA(81)5q23.1?23.3Tau易患基因NA(40)17q21 细胞凋亡又称程序性细胞死亡(PCD)，它是上世纪70年代提出的一种不同于坏死的细胞死亡方式，是有核细胞在一定条件下通过启动自身内部机制，即主要通过内源性DNA内切酶的激活而发生的细胞自然死亡过程，维持组织细胞内环境稳态、将一些多余细胞清除的必不可少机制7。然而，PCD也是一种病理现象，如在神经退行性疾病中发现有大量的神经元发生凋亡1,2。PCD是受基因调控的主动的细胞自杀现象，调控PCD的基因有：p53基因、Bcl?2基因家族、c?myc基因和survivin基因等。关于PCD过程中信号转导系统，目前认为主要通路有两条：膜受体通路和线粒体通路。这两条通路的下游途径都是通过激活caspase级联反应，最终导致细胞死亡8。 2 PD 神经元凋亡的主要诱发因素9 目前大量的研究表明氧化应激可能在 PD 的发生、神经细胞最终凋亡中发挥重要作用。自由基的生成主要有以下几个方面：过氧化氢(H2O2)是DA代谢过程中产生的正常代谢副产物。酪氨权羟化酶(TH)催化生成 DA 和单胺氧化酶(MAO?B)降解DA时都有H2O2的生成，DA自身氧化也可产生少量的H2O2，H2O2分解产生OH。这个过程在铁存在时加速，尤其是Fe2+，用反应式表示为：Fe2+H2O2Fe3+OH?+OH，即Fenton反应。在PD患者脑中发现了铁水平的异常升高，而结合Fe2+的铁蛋白的水平则下降。外源性神经毒素如 MPTP，经胶质细胞内 MAO?B 酶氧化还原形成 MPP+，MPP+经DA转运体摄取至DA神经元内，MPP+抑制线粒体复合体导致呼吸链产生大量的自由基，从而造成对细胞内生物大分子的损伤，导致神经元死亡。自由基的另一个为大脑黑质病变时，一氧化氮合成酶 (NOS) 的表达增加导致一氧化氮(NO)和过氧硝酸盐自由基水平升高。另外，小胶质细胞的激活可增加活性氧簇(ROS)的释放。正常情况下体内有完整的自由基清除体系，包括Vitmain A,C,E,微量元素Se,Zn,Mn和内源性物质包括谷胱甘肽(GSH)、过氧化物歧化酶(SOD)、辅酶Q、NADPH、褪黑素以及尿素等。但在PD患者黑质中发现GSH和总谷胱甘肽(GSH+GSSG)水平降低。Nakamura等10发现GSH的降低使DA能神经元对MPP+的神经毒效应增敏。使用自由基清除剂可使包括MPP+在内的复合体抑制剂诱导的PCD减少，说明了复合体抑制后产生凋亡的过程包含自由基的生成。在PD患者尸检研究发现11，患者黑质中脂质过氧化物水平明显升高。因此，导致氧化应激的各种因素的协同作用，包括线粒体功能障碍、DA能代谢产物的增加、铁含量增加以及GSH的耗竭等，可诱发DA能神经元的变性和坏死。 3 PD 神经元凋亡的关键事件 线粒体是细胞的一个独特而重要的细胞器，细胞内氧化磷酸化、能量代谢和抗氧化作用都有赖于线粒体功能的发挥。线粒体亦是PCD调控中心。在凋亡早期，细胞形态改变之前，最早表现为线粒体跨膜电位下降。跨膜电位是线粒体维持正常功能的必备条件。跨膜电位下降后，线粒体膜的渗透性发生改变，引起线粒体肿胀，线粒体膜上的孔或通道增大，使线粒体内的物质外流。细胞色素C从线粒体释放是PCD的关键步骤。释放到胞浆的细胞色素C在dATP存在的条件下能与Apaf?1结合，使其形成多聚体，并促使caspase?9酶原与其结合形成凋亡体，caspase?9酶原被自我活化，活化的caspase?9能激活其他的caspase如caspase?3等，caspase?3水解其