馬曉偉 李曉麗 張忠霞 王銘維 (河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，河北 石家莊 050030)

神經(jīng)毒素 1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氫吡啶(MPTP)是目前唯一被公認(rèn)的可以誘發(fā)人類(lèi)及非人類(lèi)靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物及小鼠帕金森病(PD)癥狀的合成毒素〔1，2〕，誘導(dǎo)的動(dòng)物模型在神經(jīng)化學(xué)、行為學(xué)和組織病理學(xué)上的變化非常接近于臨床上PD病人。PD的發(fā)病與遺傳、環(huán)境因素、感染、衰老、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡及神經(jīng)生長(zhǎng)因子缺乏等有關(guān)，是多種機(jī)制協(xié)同作用的結(jié)果〔3〕。近年來(lái)許多研究表明，黑質(zhì)DA能神經(jīng)元對(duì)氧化和炎癥的損傷作用非常敏感〔4〕，氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)在PD黑質(zhì)神經(jīng)元凋亡中起著主要作用?，F(xiàn)就MPTP引起的氧化應(yīng)激和炎癥對(duì)DA能神經(jīng)元神經(jīng)毒性與PD做一綜述。

1 MPTP毒性作用途徑

MPTP為脂溶性，能透過(guò)血-腦脊液屏障進(jìn)入腦內(nèi)，主要集中分布在黑質(zhì)區(qū)含有DA能神經(jīng)元的黑色素中。MPTP本身并不具有神經(jīng)毒性，但進(jìn)入體內(nèi)在腦內(nèi)星形膠質(zhì)細(xì)胞和5-羥色胺能神經(jīng)元內(nèi)的單胺氧化酶B的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸拘缘臑?-甲基-4-苯基吡啶(MPP+)，MPP+作為DA能神經(jīng)元的DA重吸收系統(tǒng)的基質(zhì)，通過(guò)黑質(zhì)紋狀體末梢優(yōu)先聚集，經(jīng)非特異性能量依賴(lài)的親脂性正離子吸收機(jī)制成百倍聚集于線粒體內(nèi)，特異性的作用于DA神經(jīng)元線粒體呼吸鏈復(fù)合體Ⅰ，從而阻止電子呼吸鏈傳遞，導(dǎo)致了能量代謝的紊亂、產(chǎn)生一系列氧化應(yīng)激和炎癥損傷，并能損害DA轉(zhuǎn)運(yùn)體(DAT)的功能。MPP+還可以阻滯三羧酸循環(huán)中的α-酮戊二酸脫氫酶(α-KGDH)活性，復(fù)合體Ⅰ和α-KGDH的雙重缺陷會(huì)嚴(yán)重影響線粒體呼吸鏈和ATP合成，從而產(chǎn)生更多的自由基〔5〕。此外，MPP+能引起局部谷氨酸鹽的增高，間接使線粒體功能受損，并且加速了DA氧化代謝，增加了過(guò)氧化物、OH自由基、一氧化氮(NO)等活性產(chǎn)物的產(chǎn)生引起DA神經(jīng)元氧化損傷〔6〕。見(jiàn)圖1。

圖1 MPTP毒性作用途徑

2 氧化應(yīng)激反應(yīng)

2.1 活性氧(ROS)氧化應(yīng)激是細(xì)胞氧化-抗氧化失衡而導(dǎo)致的應(yīng)激損傷狀態(tài)。當(dāng)ROS的生成增加而其清除減少，或者對(duì)氧化修飾的大分子修復(fù)減少時(shí)，氧化應(yīng)激就會(huì)發(fā)生〔7〕。ROS主要是線粒體電子傳遞鏈中的副產(chǎn)物，此外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和各種氧化酶類(lèi)(如脂氧合酶系、蛋白酶C、環(huán)氧合酶系、NADPH氧化酶復(fù)合體、NADPH氧化酶的同源物NOX蛋白家族)也能產(chǎn)生部分ROS。ROS，特別是羥自由基能夠使脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸發(fā)生功能性改變。體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)包括抗氧化酶和非酶抗氧化劑。抗氧化酶類(lèi)主要有:超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(GST)、抗壞血酸過(guò)氧化物酶等，非酶類(lèi)有谷胱甘肽(GSH)、維生素A、維生素C、維生素E、α-硫辛酸、類(lèi)胡蘿卜素、輔酶Q10、膽紅素以及鋅、硒等微量元素，另外，機(jī)體內(nèi)的一部分游離氨基酸、多肽及蛋白質(zhì)在維持較高濃度時(shí)可發(fā)揮低水平的抗氧化活性〔8〕。正常情況下生物體中ROS的產(chǎn)生量少，且其產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)。

ROS對(duì)神經(jīng)元的損傷主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:細(xì)胞膜發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，膜磷脂被破壞降解;細(xì)胞膜對(duì)鈉、鈣及大分子物質(zhì)通透性增加，神經(jīng)元發(fā)生細(xì)胞毒性水腫;線粒體破壞，功能喪失〔9〕。正常大腦黑質(zhì)特別容易受到氧化損害，其原因包括:①腦組織含高濃度的不飽和脂肪酸。②大腦接受了與其重量不成比例的氧耗。③自身保護(hù)機(jī)制相對(duì)薄弱，如與肝臟相比，大腦幾乎無(wú)CAT，而GSH、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)及維生素E等明顯減少。④DA神經(jīng)元中的神經(jīng)黑素對(duì)Fe3+的高親和力使黑質(zhì)中聚集高濃度的Fe3+，并可隨時(shí)轉(zhuǎn)為活化的Fe2+〔10〕。PD發(fā)病過(guò)程中，氧化應(yīng)激不僅與 ROS過(guò)度產(chǎn)生有關(guān)，也與機(jī)體清除ROS和抗氧化能力降低有關(guān)〔11〕。朱青等〔12〕實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)PD猴模型的氧化終產(chǎn)物丙二醛水平隨病程進(jìn)展逐漸升高，GSH水平在亞臨床期即有顯著下降，臨床早期下降最快，而GSH-Px活性在亞臨床期有所增高，表明在此時(shí)期抗氧化能力代償性增高以抵抗增強(qiáng)的脂質(zhì)過(guò)氧化和自由基生成增多，隨著癥狀出現(xiàn)并逐漸加重，GSH-Px活性開(kāi)始回落，SOD活性則隨癥狀加重逐漸增強(qiáng)，但幅度較平緩。

2.2 NO NO是機(jī)體內(nèi)廣泛存在的一種小分子活性物質(zhì)，是由NO合酶(NOS)催化生成的。包括3種不同亞型，誘導(dǎo)型NOS(iNOS)，神經(jīng)型NOS(nNOS)和內(nèi)皮型NOS(eNOS)。nNOS和eNOS是鈣離子及鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性酶，對(duì)外界刺激反應(yīng)迅速，可在短時(shí)間內(nèi)生成大量NO。iNOS在腦內(nèi)正常情況下不表達(dá)，是非鈣離子及鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性，它的調(diào)節(jié)取決于重新合成。在病理?xiàng)l件下，尤其是伴隨膠質(zhì)細(xì)胞增生，iNOS會(huì)被誘導(dǎo)產(chǎn)生，主要表達(dá)于巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞，會(huì)在數(shù)天或數(shù)小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生大量NO。NO不穩(wěn)定，易于與其他分子反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)氧化、亞硝基化和硝基化，產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)。當(dāng)NO產(chǎn)生過(guò)量，它就會(huì)由生理狀態(tài)下的神經(jīng)調(diào)節(jié)因子轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)毒性因子，介導(dǎo)嚴(yán)重的神經(jīng)毒性及細(xì)胞毒性作用而造成組織損傷〔13〕。目前認(rèn)為自由基介導(dǎo)的氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、谷氨酸興奮性毒性以及神經(jīng)炎癥是DA神經(jīng)元變性和死亡的重要機(jī)制。NO是參與這些機(jī)制的重要自由基和組成成分，并且能通過(guò)許多機(jī)制導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的凋亡和死亡〔14〕。

有研究顯示，NO對(duì)DA能神經(jīng)元的損傷作用可能是通過(guò)以下的方式實(shí)現(xiàn)的〔15〕:與細(xì)胞外超氧化物反應(yīng)，生成毒性更強(qiáng)的過(guò)氧化亞硝酸鹽;置換血紅素上的鐵離子，使后者參與Fenton反應(yīng)，生成毒性的氧自由基;硝化酪氨酸殘基，形成3-硝化酪氨酸，導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能障礙;激活前列腺環(huán)素合成酶，促進(jìn)前列腺環(huán)素的合成;破壞線粒體呼吸鏈的功能，導(dǎo)致細(xì)胞膜電位降低和ATP的耗竭。在PD患者的黑質(zhì)致密部的小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)高水平的iNOS，而對(duì)照組無(wú)表達(dá)，iNOS一旦被激活，可以長(zhǎng)時(shí)間地產(chǎn)生NO和超氧自由基〔16〕。在MPTP動(dòng)物模型中，發(fā)現(xiàn)有明顯的iNOS上調(diào)，缺乏iNOS基因的突變小鼠與野生型小鼠相比，前者能明顯對(duì)抗MPTP誘導(dǎo)的DA神經(jīng)元變性，認(rèn)為iNOS在MPTP的神經(jīng)毒性過(guò)程中扮演重要角色，抑制iNOS可能起到神經(jīng)保護(hù)作用〔17〕。Iravani等〔18〕的研究也發(fā)現(xiàn) iNOS參與了炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)的DA神經(jīng)變性過(guò)程。

3 炎癥反應(yīng)

環(huán)加氧酶(COX)是前列腺素(PGs)生物合成的限速酶，催化花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列環(huán)素。COX有兩種同形異構(gòu)體:COX-1和COX-2。實(shí)驗(yàn)證明，COX-1主要參與維持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)，而COX-2則在炎癥過(guò)程中發(fā)揮重要作用。DA能神經(jīng)元在靜息條件下，僅少量甚至不表達(dá) COX-2。在 MPTP、脂多糖(LPS)等神經(jīng)毒素的刺激下，COX-2蛋白和mRNA表達(dá)水平迅速上升。研究發(fā)現(xiàn)，在MPTP等神經(jīng)毒素PD小鼠模型中，甚至在PD患者腦內(nèi)也有COX-2的高表達(dá)〔19〕。而且，無(wú)論體外實(shí)驗(yàn)還是體內(nèi)試驗(yàn)都顯示非甾體類(lèi)抗炎藥(如吡羅昔康等COX-2抑制劑)能拮抗MPTP介導(dǎo)的對(duì)DA能神經(jīng)元的毒性作用，減輕DA能神經(jīng)元的損傷和死亡〔20〕。JNK抑制劑也能阻止COX-2的表達(dá)，從而保護(hù)DA能神經(jīng)元免受MPTP的神經(jīng)毒性作用，敲除COX-2基因可在很大程度上阻斷MPTP等神經(jīng)毒素對(duì)DA能神經(jīng)元的損傷〔21，22〕。流行病學(xué)研究證實(shí)，服用非甾體類(lèi)抗炎藥能降低PD患病率〔23，24〕。這些結(jié)果都說(shuō)明，COX-2及其介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)在PD疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中扮演了重要的角色，拮抗炎癥反應(yīng)有可能為PD的防治開(kāi)辟新的治療方向。

4 氧化應(yīng)激與細(xì)胞凋亡

大量研究認(rèn)為PD DA神經(jīng)元死亡的方式為凋亡〔25〕。鄭文榮等〔26〕在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中證明DA可通過(guò)氧化應(yīng)激途徑而導(dǎo)致DA能神經(jīng)細(xì)胞凋亡。王濤等〔27〕在體外實(shí)驗(yàn)中也表明細(xì)胞內(nèi)抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)功能明顯減弱，胞內(nèi)氧自由基含量不斷增多且處于脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程，進(jìn)而誘導(dǎo)了紋狀體內(nèi)的細(xì)胞凋亡;模型組促凋亡蛋白Bax的表達(dá)增強(qiáng)，而抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)減少，提示Bax和Bcl-2各自表達(dá)的變化在調(diào)控細(xì)胞凋亡方面起著關(guān)鍵性的作用。Bax是各種神經(jīng)細(xì)胞損傷的啟動(dòng)子，Bax的增加早于細(xì)胞凋亡，通過(guò)與Bcl-2蛋白結(jié)合減弱Bcl-2的抑制凋亡作用，或通過(guò)促使細(xì)胞色素C激活Caspase家族來(lái)發(fā)揮作用〔28〕。

Caspase是氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的黑質(zhì)DA能神經(jīng)元凋亡的效應(yīng)分子，其中，caspase-1，-3，-7和-8均被認(rèn)為在細(xì)胞凋亡途徑中起重要作用〔29〕。在PD患者的黑質(zhì)紋狀體區(qū)，caspase-1和-3的活性與對(duì)照組相比分別增加了 1.5 和 2倍〔30〕。Yamada等〔31〕的研究也表明，經(jīng)MPTP處理的野生型小鼠24 h后在黑質(zhì)紋狀體內(nèi)觀察到了caspase-3的激活和凋亡現(xiàn)象，而敲除caspade-3可以阻止MPTP誘導(dǎo)的黑質(zhì)DA能神經(jīng)元凋亡，并且可以阻斷MPTP誘導(dǎo)的酪氨酸羥化酶表達(dá)抑制等改變。同時(shí)，神經(jīng)毒素MPP+可以通過(guò)氧化應(yīng)激導(dǎo)致凋亡途徑主要分子事件的激活，包括細(xì)胞色素C的釋放及caspase-3和-9的活化，進(jìn)而激活氧化應(yīng)激敏感的激酶PKCδ(protein kinase C delta)，從而導(dǎo)致黑質(zhì)DA能神經(jīng)元的變性和凋亡〔32〕，caspase-3，-7還可以通過(guò) PKCδ通路調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活而參與PD的發(fā)病〔29〕。此外，ROS對(duì)于有利于細(xì)胞凋亡的通路還具有顯著的放大效應(yīng)〔33〕。

5 展望

許多研究證明MPTP所引起的生化和細(xì)胞內(nèi)改變與PD相似，通過(guò)氧化應(yīng)激和炎癥對(duì)DA能神經(jīng)元產(chǎn)生神經(jīng)毒性，導(dǎo)致了黑質(zhì)DA能神經(jīng)元的凋亡，而應(yīng)用抗氧化劑和抗感染治療來(lái)阻止PD的疾病進(jìn)程也成為人們研究的熱點(diǎn)。

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