李映霞，李海霞，程蕓，谷有全，雒揚(yáng)

帕金森?。≒arkinson’s Disease，PD）是患病率較高的神經(jīng)退行性疾病，在我國(guó)已達(dá)1.7%[1]。黑質(zhì)多巴胺能（dopaminergic，DA）神經(jīng)元和其他非DA神經(jīng)元不可逆死亡是其主要病理基礎(chǔ)，但造成這種神經(jīng)元進(jìn)行性死亡的原因并不清楚?，F(xiàn)有的研究機(jī)制傾向于神經(jīng)炎癥、小膠質(zhì)細(xì)胞激活、腸道種群失調(diào)及蛋白質(zhì)平衡失調(diào)之間的相互作用[2]。最新研究表明也可能與鐵進(jìn)行性沉積有關(guān)，鐵離子的沉積會(huì)激發(fā)大量的小膠質(zhì)細(xì)胞及氧化應(yīng)激反應(yīng)[3,4]。探討異常鐵離子沉積，有利于探索PD的診治新方案。

1 鐵的生物活性

鐵是人體內(nèi)含量較高的微量元素，可作為酪氨酸羥化酶的輔因子，在細(xì)胞質(zhì)中將酪氨酸轉(zhuǎn)化為DA。鐵的生物學(xué)功能主要依存于其氧化還原電位，該電位允許鐵離子從亞鐵狀態(tài)（Fe2+）向三價(jià)鐵離子（Fe3+）的可逆轉(zhuǎn)變，從而催化電子轉(zhuǎn)移[5]。伴隨著氧氣和過(guò)氧化氫的產(chǎn)生，該氧化物通過(guò)Haber-Weiss和Fenton 氧化反應(yīng)形成一種具有高強(qiáng)度反應(yīng)性和高度破壞性的十二羥基自由基[3,6]。該途徑在許多與鐵代謝相關(guān)的慢性疾病有重要作用。服用鐵螯合劑可改善PD患者的癥狀[7,8]。最近的一項(xiàng)II期臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)也證明了該觀點(diǎn)[9]。

2 PD中可能存在的鐵代謝異常

腦鐵代謝涉及多種功能蛋白，例如鐵蛋白、二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（divalent metal transporter 1，DMT1）、轉(zhuǎn)鐵蛋白（Transferrin，Tf）及其受體（Transferrin receptor，TfR）、鐵調(diào)節(jié)蛋白（iron regulatory proteins，IRP）。鐵蛋白、DMT1和Tf-TfR分別負(fù)責(zé)鐵的存儲(chǔ)和攝取，與Tf-TfR 途徑相關(guān)性較大的是TfR1；IRP負(fù)責(zé)控制細(xì)胞內(nèi)鐵水平。在鐵缺乏的細(xì)胞中，IRP與鐵反應(yīng)元件（iron responsive element，IRE）結(jié)合編碼TfR1與DMT1的mRNA，促進(jìn)鐵的吸收[10]。鐵輸出蛋白（ferroportin，F(xiàn)PN）在肝素和銅藍(lán)蛋白的協(xié)助下，負(fù)責(zé)鐵的輸出。鐵調(diào)素是由肝臟產(chǎn)生的一種鐵調(diào)節(jié)因子，其主要通過(guò)結(jié)合FPN發(fā)揮作用。當(dāng)鐵調(diào)素與FPN1 結(jié)合時(shí)，鐵離子向細(xì)胞外的釋放受到抑制，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鐵含量病理性增加。

2.1 鐵轉(zhuǎn)運(yùn)體在PD患者黑質(zhì)鐵沉積中的作用

正常衰老伴隨著大腦中鐵的逐漸積累，在黑質(zhì)、殼核、蒼白球、尾狀核和皮質(zhì)等區(qū)域最明顯，這些部位的功能異常是引發(fā)神經(jīng)退行性疾病的主要部位[11]。抑制TfR1 后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）中的鐵水平降低，并顯著改善魚(yú)藤酮引起的果蠅神經(jīng)變性表型。敲除TfR1 基因后魚(yú)藤酮誘導(dǎo)的PD 模型中活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平明顯降低，這種對(duì)散發(fā)性PD的挽救作用都可以被Malvolio 過(guò)表達(dá)抑制[12]。這提示CNS 中的TfR1 在黑質(zhì)鐵沉積中發(fā)揮重要的作用。除了TfR，研究證明DMT1 在腦鐵代謝中也起關(guān)鍵作用，并在黑質(zhì)神經(jīng)元中高表達(dá)。研究顯示，PD患者的DMT1+IRE 水平顯著升高，顯著導(dǎo)致PD 患者黑質(zhì)中的鐵蓄積[13]。輔助FPN1輸出鐵的銅藍(lán)蛋白和肝素在PD 患者中明顯降低，敲除銅藍(lán)蛋白和肝素后，小鼠腦內(nèi)出現(xiàn)明顯的鐵沉積。

2.2 L 型電壓門(mén)控鈣通道在PD 患者黑質(zhì)鐵沉積中的作用

L 型電壓門(mén)控鈣通道（L-type-voltage-gated calcium channel，LTCC）有Cav1.2 型和Cav1.3 型2種，神經(jīng)元中主要表達(dá)Cav1.2 型。在PD 患者黑質(zhì)中LTCC 表達(dá)水平顯著高于正常對(duì)照。在PD 模型小鼠中發(fā)現(xiàn)鐵離子可以通過(guò)LTCC與鈣離子競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入PC12 細(xì)胞和N-2α細(xì)胞，在鐵超載條件下這種情況可能會(huì)加劇。研究還表明，LTCC 阻滯劑硝苯地平可以緩解鐵超負(fù)荷產(chǎn)生，進(jìn)而減少DA 神經(jīng)元變性和大鼠黑質(zhì)中的鐵蓄積[14]。另外Wang 等[15]通過(guò)LTCC 阻斷劑伊拉地平抑制黑質(zhì)中L 型Cav1.2 和Cav1.3鈣通道后，MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠神經(jīng)毒性和鐵蓄積顯著降低。這些證據(jù)表明，LTCC在PD患者黑質(zhì)鐵的選擇性蓄過(guò)程中有重要作用。

2.3 ATP 敏感性鉀通道在PD 患者黑質(zhì)鐵沉積中的作用

ATP 敏感性鉀（ATP-sensitive potassium，K-ATP）通道在CNS 中廣泛表達(dá)，參與神經(jīng)元電活動(dòng)調(diào)節(jié)及α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-Syn）調(diào)控。成熟的DA 神經(jīng)元中的K-ATP 通道由內(nèi)向整流鉀通道家族成員Kir6.2為主。K-ATP通道可能通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞膜超極化來(lái)增強(qiáng)DMT1 對(duì)SK-N-SH 細(xì)胞的鐵吸收功能，進(jìn)而促使細(xì)胞鐵的濃度增加和氧化應(yīng)激的產(chǎn)生。Zhang等[16]發(fā)現(xiàn)敲除Kir6.2 基因能極大地減輕MPTP 誘導(dǎo)的PD 樣運(yùn)動(dòng)功能障礙?？赡艿臋C(jī)制是弱化IRP-IRE 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的鐵吸收作用，抑制重鏈鐵蛋白的過(guò)量產(chǎn)生，緩解了小鼠中腦中過(guò)多的鐵蓄積，保護(hù)黑質(zhì)DA 神經(jīng)元免受MPTP 攻擊。K-ATP 通道、鐵反應(yīng)元件及鐵調(diào)節(jié)蛋白對(duì)黑質(zhì)鐵沉積的作用，應(yīng)進(jìn)一步探索。

2.4 自噬溶酶體途徑在PD患者黑質(zhì)鐵沉積中的作用

人體儲(chǔ)蓄的鐵及鐵蛋白主要通過(guò)自噬溶酶體途徑（Autophagy-Lysosome Pathway，ALP）和蛋白酶體消化釋放。溶酶體通過(guò)自噬降解含鐵底物或巨噬細(xì)胞吞噬紅細(xì)胞而回收鐵，當(dāng)細(xì)胞鐵通過(guò)Tf輸出或者通過(guò)藥物鏊合耗盡胞內(nèi)游離鐵時(shí)，鐵蛋白會(huì)通過(guò)ALP 及蛋白酶體降解鐵蛋白補(bǔ)充鐵的供應(yīng)。ALP途徑維持了鐵蛋白和其他含鐵成分的降解及細(xì)胞鐵循環(huán)。當(dāng)該途徑受損時(shí)，會(huì)使鐵蛋白大量沉積[17]，導(dǎo)致DA神經(jīng)元和黑質(zhì)致密部細(xì)胞中的自噬缺陷，造成α-Syn水平和ROS水平的升高，進(jìn)而導(dǎo)致黑質(zhì)致密部細(xì)胞通過(guò)DMT1和α-Syn增加對(duì)Fe2+的吸收，反作用于溶酶體自噬和細(xì)胞死亡[18]。

2.5 軸突運(yùn)輸在PD患者黑質(zhì)鐵沉積中的作用

FPN主要分布在神經(jīng)元的胞體、軸突和樹(shù)突中，但是大部分神經(jīng)元中仍有鐵離子，表明鐵在神經(jīng)元內(nèi)存在軸向運(yùn)輸。研究證明，在腦室內(nèi)注射59Fe-轉(zhuǎn)鐵蛋白24 h后，在遠(yuǎn)離腦室的腳間核檢測(cè)到鐵的放射性，表明漿核內(nèi)側(cè)核接受到遠(yuǎn)處軸突傳來(lái)的投射。后研究發(fā)現(xiàn)腹側(cè)海馬及丘腦的鐵可以通過(guò)內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)到黑質(zhì)，形成了2條黑質(zhì)鐵沉積的投射系統(tǒng)。Wang等[19]發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)被編程為只能存儲(chǔ)從內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)轉(zhuǎn)移的鐵，但不將其導(dǎo)出。因此，軸突運(yùn)輸可能是黑質(zhì)鐵沉積的另一重要通路。

3 鐵在PD發(fā)病機(jī)制中的作用

3.1 鐵和氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激和小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)量激活是PD 病因研究的熱點(diǎn)。研究表明鐵沉積除了可通過(guò)Fenton 反應(yīng)促進(jìn)大量異形小膠質(zhì)細(xì)胞激活[20]，產(chǎn)生大量的炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)外，還可以通過(guò)其調(diào)節(jié)因子鐵調(diào)素，引起細(xì)胞鐵代謝的紊亂。鐵調(diào)素的表達(dá)受許多細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的調(diào)節(jié)，在缺氧、高鐵微環(huán)境和炎癥等情況下會(huì)導(dǎo)致Hepcindin過(guò)表達(dá)，減弱對(duì)FPN的作用，抑制鐵的輸出、誘導(dǎo)神經(jīng)元內(nèi)鐵超載、大量氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生、線粒體功能障礙和細(xì)胞死亡。因此，鐵調(diào)素和鐵代謝與氧化應(yīng)激有著密切關(guān)系。另一方面，產(chǎn)生的ROS 既是細(xì)胞信號(hào)分子，又是有害氧化劑[21]。ROS在線粒體中的產(chǎn)生和大量積累會(huì)肆意攻擊細(xì)胞，引起線粒體損傷或線粒體膜超極化。受損的線粒體通過(guò)向細(xì)胞質(zhì)中大量釋放凋亡蛋白cytC 激活經(jīng)典的細(xì)胞程序性死亡途徑，進(jìn)而導(dǎo)致DA神經(jīng)元凋亡，促進(jìn)PD的發(fā)生[22,23]。

3.2 鐵和泛素-蛋白酶體系

泛素-蛋白酶體系（Ubiquitin-Proteasome System，UPS）是泛素介導(dǎo)的降解錯(cuò)誤折疊和異常蓄積蛋白質(zhì)的復(fù)雜且高度特異的細(xì)胞自我修復(fù)的途徑，真核生物中絕大部分的蛋白受到其調(diào)控。黑質(zhì)中的UPS 損傷和鐵的積聚有密切關(guān)系。過(guò)量的鐵可損害UPS，微量注射蛋白酶體抑制劑lactacystin可緩解該通路異常引起的DA丟失。DFO及膜透性鐵螯合劑VK-28和M30不僅對(duì)lactacystin 誘導(dǎo)的黑質(zhì)紋狀體變性具有神經(jīng)保護(hù)作用，而且還具有神經(jīng)恢復(fù)作用[24]。所以，鐵螯合作用可通過(guò)UPS發(fā)揮保護(hù)DA神經(jīng)元的作用，并減緩DA神經(jīng)元退化。另外，當(dāng)UPS發(fā)生損傷時(shí)，又會(huì)通過(guò)IRPS 引起鐵的積累[25]。因此，UPS 的調(diào)節(jié)失調(diào)和鐵的積累成惡性循環(huán)，即UPS 受損會(huì)導(dǎo)致鐵超載，而鐵水平的增加則會(huì)進(jìn)一步加劇UPS功能障礙。

3.3 鐵和α-Syn聚集

α-Syn的聚集與許多因素有關(guān)，是PD發(fā)生的關(guān)鍵事件。鐵可能通過(guò)IRP-IRE信號(hào)通路調(diào)控α-Syn的轉(zhuǎn)錄和合成。Chen等[26]發(fā)現(xiàn)在體外人SK-N-SH細(xì)胞中，α-Syn的mRNA水平在IRP1敲低后上調(diào)。當(dāng)IRP不能與IRE結(jié)合，敲除IRP1，細(xì)胞中會(huì)形成大量有害的α-Syn聚集體。研究證明鐵可通過(guò)其氧化還原活性造成α-Syn反平行聚集[27,28]。Kostka M等[29]提出在乙醇或二甲基亞砜存在的條件下，F(xiàn)e3+誘導(dǎo)的抗氧化的α-Syn寡聚體能在脂質(zhì)平面雙層中形成孔，最終通過(guò)增加膜通透性導(dǎo)致細(xì)胞毒性。另外，α-Syn 也起細(xì)胞亞鐵還原酶的作用，能將Fe3+還原為可利用的Fe2+[30]。這證明PD 中α-Syn 表達(dá)增加可能導(dǎo)致Fe2+過(guò)量生成。α-Syn 的聚集可進(jìn)一步導(dǎo)致亞鐵還原酶活性的喪失，更加造成Fe3+的積累[31]，加速DA神經(jīng)元的死亡。

3.4 鐵和基因突變

Parkin、α-Syn、LRRK2、PINK1 和DJ-1 是已知與PD 相關(guān)的幾種基因，上述基因的缺陷會(huì)導(dǎo)致磷脂膜合成、髓鞘形成或髓鞘維持受損。功能失調(diào)的膜可能導(dǎo)致溶酶體和線粒體損傷，導(dǎo)致ROS產(chǎn)生和鐵攝取上調(diào)。鐵沉積可進(jìn)一步改變Parkin基因的溶解度，并導(dǎo)致其在細(xì)胞內(nèi)聚集[32]。另外，在與α-Syn、LRRK2、PINK1 或DJ-1 基因突變有關(guān)的PD 的篩查中，經(jīng)顱多普勒檢查發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比，PD 患者均顯示黑質(zhì)的高回聲性[33]，間接表明黑色素鐵水平升高。

4 鐵在PD治療中的作用

鐵與PD病理的相關(guān)性表明鐵螯合劑可能是一種有前途的治療策略。2012 年，Kwiatkowski 等[34]探索了去鐵酮對(duì)輕度PD患者的療效。治療前該患者雙側(cè)齒狀核、黑質(zhì)和紅色核中鐵水平均升高，經(jīng)長(zhǎng)期使用去鐵酮治療后，患者雙側(cè)齒狀核中的鐵顯著減少，并在治療1年后患者的狀況得到積極改善，并無(wú)明顯的神經(jīng)或血液學(xué)副作用。近期，Devos等[7]的一項(xiàng)雙盲隨機(jī)實(shí)驗(yàn)顯示：用去鐵酮（30 mg/kg/d）治療12 個(gè)月以上的早期PD 患者，運(yùn)動(dòng)障礙和黑質(zhì)中的鐵明顯得到改善。雖然鐵螯合治療對(duì)緩解PD癥狀有積極的作用，但其療效可能受到膜親和性和通透性的影響，且有可能與其他神經(jīng)精神類藥物相互作用，造成額外的神經(jīng)元的損傷。因此尋找天然低毒的鐵螯合劑顯得尤為重要，研究發(fā)現(xiàn)黃芩的主要成分黃芩苷、大豆主要成分染料木素、姜黃科植物中的姜黃素、楊梅素及人參中活性成分人參皂甙和銀杏黃酮能發(fā)揮很強(qiáng)的鐵螯合作用[35]。與藥物相比，這些典型的天然化合物具有抗神經(jīng)毒性的作用且副作用較少的優(yōu)勢(shì)，值得進(jìn)一步探索。

5 結(jié)論與展望

從與鐵代謝紊亂的相關(guān)通路出發(fā)，尋找新的PD 治療方法有重要意義。除了尋找天然低毒具有神經(jīng)保護(hù)作用的天然鐵螯合化合物，還因從編碼鐵的基因蛋白及調(diào)控鐵的鐵調(diào)素出發(fā)，尋找鐵調(diào)素抗體及K-ATP、LTCC通路阻斷劑，保護(hù)天然自噬通路等。此外，PD一經(jīng)診斷其癥狀就不可逆轉(zhuǎn)，所以開(kāi)發(fā)非侵入性高分辨率成像技術(shù)，幫助PD患者早期識(shí)別細(xì)胞內(nèi)鐵沉積，并追蹤高危個(gè)體，對(duì)降低PD疾病的進(jìn)展也具有重要意義。