二、发病机制
(一)DA、乙酰胆碱(ACh)等神经递质失衡学说
DA为纹状体内的抑制性递质,ACh为兴奋性递质,正常体内二者处于动态平衡的状态。患帕金森病时,黑质的多巴胺神经元变性脱落、黑质-纹状体系统神经通路的神经纤维也发生变性,导致多巴胺含量显著减少,而ACh含量却没有明显的变化,多巴胺的抑制作用降低,ACh的兴奋作用相对增强,二者的动态平衡被打破,从而出现帕金森病的临床症状。
(二)线粒体功能障碍
研究表明,帕金森病患者普遍存在着线粒体复合物Ⅰ活性下降,活性氧(ROS)生成增加。患者线粒体上的质子泵功能下降,膜电压降低和渗透性通道开放,从而触发凋亡过程。线粒体复合物Ⅰ缺失可导致氧化应激反应并且增加神经元对兴奋性毒性死亡的易感性。
(三)氧化应激
与脑内其他部位相比,黑质致密部暴露于较高水平的氧化应激状态,原因如下:
(1)多巴胺在代谢过程中产生大量的自由基。
(2)多巴胺自身氧化形成的神经黑色素中含有大量的铁离子,该还原型铁离子可与多巴胺代谢中产生的过氧化氢反应生成高毒性的羟自由基,高毒性使黑质神经元凋亡。正常情况下,多巴胺代谢生成的过氧化氢会被体内的还原型谷胱甘肽清除,故不会造成危害。但在帕金森病患者残存的多巴胺神经元中可能因代偿作用,使多巴胺的毒性发挥加速,或使单胺氧化酶(MAO)-B(降解多巴胺生成过氧化氢)活性增高,又或还原型谷胱甘肽缺乏,导致过氧化氢不能被有效地清除,并与还原型铁离子通过Fenton反应,生成高毒的羟自由基。
氧化应激与线粒体功能障碍互为因果,成为恶性循环。一方面,氧化应激反应产生的大量自由基损伤线粒体复合物I。另一方面,线粒体复合物Ⅰ的抑制导致更多自由基的生成。这构成了目前帕金森病的发病机制中为多数学者认同的氧化过激学说。
(四)谷氨酸的毒性作用
在帕金森病患者中,谷氨酸的神经毒性作用机制如下:
(1)离子型谷氨酸受体中的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体被谷氨酸激活后,导致大量在细胞外的钙离子内流。胞内钙离子大量增加,钙离子依赖性蛋白酶被激活,导致神经元坏死或凋亡。
(2)谷氨酸可以激发线粒体自由基的生成,引起线粒体功能障碍,这种毒性作用机制与NMDA受体无关。谷氨酸的神经毒性作用与帕金森病的发生之间关系渐渐被重视。目前,应用NMDA受体拮抗剂和谷氨酸释放抑制剂治疗帕金森病也是帕金森病研究的热点之一。
(五)免疫炎性机制
已有多项研究认为,免疫炎性机制可能参与了PD神经变性的发病过程。临床发现帕金森病患者的血液和脑脊液中淋巴细胞数目增多,其脑脊液可引起体外培养的多巴胺能神经元的死亡;同时患者体内免疫球蛋白复合物、细胞因子和C-反应蛋白等多项指标均发生改变。目前免疫炎症机制已经成为研究帕金森病的又一热点。
(六)细胞凋亡学说
自由基、神经递质、物理性损害、营养缺乏、化学毒物等都能诱发细胞的凋亡,导致帕金森病患者黑质细胞凋亡的可能原因如下:
(1)氧化应激中的线粒体功能异常。
(2)细胞色素C:细胞色素C在细胞凋亡的启动中作为凋亡起始因子,它在细胞凋亡中扮演重要角色。(https://www.daowen.com)
(3)凋亡诱导因子:它是一种57 kD的双功能黄素蛋白,除了具有电子供体或受体功能外,还可以独立作用于核染色质,具有促进细胞凋亡的作用。
(4)金属离子:研究显示中脑黑质含色素的神经元具有蓄积金属元素的特性,此部位多种金属元素的蓄积已经被证实有促进黑质细胞凋亡的作用,相关金属元素有锰离子、钙离子、铁离子、镁离子等。
(5)Caspase:它是一类半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶族,已有研究证实Caspase的激活都发生在细胞凋亡之前,属于凋亡起始因子。被活化的Caspase蛋白酶激活后通过级联反应激活下游的Caspase效应分子,最后水解一系列底物,造成DNA的降解,并进入细胞凋亡的最终通路。
(6)受细胞内多种基因调节物影响,主要是Bcl-2家族(C-myc、C-fos、C-jun、ICE、p53、Fas等)。
(七)转运体失调学说
转运体失调学说能解释DA能神经元选择性缺失的机制。对DA毒性作用机制的研究以及能产生实验性PD的毒物,如6-羟基多巴胺(6-OHDA)、1-甲基4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)代谢产物MPP+的研究已集中在DA能神经元两种表达的转运体上。神经元细胞膜上DA转运体(DAT)可将外源性毒物MPTP等运到细胞质内,并在此合成MPP+,而DA无须DAT就可进入细胞质内,并被氧化产生高活性的苯醌和过氧化基团等有毒物质,提示DA可对神经元产生毒性作用,这一点与MPTP的毒性作用不同。
(八)遗传因素及基因因素假说
近年来,遗传因素在帕金森病发病机制中的作用越来越受到人们的关注,尤其是相继发现了α-触核蛋白(α-synuelein)、Parkin和UCH-Ll等致病基因。α-synuelein和UCH-L1基因见于常染色体显性家族性帕金森病,而Parkin基因则常见于常染色体隐性少年型帕金森综合征。在北欧犹太人及北非人群中,LRRK2(1eucine-rich repeat kinase 2 gene)中除了G2019S突变外,3个氨基酸置换物(R1441C、R1441G和R1441 H)基因突变已经被证实是引发帕金森病的重要原因。
(九)环境因素和毒性暴露假说
研究调查结果证实,帕金森病的患病率存在地区差异,所以研究学者怀疑环境也可能是引起帕金森病的一种发病机制。不同地区的环境有所差异,某些环境中可能含有有毒物质,损伤大脑的黑质神经元。毒性暴露的环境因素与帕金森病的发病机制假说的提出起源于MPTP-PD动物模型以及MPTP引起的帕金森病病例研究。观察由MPTP制备的动物模型或误用MPTP造成的帕金森病患者发现,他们在许多方面如行为症状、生化改变、药物治疗反应和某些病理变化与原发性帕金森病患者的临床症状极为相似,但是在某些方面还是存在一定的差异,比如临床上并未见到典型的路易小体。在临床上MPTP引起的帕金森病患者表现出震颤较少,认知、流涎、步态和平衡障碍等症状更为常见。虽然由MPTP引起的帕金森病较为罕见,但是对10例暴露MPTP的患者相隔7年用荧光多巴正电子发射断层扫描(PET)显示黑质纹状体功能每年降低2.3%。与正常老化速度相比,该降低速率明显要快,与帕金森病患者不同。
短暂暴露毒素MPTP后延迟发生进展机制不明,不过MPTP神经其本身并不具有毒性作用已被证实。
(十)兴奋性神经毒作用假说
兴奋性神经毒作用也可能是帕金森病发病机制之一。兴奋性氨基酸(EAA)有谷氨酸和天冬氨酸,释放太过或灭活机制受损将会对神经细胞有毒性作用。人体内有3种EAA受体,分别为:N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体、α-氨基羟甲基噁唑丙酸(AMPA)受体和海人藻酸(KA)受体,NMDA受体介导的兴奋性神经毒作用与多巴胺能神经元变形有关。谷氨酸浓度增高,细胞内钙离子浓度升高,升高至一定程度超过其承受范围,线粒体呼吸链的功能受损,细胞产生能量减少甚至衰竭,能量衰竭使细胞膜发生缓慢地去极化。能量生成缺乏,导致神经细胞对神经毒作用的敏感性提高,细胞发生变性死亡。谷氨酸还可以通过激活NMDA受体从而产生一氧化氮(NO),NO对神经细胞有直接杀伤作用。该缓慢兴奋性毒性作用被认为是神经变性疾病:帕金森病和亨廷顿病的细胞死亡的机制。
(十一)钙的细胞毒作用
28kD维生素D依赖性钙结合蛋白大多分布在中枢神经系统,激活钙或镁ATP酶活性,有神经细胞缓冲剂的作用。增加钙离子结合度,即增加钙离子结合蛋白,可减轻因为钙离子浓度过高对神经细胞造成的损害。Iacopino和Christakos报道,帕金森病患者黑质钙结合蛋白D28K含量及其基因表达与正常人相比明显降低。因为基因表达降低和钙结合蛋白含量的减少导致神经细胞内钙缓冲失去平衡,进而引起钙离子介导的细胞毒作用。钙超载产生的细胞毒作用大致分为4种机制:
(1)激活蛋白、激活脂酶、核酸内切酶。
(2)激活NO合成酶(NOS),形成NO和过氧化根。
(3)激活磷脂酶A2,释放花生四烯酸,形成过氧化根。
(4)激活Caplain,使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶,该酶催化黄嘌呤氧化产生尿酸和过氧化根。