郭 興，胡明慧，孫亞男，崔振武，邢紅霞，張 偉；單琳琳，李超堃

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院,河南省生物精神病學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 新鄉(xiāng) 453002;2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003;3.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,河南 新鄉(xiāng) 453003)

脂質(zhì)在許多生物過程中發(fā)揮作用,對(duì)大腦的發(fā)育及功能維持尤為重要。近年來,研究表明,脂質(zhì)與第二大中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病——帕金森病(Parkinson′s disease,PD)的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[1-3]。盡管具體機(jī)制尚不清楚,但脂質(zhì)與α-突觸核蛋白(alpha-synuclein,ASN)結(jié)合形成α-螺旋脂質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物,從而形成不溶性聚集體的研究已得到廣泛關(guān)注[4-5]。本文將對(duì)脂肪酸(free fatty acids,FFAs)、甘油脂類、磷脂酸、鞘脂及甾醇等脂質(zhì)分子在PD發(fā)生、發(fā)展中的作用及機(jī)制相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,以期為PD的預(yù)防、治療措施的研究提供參考。

1 脂質(zhì)分子在PD發(fā)生中的作用

1.1 FFAs與PD的發(fā)生

研究顯示,與健康對(duì)照者相比,PD患者血漿中FFAs代謝物顯著減少[6]。短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)含有2～6個(gè)碳原子,是腸道微生物代謝的主要產(chǎn)物。臨床研究發(fā)現(xiàn),PD患者糞便中SCFAs水平明顯降低,并具有性別依賴性,且PD發(fā)病年齡與SCFAs呈正相關(guān)[7];CHEN等[8]研究也發(fā)現(xiàn),PD患者糞便中SCFAs水平明顯降低,但血漿中SCFAs水平卻呈上調(diào)趨勢(shì)。SHIN 等[9]研究發(fā)現(xiàn),血漿SCFAs在PD患者呈增加趨勢(shì),并與疾病的嚴(yán)重程度和抗PD藥物相關(guān)。多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs),尤其是n-3脂肪酸,是人體膳食中必需的營養(yǎng)脂肪酸,也是細(xì)胞膜的重要組成成分。研究發(fā)現(xiàn),血漿中高水平PUFAs以及低飽和脂肪的飲食均可降低PD的風(fēng)險(xiǎn),其中α-亞油酸和亞油酸水平與PD患者運(yùn)動(dòng)障礙嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān),而二十二碳六烯酸和花生四烯酸水平與PD非運(yùn)動(dòng)癥狀嚴(yán)重程度呈正相關(guān),提示PUFAs與PD的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[10]。HERNANDO等[11]研究發(fā)現(xiàn),PD動(dòng)物模型補(bǔ)充n-3 PUFAs,可對(duì)抗神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激,表明n-3 PUFAs的攝入可降低PD發(fā)生?？傊?多種FFAs可能參與PD的發(fā)生。

1.2 甘油酯與PD的發(fā)生

三酰甘油(triacylglycerol,TAG)由1分子甘油和3分子脂肪酸組成。來自荷蘭的一項(xiàng)研究使用多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分來評(píng)估PD患者血液中370種脂質(zhì)和脂質(zhì)相關(guān)分子水平與PD發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系,結(jié)果顯示,TAG與PD發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)[12]。FU等[13]對(duì)血清中膽固醇或TAG與PD發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估,結(jié)果顯示,血清TAG、膽固醇水平升高可能是PD發(fā)病的保護(hù)因素。2021年,一項(xiàng)研究使用代謝組學(xué)分析方法對(duì)PD患者皮脂中的脂質(zhì)變化進(jìn)行追蹤,結(jié)果發(fā)現(xiàn),神經(jīng)酰胺、TAG和脂肪酰基類代謝物在PD患者中表達(dá)下調(diào)[14]。SNCHEZ CAMPOS等[15]對(duì)經(jīng)典的PD動(dòng)物模型(ASN A53T 小鼠)的血清代謝物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),血清中膽固醇、TAG和非酯化脂肪酸水平顯著下降。但GUERREIRO等[16]研究發(fā)現(xiàn),大鼠多巴胺能神經(jīng)元N27細(xì)胞中過表達(dá)ASN A53T 可激活催化TAG合成的?；o酶a合成酶,導(dǎo)致TAG水平升高,這似乎相悖于PD患者體內(nèi)的研究結(jié)果。

二?；视?(diacylglycerol,DAG) 是細(xì)胞膜的重要組成成分,可以在Ca2+的參與下激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC),而活化PKC可磷酸化下游目標(biāo)蛋白,參與包括神經(jīng)元突觸傳遞等許多重要的生理活動(dòng)[17]。WOOD等[18]對(duì)神經(jīng)退行性疾病患者體內(nèi)脂質(zhì)分子水平進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn),不僅PD患者大腦額葉皮質(zhì)中DAG水平升高,阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)及路易體病患者大腦額葉皮質(zhì)中DAG水平同樣也明顯升高,表明,DAG異常在疾病早期并伴隨皮質(zhì)功能性障礙的發(fā)生被放大。二酰甘油激酶Q (diacylglycerol kinases,DGKs)可磷酸化DAG,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榱字?phosphatidic acid,PA)[19]。DGKs家族共有10種亞型,其中二酰甘油激酶 (diacylglycerol kinases theta,DGKQ)位于染色體4p16.3區(qū),GAK/TMEM175/DGKQ區(qū)域是全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)的PD第三大風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn),與PD的易感性相關(guān)[20],這可能與DGKQ活性的改變打破了DAG與PA之間的平衡有關(guān),提示DAG-PA軸的異常可能是PD和AD的共同特征。

1.3 磷脂與PD的發(fā)生

磷脂既是組成生物膜的基本成分,又可作為重要的信號(hào)分子參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),在多種疾病的病理生理過程中發(fā)揮重要作用[21-25]。LPEZ DE FRUTOS 等[26]研究發(fā)現(xiàn),與健康對(duì)照組相比,葡糖腦苷脂酶(glucocerebrosidase,GBA)缺陷病和PD患者的血清磷脂水平均明顯增加,表明磷脂在此類疾病發(fā)展中發(fā)揮一定作用,血清磷脂水平可能是PD的生物標(biāo)志物。甘油磷脂(glycerophospholipids,GPL)是基于甘油的磷脂,包含至少1個(gè)連接到甘油部分的O-?；鶜埢?如磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine,PE)和磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine,PS)等。這些甘油磷脂豐富并存在于哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜上,對(duì)大腦的結(jié)構(gòu)形成和認(rèn)知功能的發(fā)育至關(guān)重要[27]。研究發(fā)現(xiàn),在精神分裂癥、亨廷頓癥和AD患者細(xì)胞膜中GPL水平明顯升高[28-29];PD患者額葉皮層和初級(jí)視覺皮質(zhì)中PS和PE水平顯著升高,但黑質(zhì)中磷脂酰肌醇、PS和PE水平顯著降低[18,30-31]。WANG等[32]研究發(fā)現(xiàn),低水平PE具有促進(jìn)脂質(zhì)囊泡與 ASN結(jié)合的作用。綜上,磷脂水平改變可能與PD的發(fā)生相關(guān)。

1.4 鞘脂與PD的發(fā)生

細(xì)胞內(nèi)鞘脂類和鞘糖脂物質(zhì)既是細(xì)胞膜的重要組成成分,也參與許多細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路調(diào)節(jié),包括細(xì)胞增殖、凋亡等[33-35]。鞘脂類化合物的脂質(zhì)部分為鞘氨醇,可被鞘氨醇激酶 1(sphingosine kinases 1,SK1)和鞘氨醇激酶 2(sphingosine kinases 2,SK2)磷酸化,轉(zhuǎn)化為1-磷酸鞘氨醇 (sphingosine-1-phosphate,S1P)[35]。神經(jīng)酰胺和S1P均是重要的生物活性鞘脂,共同參與神經(jīng)元生存與死亡的調(diào)控,參與神經(jīng)退行性疾病的生理病理過程[36]。PéPIN等[37]在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),S1P通過激活S1P受體1來增強(qiáng)線粒體生物生成,可保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元免受1-甲基-4-苯基吡啶誘發(fā)的細(xì)胞死亡。另有研究發(fā)現(xiàn),PD小鼠黑質(zhì)中SK2表達(dá)顯著下調(diào),使用S1P激動(dòng)劑可產(chǎn)生神經(jīng)保護(hù)作用,提示,SK/S1P/S1P可能是有希望的神經(jīng)保護(hù)靶點(diǎn)[38-39]。ABBOTT等[40]通過對(duì)1例去世的PD 患者腦組織進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),前扣帶皮層表現(xiàn)出顯著的PD 病理學(xué)改變,分布在該區(qū)域的神經(jīng)酰胺合酶-1基因表達(dá)顯著上調(diào)。MIELKE等[41]研究發(fā)現(xiàn),PD伴認(rèn)知障礙患者血漿中多種神經(jīng)酰胺(如C16：0、C18：0、C22：0、C24：1)水平升高。

GBA是PD的重要遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素,5%～15% 的PD患者攜帶GBA1基因類型變異,這可能是由于GBA基因突變?cè)斐善涞孜锲咸烟巧窠?jīng)酰胺(葡萄糖腦苷脂)在多種組織中貯積有關(guān)[42]。有研究報(bào)道,攜帶富亮氨酸重復(fù)激酶2(leucine-rich repeat kinase 2,LRKK2)基因突變的PD患者腦脊液中神經(jīng)鞘脂水平顯著升高[42-43]。HU等[44]采用非靶向代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),PD患者血漿中的差異代謝物中鞘脂類占25%,參與鞘磷脂代謝的6種代謝物均顯著增加,提示PD患者中鞘磷脂代謝通路被激活。

1.5 膽固醇與PD的發(fā)生

膽固醇是細(xì)胞膜中不可缺少的成分,大腦中膽固醇在人體總膽固醇中占比較高。有研究報(bào)道,膽固醇水平過高會(huì)增加患PD的風(fēng)險(xiǎn),提示血清膽固醇水平與神經(jīng)變性疾病相關(guān)[45]。但是,ASCHERIO等[46]通過隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn),高血清膽固醇患者罹患PD的風(fēng)險(xiǎn)較低。而一項(xiàng)meta分析對(duì)8項(xiàng)前瞻性研究和13項(xiàng)回顧性研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),總膽固醇對(duì)PD具有保護(hù)作用[13]。出現(xiàn)結(jié)果不一致的原因可能與不同的研究招募研究對(duì)象的條件不同有關(guān)。

2 脂質(zhì)失調(diào)促進(jìn)PD發(fā)病的分子機(jī)制

2.1 脂質(zhì)通過結(jié)合并促進(jìn)ASN聚集參與PD發(fā)生發(fā)展

ASN是廣泛表達(dá)在突觸前軸突末梢的可溶性蛋白,可通過與突觸蛋白和突觸前膜相互作用調(diào)節(jié)囊泡內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的聚集和釋放[47-49]。研究表明,ASN的異常聚集可形成PD中常見的路易氏小體的主要蛋白質(zhì)成分,單體ASN發(fā)生異常聚集并錯(cuò)誤折疊成低聚物,從而形成路易小體,是典型的PD病理標(biāo)志[50]。ASN可結(jié)合帶有負(fù)電荷的脂質(zhì)促進(jìn)自身異常聚集可能是其參與PD發(fā)生的機(jī)制之一。

ASN由140個(gè)氨基酸殘基組成,N端(1～95 號(hào)氨基酸殘基)脂質(zhì)結(jié)合區(qū)域甘油酯、脂肪酸、磷脂、心磷脂、鞘脂和其他酸性磷脂(磷脂酸)均能與ASN結(jié)合,結(jié)合脂質(zhì)后ASN的前95個(gè)氨基酸殘基從無規(guī)則卷曲轉(zhuǎn)變?yōu)?個(gè)兩親性α螺旋,這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變導(dǎo)致ASN蛋白質(zhì)的異常聚集[51-52]。在PD不同細(xì)胞和動(dòng)物模型中已經(jīng)證明,脂肪酸、鞘磷脂、膽固醇衍生物等特定脂質(zhì)水平的變化與聚集性的ASN增多有關(guān),而且脂質(zhì)性質(zhì)和水平的改變也對(duì)ASN的聚集傾向產(chǎn)生影響[53]。因此,在PD進(jìn)程中,脂質(zhì)可能是通過影響ASN異常折疊而參與PD進(jìn)程。

2.2 ASN摻入細(xì)胞膜導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化參與PD發(fā)生發(fā)展

不平衡的氧化還原狀態(tài)會(huì)引起氧化應(yīng)激,包括活性氧(reactive oxygen species,ROS)的過度生成或抗氧化系統(tǒng)功能障礙。大腦富含容易過氧化的磷脂及多不飽和脂肪酸,且對(duì)氧的需求量較高,抗氧化系統(tǒng)功能障礙時(shí),神經(jīng)元膜磷脂易受ROS攻擊發(fā)生過氧化。磷脂酶A 2γ(phospholipase A 2γ,PLA 2γ)是參與甘油磷脂分解的重要酶。研究發(fā)現(xiàn),PLA 2γ功能缺失可使線粒體ROS增加、脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)、ATP合成減少、谷胱甘肽水平降低及線粒體膜缺陷等病理變化,從而參與PD的發(fā)生發(fā)展[54]。在在體及離體PD模型中也觀察到聚集性ASN 在細(xì)胞膜內(nèi)產(chǎn)生ROS和脂質(zhì)過氧化物[55-56]。 因此,磷脂過氧化及抗氧化酶的活性降低或喪失,可能是中腦多巴胺能神經(jīng)元脆弱和進(jìn)行性運(yùn)動(dòng)功能障礙的原因。ANGELOVA等[57]研究發(fā)現(xiàn),降低PD小鼠細(xì)胞內(nèi)或線粒體ROS水平,可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和脂質(zhì)過氧化,增加紋狀體中酪氨酸羥化酶活性,表明降低ROS及抑制脂質(zhì)過氧化可發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

3 結(jié)論

PD患者存在不同程度、不同種類的脂質(zhì)代謝差異,而脂質(zhì)的種類以及構(gòu)成可以調(diào)控ASN積聚。甘油磷脂、鞘磷脂、甾醇等不同種類的脂質(zhì)是細(xì)胞膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜及高爾基復(fù)合體的主要成分。因此,細(xì)胞內(nèi)膜組成中脂質(zhì)成分的改變可能通過影響神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡運(yùn)輸、ASN的聚集等重要過程參與PD的發(fā)生發(fā)展。總之,脂質(zhì)代謝途徑和膜脂組成中一些生物活性脂質(zhì)的改變可能在PD發(fā)生發(fā)展中起著重要作用,關(guān)注PD患者脂質(zhì)代謝途徑及脂質(zhì)組學(xué)變化可為PD的治療提供潛在靶點(diǎn)和生物標(biāo)志物。