信號轉導通路與帕金森病

張曉曉，盧 宏

(鄭州大學第一附屬醫院神經內一科 河南鄭州 450052)

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)也稱震顫麻痹，是發病率僅次于阿爾茨海默病的神經退行性疾病，其主要病理改變是黑質致密部(substantia nigra compacta，SNc)、多巴胺(dopamine，DA)能神經元不可逆的丟失及路易小體(lewy body，LB)的形成［1］。PD 發病機制與多種因素相關，包括細胞自治性(如線粒體氧化應激、蛋白質聚集等)及非細胞自治性(如蛋白質錯誤折疊及神經免疫等)［2］。目前研究發現，多種信號轉導通路亦參與PD發病機制，本文將相關研究給予綜述。

1 PD及其發病機制

PD為一復雜的變性病，臨床主要以靜止性震顫、運動遲緩、肌強直、姿勢步態異常為主要表現形式。針對其發病機理，尚無明確定論，考慮為多病因、多因素綜合作用的結果，主要包括基因突變、線粒體功能障礙、過度氧化應激、泛素蛋白酶體系統功能障礙、細胞內外鈣離子穩態破壞、細胞凋亡等［2］。截至1997年資料統計，PD在人群中患病率高達0.2%，65歲以上老年人中，患病率為1% ～2%，而在85歲以上老年人中，高達3% ～5%［1］，因此研究PD發病機制，針對發病機制合理治療至關重要。

2 信號轉導通路與PD

細胞信號轉導通路由PD基因和相關蛋白質構成，可參與細胞分化、增殖及其凋亡活動等，從分子基礎上決定PD的發病。它主要包括絲裂酶原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)通路、核轉錄因子 κB(nuclear transcription factor，NF-κB)通路、一氧化氮(nitric oxide，NO)、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)通路、蛋白激酶 C(protein kinase C，PKC)通路等。細胞信號轉導途徑的異常與DA能神經元活性及神經元凋亡存在明顯關系［3］。

2.1 MAPK通路與PD MAPK是一種含有絲氨酸/蘇氨酸的蛋白激酶，廣泛分布于包漿中，MAPK通路主要包括胞外信號蛋白調節激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)通路、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun NH2-teminal kinase，JNK)通路、p38 通路3 條途徑，通過轉錄因子磷酸化，進而改變基因表達水平，參與神經損傷的發生及其修復［4］。

2.1.1 ERK通路與PD:ERK在體內廣泛分布，調控機體的發育、生長、細胞遷移及成熟，對多種神經及精神類疾病的病理發生及發展有重要作用［5］。

MAPK/ERK對細胞的分化增殖及惡性轉化均有調節作用，參與形成腦內長時程增強及突觸的塑造。孔敏等［6］試驗研究證實，長期使用左旋多巴，可顯著增強PD大鼠紋狀體ERK1/2磷酸化水平，使ERK通路激活，作用于突觸結構蛋白，活化下游不同底物，參與改變突觸和神經元的可塑性，最終改變行為學，而ERK1/2磷酸化主要發生在損傷側紋狀體，進而說明ERK通路參與PD運動并發癥的發生，與紋狀體上多巴胺受體超敏及受體后反應關系密切，臨床給予抑制ERK通路藥物可能有助于治療PD運動并發癥。

2.1.2 p38通路與PD:p38是重要的細胞內信號酶，是MAPK的重要組成部分，參與介導細胞免疫、炎癥、凋亡、氧化應激等病理生理改變［7］。p38的激活與PC12神經元的凋亡一致，具有持續p38活性的PC12神經元可出現明顯的細胞凋亡，提示p38/MAPK參與調控細胞凋亡［8］。而PD發病雖與多種因素相關，但最終結果是中腦黑質多巴胺能神經元的凋亡。Merad［9］曾有實驗表明細胞凋亡中含有許多促凋亡因子，如細胞色素 c及半胱氨酸蛋白酶(caspase)。caspase家族蛋白具有天冬氨酸特異酶和半胱氨酸蛋白酶切位點，降解底物，使細胞形態學發生改變，介導凋亡，細胞色素c可調控caspase凋亡機制，功能異常時誘導凋亡。鄰乙汞硫基苯酸鈉可磷酸化p38/MAPK，使caspase-3活化，p38活性受抑制，細胞色素c釋放減少，caspase-3的降解也減少，減少細胞凋亡，進而調控PD發病［8］。亦有研究發現，在MPTP模型小鼠中，p38/MAPK信號通路可能激活NF-κB和環氧化酶-2(cyclo-oxygen-ase-2，COX-2)，損傷黑質多巴胺神經元，誘導PD發生，證明p38/MAPK參與PD的發病［9］。p38/MAPK可通過增強表達原癌基因 c-myc，介導fas/fasL凋亡，使c-jun和c-Fos激活，誘導Bax轉位及p53表達等，參與細胞的凋亡［8］。而作用于p38通路的藥物可減輕PD多巴胺神經元的損傷，可能與減少炎癥反應，降低細胞凋亡有關［11］。

2.1.3 JNK通路與PD:JNK信號通路參與調節細胞生長、凋亡周期，在應激的生理過程中扮演重要角色。JNK信號通路在未激活時主要存在于胞漿，激活后迅速表達，通過參與介導capase-3，促進COX-2的表達，調節釋放細胞色素c，減少線粒體復合體I，增加活性氧等途徑，造成紋狀體運動區域的多巴胺能神經元凋亡［12］。

JNK通路與線粒體功能障礙及氧化應激:JNK通路的氧化激活受DJ-1因子的影響［13］，而DJ-1基因有抵抗線粒體氧化應激，減少復合物I的形成，清除過氧化氫，促進細胞內谷胱甘肽合成的作用［14］，防止JNK通路的激活，從而減少PD的發生［15］。當DJ-1基因表達減少或突變時，會造成細胞生理功能的缺失，當DA功能缺失時，其產生的6-羥基多巴胺和神經黑素可造成呼吸鏈損傷，ATP生成減少，最終細胞死亡于能量不夠，PD發病增加。

JNK通路與內質網錯誤折疊及聚集:PD等神經變性疾病的腦組織中均有蛋白質的異常沉積，這些異常聚集的蛋白質造成細胞變性，ATP酶分解受阻，使神經元損傷［16］。泛素-蛋白酶體是細胞內清除蛋白質的主要途徑，當其功能受損時，會造成內質網降解功能喪失，使蛋白質局部降解或折疊后反復降解，造成局部累積［17］。有報道證明，散發的PD模型研究中，異常蛋白質聚集可激活JNK通路，介導細胞凋亡［16］，造成PD的發病。

JNK通路與細胞凋亡:細胞凋亡與氧化應激、線粒體功能障礙等均有聯系，caspase是細胞凋亡的關鍵酶，而細胞色素c的釋放是細胞凋亡的關鍵步驟。體外模型中可利用乳胞素激活ASK-1，介導JNK和c-Jun磷酸化，使JNK通路激活，從而釋放出細胞色素c，并激活caspase-3和caspase-9，導致多巴胺神經元凋亡，給予 JNK通路抑制劑 SP00125后，可減輕凋亡現象［14］。

JNK通路與KATP通道:近年研究發現以小膠質細胞過度激活為主要表現方式的炎癥反應亦參與PD發病［19］，而KATP離子通道被激活后，可降低黑質和紋狀體中NOS的活性劑mRNA的水平，造成TNF-a的產生及表達減少，抑制細胞凋亡［20］。埃他卡琳(Ipt)是新型的鉀離子開放劑，用Ipt處理經魚藤酮損害的小神經膠質細胞后，其線粒體膜上的鉀離子通道被打開，c-Jun的磷酸化顯著減少，使得JNK信號通路被抑制，細胞凋亡停止［14］，說明KATP離子通道的開放可能會抑制小膠質細胞的炎癥反應，進而抑制JNK信號通路，減少PD的發病。

2.2 NF-κB 通路與 PD NF-κB 包括 RelA、RelB、CRel、p105/p50和p100/p52等，主要通過兩種激活方式參與信號通路的調節。一種是依賴于NIK-IKKa/в的IκBal磷酸化及降解［21］，另一種是依賴于 ERK 和p38/MAPK磷酸化的轉位［22］。NF-κB在PD病人的多巴胺神經元中是增加的，以及RelA核轉錄位在PD病人尸體的黑質多巴胺神經元中存在很強的表達。神經炎癥在PD的發病機制中起重要作用［19］，NF-κB可參與外周炎癥反應，調控B細胞的增生、增殖及凋亡，在T細胞分化的不同階段起重要作用，而且參與樹突細胞(dendritic cell，DC)的活性抑制，減少炎癥損傷及凋亡［23］。在PD病人大腦中，LB的形成與被磷酸化的IκBaNF-κB 抑制劑及 SCFв-TrCPpIκBα 的泛素連接酶相關，NF-κB調節p53的表達，進而調節細胞凋亡。成神經細胞經1-甲基-4苯基-4氫吡啶離子處理后，發現p53表達增加，出現caspase-3的裂解及以DNA斷裂及其核形態學變化為主要特點的細胞凋亡，所以NF-κB通過調控p53的表達，進而調節細胞凋亡，參與PD發病［24］。

2.3 NO、NOS通路與PD NO是由L-精氨酸和氧反應產生，NOS是其合成最關鍵的限速酶，其中iNOS為誘導型關鍵酶。NO參與介導多種神經毒素，而這些神經毒素可導致包括PD在內的多種神經退行性疾病［25］。在PD患者的中腦黑質及腦脊液中，iNOS均有顯著增加，而NO的產生受iNOS的調節。NO與O2結合后，生成過氧亞硝酸鹽，其有強烈的毒性，硝基化細胞內蛋白質的酪氨酸殘基，使其功能發生改變，在PD患者的LB中，我們就發現了3-硝基酪氨酸［26］。免疫炎癥參與NO、NOS通路，巨噬細胞可產生iNOS，使NO的合成增加，而小膠質星形細胞產生NOS后，可增加組織中的腫瘤壞死因子-α受體-1(tumor necrosis factor-α receptor-1，TNF-αR-1)及其 TNF-α 表達，神經元上TNF-αR-1被結合后，可使pro-caspase-8被活化，引起caspase級聯反應，調控凋亡［19］。NO對線粒體呼吸鏈亦有破壞作用，消耗能量，破壞細胞膜內外電位，產生神經毒性，使多巴胺神經元損傷變性［26］。

NO是PD多種發病機制的重要組成成分，與其他信號轉導通路亦有聯系。當細胞受魚藤酮刺激后，JNK信號通路被激活，進一步激活iNOS，使NO的產生增加，所以JNK通路可調控NO的產生［27］。中腦黑質多巴胺能神經元變性丟失嚴重受iNOS的影響，而iNOS的表達受p38的調控，在轉錄和翻譯水平上，iNOS的表達受到p38的快速調節，進而調控多巴胺神經元的凋亡［11］。

2.4 PKC通路與PD PKC對細胞的增殖、生長及和核基因的表達起重要作用，磷酸化底物蛋白Ser-Thr的殘基，對細胞的短期及長期反應均有調節作用，而PKCб亞型本身是凋亡蛋白caspase的效應靶點，參與凋亡相關蛋白的調節。PKCб的激活可能是一個PD的致病位點，參與PD的發病。PKC的某些家族成員在炎性刺激、有絲分裂刺激、應激刺激等情況下可作為ERK上游的信號分子，參與激活ERK［28］，并可選擇性降低ERK1/2的磷酸化水平，所以PKC系統有可能參與調控ERK通路的部分激活，進而參與PD發病的調節［6］。

3 小結

目前PD的發病機制考慮為多因素共同作用的結果，與環境因素、年齡因素、神經免疫、細胞凋亡、線粒體氧化應激等均有相關性，各種信號轉導通路通過參與調控免疫、炎癥、凋亡等，從分子水平為PD的發生進行進一步的闡述。目前PD的治療以臨床改善癥狀為主，深入研究各種信號轉導通路與PD發生發展的關系及各信號轉導通路之間的相互聯系，可以從分子水平上為PD的臨床診療提供更深廣的思路。

［1］Fabio B.Neural and Immune Mechanisms in the Pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Neuroimmune Pharmacol，2013，8(1):189-201.

［2］Etienne C，Peter J，FRPharm S，et al.Pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Movement Disorders，2013，28(1):24-30.

［3］陳生弟，王剛，劉軍，等.帕金森病發病機制與診治的基礎與臨床研究進展［J］.上海交通大學學報(醫學版)，2012，32(9):1221-1226.

［4］陶昕，孟祥志，孫麗，等.MAPK信號通路與神經損傷的研究進展［J］.解剖學進展，2010，16(6):574-577.

［5］關曉偉.ERK1/2及CRF系統在可卡因成癮過程中的作用［D］.南京:南京醫科大學，2009:12-19.

［6］孔敏，巴茂文，劉振國.細胞外信號調節激酶通路在帕金森運動并發癥中的作用［J］.中華神經科雜志，2009，42(5):67-70.

［7］Roux P P，Blenis J.ERK and p38 MAPK-activated protein kinases:a family of protein kinases with diverse biological functions［J］.Microbiol Mol Biol Rev，2004，2(68):320-344.

［8］孫欣.p38 MAPK通路和帕金森病［J］.國外醫學-老年醫學分冊，2009，30(2):65-67.

［9］王茜，張輝，張作鳳，等.p38MAPK對帕金森病MPTP模型小鼠NF-κB和COX-2調控的研究［J］.中國現代醫學雜志，2012，22(28):15-20.

［10］陶麗珍，陳建宗.NF-κB通路與帕金森病［J］.國際老年醫學雜志，2011，32(1):32-35.

［11］張田，張作鳳，魏子峰，等.p38 MAPK通路參與調控iNOS活化及其介導的帕金森病小鼠的多巴胺神經元消失［J］.中國煤炭工業醫學雜志，2009，12(3):34-36.

［12］Wapen S，Kooncumchoo P，Shavali S，et al.Salsolinol，an endogenous neurotoxin，activates JNK and NF-κB signaling pathways in human neuroblastoma cells［J］.Neurochem Res，2007，32(6):443-450.

［13］Lee K W，Junn E，Mouradian M M，et al.DJ-1 protects against oxidative damage by regulating he hioredoxin/ASK1 complex［J］.Neurosci Res，2010，67(3):203-208.

［14］關榆根，張建鵬.JNK信號通路的激活在帕金森病發病機制中的作用［J］.生物技術通訊，2012，23(6):874-878.

［15］Rita P，Teresa C O，Ana C R.Peprint of:Revisiting oxidative stress and mitochondrial dysfuction in the pathogenesis of Parkinson diseaseresemblance to the effect of amphetamine drugs of abuse［J］.Free Radical Biology and Medicine，2013，62(1):186-201.

［16］陳娜，代麗芳，姜玉武，等.內質網應激后未折疊蛋白反應在神經退行性疾病發病機制中的作用［J］.生物化學與生物物理進展，2012，39(8):764-770.

［17］胡曉梅，郭斌.自噬在帕金森病發生發展中的作用［J］.生命科學，2013，25(1):73-77.

［18］Li X，Du Y，Fan X，et al.c-jun Kinase mediates lacacystin-induced dopamine neuron degeneration［J］.Neuropathol Exp Neurol，2008，67(10):933-944.

［19］張娜，柯開富，邱一華.神經炎癥在帕金森病發病機制中的作用［J］.交通醫學，2012 26(1):45-47.

［20］劉彩霞.帕金森病中KATP通道的研究進展［J］.Apoplexy and Nervous Diseases，2012，29(2):188-189.

［21］Awasthi Y C，Sharma R，Cheng J Z，et al.Role of 4-hydroxynonenal in stress-mediated apoptosis signaling［J］，Mol Aspects Med，2003，24(45):29-230.

［22］Craig R，Larkin A，Mingo A M，et al.p38 MAPK and NF-kappa B collaborate to induce interleukin-6gene expression and release.Evidence for a cytoprotective autocrine signaling pathway in a cardiac myocyte model system［J］.J Biol Chem，2000，275(31):23814-23824.

［23］Long-Smith C M，Sullivon A M.，Nolan Y M.The influence of mictoglia on the pathogenesis of Parkinson’s Disease［J］.Progress in Neurobiology，2009，89(3):277-287.

［24］Noda K，Kitami T，Gai W P，et al.Phosphorylated IkappaBalpha is a component of Lewy body of Parkinson’s Disease［J］.Biochem Biophys Res Commun，2005，331(1):309-317.

［25］Davies I R，Zhang X.Nitric oxide selective electrodes［J］.Methods Enzymol，2008，436(8):63-95.

［26］李曉峰，陳建宗.一氧化氮信號通路與帕金森病的發病機制［J］.第四軍醫大學學報，2009，30(18):1836-1838.

［27］Gao H M，Hong J S，Zhang W，et al.The role of differential activation of p38-mitogen-activated protein kinas in preconditioned ventricular myocutesl［J］.FASEB，2000，14(14):2237-2246.

［28］范鷹，李靜，楊奕，等.通過抑制PKCδ-ERK1/2通路減輕6-羥基多巴胺所致多巴胺能細胞凋亡［J］.中國生物化學與分子生物學報，2011，27(12):1133-1140.