多巴胺能系統與不寧腿綜合征的晝夜節律

邱 健，趙顯超，程金湘綜述，宿長軍審校

不寧腿綜合征(Restless legs syndrome，RLS)又稱為Ekbom綜合征，是一種感覺運動障礙，其特征是患者主訴強烈的、幾乎不可抗拒的肢體運動沖動。這種強烈的沖動通常伴隨肢體深處不舒適或難以描述的感覺，但不總是如此。其在休息或靜止時加重，運動后部分或全部緩解，夜晚癥狀重于其他時間。該病在美國及北歐成人的患病率約為1.9%～4.6%，女性的發生率高于男性，且隨著年齡的增長發病率逐漸增加[1]。RLS作為一種慢性疾病，可以導致失眠、疲勞，降低了生活質量。RLS癥狀在傍晚或夜間加重反映了該疾病具有一定的晝夜節律性。目前RLS的發病機制尤其是晝夜節律的機制尚不清楚，多巴胺可能是目前研究最廣泛的機制之一，RLS對多巴胺藥物良好的反應性同樣證實了該觀點。多巴胺能系統又與晝夜節律調節相互聯系，相互作用，推測多巴胺在RLS的晝夜節律改變中可能也扮演著重要的作用[2]。

本文從RLS患者存在或可能存在的晝夜節律異常、多巴胺能系統與晝夜節律調節的關系以及多巴胺能系統參與RLS病理過程等方面，進一步闡述多巴胺能系統與RLS晝夜節律的相互聯系。

1 RLS與晝夜節律異常

RLS臨床癥狀表現出晝夜節律。RLS患者臨床表現為強烈的不可抗拒的肢體運動沖動，伴隨肢體深處不舒服或難以描述的感覺，具備的特點為：休息時加重，活動后緩解，主要發生在傍晚或夜間。RLS疾病本身的感覺癥狀和伴有的運動癥狀都有顯著的晝夜節律，且都在夜晚呈現出高峰[3]。而且RLS癥狀強度的峰值出現在身體核心溫度下降的過程中，而癥狀強度的減弱出現在核心溫度上升的過程中[2]。此外，RLS患者對外界刺痛刺激(評估靜態機械痛的一種方法)的痛覺敏感性存在晝夜變化，這種痛覺過敏與神經性疼痛有相似之處，可能是由于中樞介導的。對RLS患者進行定量感官測試(晚上8：00～10：00和第2天早上的8：00～10：00)，發現患者的足部只有在晚上會出現機械性痛覺敏感性增加，在早上卻未出現[4]。RLS患者機械性疼痛敏感性的晝夜節律可能是由內源性的神經遞質和激素的改變引起的。

RLS患者的脊髓與皮質興奮性也可能存在節律變化。由于RLS病理過程可能涉及脊髓興奮性的改變，一項研究根據足底反射活動判斷脊髓興奮性，結果發現RLS患者晚上的足底反射活動增加，但正常對照未見差異[5]，這提示了RLS患者脊髓興奮性也可能存在晝夜節律變化。而一項對RLS患者進行的事件相關同步化電位研究，發現了RLS患者夜間的皮質節律活動與上午的活動存在差異[6]。后又有研究使用經顱磁刺激的技術證實了該觀點，結果觀察到RLS患者與正常人群的白天的參數未見差異，但RLS患者在夜晚表現出皮質靜息期縮短且運動閾值下降，該研究支持了皮質活動存在晝夜差異性[7]。

RLS患者在注意力、言語流暢性和執行功能等方面可能存在認知功能損害，這些損害被認為通過前額-紋狀體回路所調節，也可能存在晝夜差異。一項研究[8]通過Simon任務探索RLS患者多巴胺依賴的認知功能是否存在與感覺運動相似的節律變化。結果發現在Simon任務中，RLS患者夜間的任務表現更佳，這可能是由于RLS患者視覺-運動啟動的損害導致錯誤反應趨勢的減少。但是目前對于認知功能損害是否存在晝夜節律的差異仍有待更多的研究證實。

此外，RLS患者內源性的激素和神經遞質水平可能存在晝夜波動。RLS患者的感覺與運動癥狀出現之前，褪黑素分泌增加，提示了褪黑素可能通過抑制中樞系統多巴胺的分泌影響RLS的癥狀[9]。多巴胺是催乳素主要的抑制因素，并且會影響人生長激素的釋放，催乳素和生長激素可以作為多巴胺代謝異常的觀察指標。對未經治療的RLS患者進行24 h動態觀察，發現兩種激素波動正常；但使用左旋多巴后的RLS患者催乳素和生長激素釋放會發生改變，而且這種變化只出現在晚上[2，10]，這種原因可能是突觸后的多巴胺受體晝夜變化的敏感性不同。RLS患者腦脊液中的hypocretin-1也有報道可能存在晝夜差異[11]。

2 多巴胺能系統與晝夜節律調節

哺乳動物幾乎所有的生理和行為過程都遵循著節律模式，而這主要靠下丘腦視交叉上核(SCN)這個主時鐘的調節。多巴胺分泌存在晝夜節律變化，之前的研究證實多巴胺以及代謝產物晝夜節律的變化不僅僅出現在人類的血清中，也出現在靈長類動物的腦脊液以及大鼠的紋狀體中，在結節漏斗多巴胺能系統的研究也揭示了多巴胺受體的敏感性在夜晚增加[12]。腦內多巴胺能系統主要參與運動功能、動機目的和藥物濫用等生理過程，而其參與的與動機和覺醒狀態相關的生理活動存在著晝夜節律改變，這些節律改變可被SCN以及SCN以外腦區通過多巴胺能系統進行調節[13]。SCN以及其他腦區時鐘既可以調節多巴胺能系統節律變化，多巴胺能系統也可以對其產生負反饋作用。

多巴胺在視網膜、嗅球、紋狀體、中腦和下丘腦展現出晝夜節律樣的活動，而在其中的部分腦區，節律基因既調節著多巴胺的活動，同時多巴胺也調節著節律基因的表達。節律基因包括Bmal1、Clock、Per1和Per 2、Cry1 和Cry 2、Npas2和Rev-erba，有研究發現節律基因Clock、Per和Bmal1等在富含多巴胺神經元的腹側被蓋區(VTA)和黑質區(SN)有表達[14]。以紋狀體的研究為例，節律基因可以調節多巴胺遞質的變化。多巴胺內源性的節律調節需要紋狀體上的節律基因Per2的正常表達，這種效應又通過D2受體的特異性激活所介導[15]；另外，紋狀體D3受體的表達也展現出在節律的核受體RORα和REV-ERBα控制下的日間變化[16]。而多巴胺能系統反過來也會影響節律基因的表達。在體外培養的紋狀體神經元中，D2或D3受體激動劑會抑制節律基因Clock和Per1的表達，而D1受體激動劑會刺激Clock、Per1、Npas2和Bmal1的表達[17]。這些提示了紋狀體的多巴胺信號通路與節律控制聯系密切。

在多巴胺能系統參與的精神性疾病和神經變性病中，例如帕金森病、兒童注意力缺陷多動障礙，晝夜節律以及睡眠覺醒周期的改變也同樣出現。

3 RLS的多巴胺能系統異常

RLS患者表現出晝夜節律異常，而多巴胺能系統與晝夜節律的改變聯系密切，且參與了RLS病理過程，推測多巴胺能系統參與了RLS的晝夜節律變化[2]。RLS患者多巴胺能系統異常的研究結果不一。較早研究中的腦脊液分析結果顯示，RLS患者和對照組相比，多巴胺合成相關的前體物質與代謝產物未見差異[18]。后來，又有兩個獨立的研究都發現，RLS患者腦脊液中3-氧-甲基多巴(3-OMD)顯著增加，而且這種增加與多巴胺代謝物高香草酸(HVA)有關[11，19]。鑒于從酪氨酸羥化酶到多巴胺的代謝途徑，3-OMD和HVA的增加最好地解釋為可能是酪氨酸羥化酶(水解酶)活性的增加導致RLS患者多巴胺產生增加。

影像學的研究進一步揭示了腦內多巴胺能系統的變化。PET以及SPECT的研究發現腦內多巴胺的功能失調不僅涉及到黑質紋狀體區域也涉及到中腦邊緣區域[20]，盡管結果并不一致，但不少研究從多巴胺能系統的突觸前以及突觸后變化提示了RLS患者存在多巴胺功能損害。

對于突觸前多巴胺的變化，研究的重點是位于突觸前膜上的特異性的多巴胺轉運蛋白(dopamine transporters，DAT)，其功能對評價多巴胺神經遞質系統的功能具有重要的價值。許多使用SPECT的研究并未發現DAT的變化，只有兩項研究發現了DAT功能失調，其中一項研究發現早期RLS患者紋狀體中的DAT下降[21]，而另一項研究則發現了在嚴重的老年RLS患者中紋狀體中DAT的密度有所增加[22]。而在PET的研究中，利用示蹤劑氟[18F]-多巴胺([18F]F-DOPA)，通過放射性標記左旋多巴攝取，檢測左旋芳香族氨基酸脫羧酶(AADC)活性，以評價多巴胺神經元末梢的功能，有的研究并未發現差異，有的研究發現在殼核和尾狀核的攝取下降；而針對膜結合DAT，一項PET研究發現，RLS患者中殼核和尾狀核的結合潛力下降，而腹側紋狀體區域并未發現異常[23]。SPECT與PET在紋狀體DAT的研究結果似有矛盾之處，但SPECT反映的是總的DAT的動態變化，而PET則僅僅反映了膜結合的DAT的變化，對此的解釋是盡管總的細胞的DAT沒有發生改變，但是膜結合的DAT的數量是下降的。

對于突觸后的多巴胺D2受體，只有一項SPECT研究發現RLS患者的紋狀體中[123I]標記的碘苯甲酰胺([123I]- IBZM)的結合下降，表明紋狀體的多巴胺功能減弱，但是其他幾項SPECT研究并未發現異常[20]。PET研究主要使用示蹤劑示蹤劑[11C]-雷氯必利([11C]-raclopride)研究RLS患者的突觸后D2受體，其中有兩項研究報道了紋狀體的攝取下降，其中一項研究發現紋狀體的D2受體的結合潛能下降，但膜上的受體密度以及受體的親和度并未發生變化[24]。另有一項使用示蹤劑的PET研究發現，RLS患者中腦邊緣多巴胺區域[11C]-雷氯必利的結合潛能降低，例如伏隔核和尾狀核區域；而在黑質紋狀體區域卻沒有發現差異，如殼核區域[24]。這種結合能力與臨床的嚴重程度成負相關，且與使用多巴胺藥物治療后疾病嚴重程度的升高成正相關，該研究進一步揭示了RLS患者的中腦多巴胺功能的損害。但是也有研究獲得相反的結果，發現RLS患者的邊緣和相關的紋狀體亞區[11C]-雷氯必利的結合潛能更高；且使用更親和D2受體的放射性物質[11C] FLB 457后發現丘腦的內側和背側、前扣帶回和島葉的結合潛能更高[25]。

PET和SPECT的研究支持了多巴胺通路功能的異常，不僅涉及了黑質多巴胺通路，還涉及中腦邊緣區域，病理學的數據以及動物模型的研究同樣支持了這一理論。尸體解剖的結果發現紋狀體DAT的總量沒有區別；但是紋狀體的D2受體蛋白下降，而且這種下降的程度與RLS的嚴重程度是相關的；在紋狀體與黑質的酪氨酸羥化酶的活性也顯著增加。這些研究都符合突觸前的高多巴胺狀態，表明多巴胺的合成以及釋放都是增加的。在動物中研究發現，腦內缺鐵的小鼠會出現與RLS患者相同的多巴胺的變化，發現D2受體密度、DAT下降，而磷酸化的酪氨酸羥化酶的表達增加[3]。大多數影像醫學的研究發現，多巴胺通路異常涉及到紋狀體區域D2受體和多巴胺轉運體(尤其是膜結合的轉運體)的異常，這些發現與突觸間多巴胺的增加相符合。

左旋多巴等多巴胺藥物對RLS的治療有效，一般認為RLS患者的多巴胺缺乏。如果RLS患者腦內多巴胺已經在不正常的增加，補充多巴胺卻可以減少癥狀，這個明顯的矛盾其實與多巴胺活動、RLS癥狀的晝夜節律有著密切的關系。增加的多巴胺的刺激將會導致突觸后的下調改變，可能是受體的改變也可能是內在細胞功能的改變。對于嚴重的RLS患者，D2受體下調的一般模式可能代表著多巴胺-受體反應的部分下降。多巴胺分泌有著明顯的晝夜節律模式，在傍晚或晚上分泌下降，在早晨時分泌增加，這可以解釋RLS患者的突觸后適應對于日間增加的多巴胺刺激對維持白天功能是足夠的，但是對于傍晚或者晚上的多巴胺下降后卻是不足的[26]，這就導致了盡管RLS患者總的多巴胺在增加，但是傍晚或夜間的多巴胺會相對缺乏。因此通過使用多巴胺激動劑或補充左旋多巴來增加多巴胺的活動可以幫助緩解RLS的癥狀。然而，通過補充多巴胺來控制RLS癥狀的方法并不會持久，這是由于隨著藥物的不斷補充，將會導致多巴胺受體持續的下調和多巴胺的需求進一步的增加；同時夜間多巴胺的缺乏會更加嚴重且持續時間更長[26]。這個多巴胺失調理論可能是RLS癥狀惡化的基礎，導致了RLS的癥狀出現時間更早，以及使用多巴胺藥物后更嚴重。

多巴胺異常的具體解剖部位存在著爭議，沿脊髓下行的多巴胺能系統可能也參與了RLS的病理過程，該系統起源于背側下丘腦，被稱為A11區域。潛在的機制可能是脊髓A11多巴胺區域對脊髓感覺傳入抑制作用的喪失[27，28]。A11區域病變的嚙齒類動物常被用來作為一種RLS動物模型。A11區域病變的動物常表現為運動活動的增加，而且會由于鐵缺乏加重。然而神經病理學上的研究并不支持這一觀點，在RLS患者中并未發現A11區域病變的證據。

不同多巴胺受體亞型對多巴胺的親和性不同，在脊髓中，低多巴胺濃度更容易激活抑制性的D2類受體(包括D2、D3和D4受體)，介導脊髓背側的抑制作用[29]；而高濃度的多巴胺則作用于興奮性的D1類受體(包括D1和D5受體)[30]，甚至可以引起和維持孤立脊髓中的運動樣活動[31]。RLS表現的感覺異常與其常伴有的周期性肢體運動(periodic limb movements，PLMs)可能分別是脊髓環路中感覺加工與運動處理中的兩種不同反應過程。下肢運動的產生是在胸腰段的脊髓腹側，而D1受體在脊髓腹側表達高于背側，D1受體介導的活動可能作用于脊髓運動相關的功能而不是感覺相關的功能。動物實驗顯示D3受體敲除和MEIS1敲除的小鼠表現出興奮性增加，感覺相關興奮性增加可能來源于D3受體系統的改變，運動相關興奮性增加可能是由于脊髓中D1受體表達增加[32]。

多巴胺藥物初始治療RLS患者的有效性得到了證實，但長期治療卻會造成“惡化”，其具體機制尚未清楚。一項隨機對照臨床研究結果顯示選擇性D3受體激動劑對RLS癥狀以及PLMs的改善效果優于D2受體激動劑[33]。多巴胺藥物可能作用于抑制性的D3受體，降低了神經元的興奮性。而長時間D3受體激動劑的治療會導致脊髓中興奮性D1受體亞型的增加，并可能導致惡化[34]。隨著年齡的增加，RLS的發病增加，而脊髓中的D1受體表達增加，這也支持了D1受體可能參與了RLS的發生以及惡化的出現。有研究發現抑制性的D3受體可以與興奮性的D1受體通過形成功能性的異二聚體或者異四聚體相互作用[35]。且D1受體可以與腺苷A1受體形成異二聚體，通過這種異二聚體可以調節D1受體的功能[36]。這種A1-D1受體形成的異二聚體不僅在腦內基底節區發現，也在脊髓中發現。有報道稱，腦內缺鐵會造成低嘌呤的狀態，下調A1受體，可能打破了紋狀體以及其他區域中由A1-D1受體異二聚體控制的平衡和A1受體介導的對谷氨酸神經遞質的抑制作用，這可能引起PLMs以及高覺醒[37]。

總之，多巴胺能系統異常在RLS的病理過程中具有重要作用，同時鐵作為多巴胺遞質合成的必要輔助因子，與多巴胺異常密切相關。鐵缺乏會降低多巴胺受體的密度，來自動物的研究提示，鐵缺乏大鼠在尾狀核和殼核出現多巴胺D1受體與D2受體數量下降，且D2受體水平與鐵的濃度水平相關[26，38]。雖然已經有大量的研究顯示多巴胺、鐵系統都與RLS有關，但是目前尚不清楚缺鐵以及多巴胺能系統異常狀態是如何出現的。RLS真實的病理過程可能比一個或者兩個系統的參與更加復雜。有研究認為，基因以及環境因素的影響可能導致了腦內缺鐵狀態，這種狀態可能是導致RLS的首要的病理學機制，將導致多巴胺異常狀態(主要涉及靜坐不能與PLMs)和高谷氨酸能狀態(同樣參與了覺醒的增多)，除此之外還可能有第三種機制即低腺苷狀態的參與[27]。

4 結 語

RLS患者的感覺與運動癥狀、脊髓與皮質興奮性、認知功能以及激素和神經遞質都呈現出或者可能呈現出晝夜節律的變化；多巴胺分泌具有晝夜節律，在主控時鐘的指揮下協調著部分生理活動的節律變化，并能對節律調節產生負反饋作用；多巴胺能系統在RLS患者中異常，并在發病過程中占有重要地位。推測多巴胺能系統可能參與了RLS的晝夜節律異常。但RLS的病理機制可能是多方面，其晝夜節律也可能由多個系統共同參與調節。因此，探究RLS晝夜節律改變背后的機制網絡需要更多的基于人與動物的研究。