帕金森病 (Parkinson’s disease,PD) 是世界上第二大常见的神经退行性疾病,仅次于阿尔茨海默症。临床表现主要有静止性震颤、肌强直、运动迟缓和 姿势不稳等。PD的主要病理特征性改变是黑质致密部和纹状体多巴胺能神经元的退行性病变甚至死亡,最终引起机体运动功能障碍^{[1, 2]}。目前,帕金森病病因和发病机制尚未完全研究清楚,年龄、环境、遗 传、免疫功能异常和神经炎症等因素对帕金森病发病均起一定的作用,近年来神经炎症成为研究的热点。1817年McGeer等^[3]首次报道PD患者的黑质致密部受损神经元的周围存在激活的小胶质细胞及大量的促炎症介质。除在PD患者脑部发现炎症反应外,大量的动物和细胞实验也证明神经炎症参与PD疾病 的进程。研究发现多种PD模型小鼠脑中受损部位均有胶质细胞的激活并伴有大量的炎症因子产生,体外细胞实验表明这些炎症因子对多巴胺能神经元有杀伤作用^{[4, 5, 6]}。由此可见,神经炎症是PD的重要致病因素之一,在PD的发生和发展中发挥重要的作用。本文将对参与PD病理过程的、与炎症相关的酶和受体的研究进展进行综述。

神经炎症主要是由脑内的胶质细胞激活引起的生理反应。胶质细胞主要包括小胶质细胞和星形胶 质细胞,其中小胶质细胞是脑内的巨噬细胞。在生理条件下,小胶质细胞处于静息状态,维持正常的生理功能; 当外界病原体入侵或组织损伤时,小胶质细胞转为激活状态,活化的小胶质细胞可以吞噬、清除细胞碎片和病原体,因此适度的小胶质细胞活化对神经元起保护作用; 但是,在病理状态下,如在内毒素、α-突触核蛋白、1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶 (1- methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)、6-羟基多巴胺 (6-hydroxy dopamine,6-OHDA)、脑部创伤和感染等刺激下,小胶质细胞处于过度活化状态,释放大量的炎症因子可严重损伤神经元,引起神经元变性甚至死亡,损伤或死亡的神经元进一步激活小胶质细胞,形成恶性循环,加重PD的病理进程^{[7, 8]}。星形胶质细胞的激活虽然会释放一些神经营养因子等保护神经元,但是最新的研究^{[9, 10]}表明,过度激活的星形胶质细胞也能释放出神经炎症因子,从而对神经元和小胶质细胞都产生一定的损伤。最新研究^{[11, 12]}发现,炎症小体可引起含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶自我剪切,其活化促炎因子白介素1β (interleukin- 1β,IL-1β) 和IL-1 8,这些促炎因子对于神经炎症的发生和发展起至关重要的作用,因此炎症小体可能是诱发神经炎症的一个重要因素。激活的小胶质细胞、星形胶质细胞和释放的大量促炎介质 (活性氧/氮自由基、细胞因子、趋化因子和前列腺素等) 是神经炎症的主要特点。当胶质细胞受到刺激,细胞内各种酶如还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH) 氧化酶、环氧合酶-2 (cyclooxygenase-2,COX-2)、诱导型一氧化氮合酶 (inducible nitric oxide synthase,iNOS) 和髓过氧化物酶 (myeloperoxidase,MPO) 等均不同程度激活,释放出大量的炎症因子,如活性氧 (reactive oxygen species,ROS)、前列腺素 (prostaglandin,PG)、一氧化氮 (nitric oxide ,NO) 和次氯酸等,造成神经元的损伤甚至死亡^{[13, 14, 15]}。在神经炎症中除上述酶发挥作用外,与炎症相关的受体如过氧化物酶体增殖物激活受体γ (peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ) 和toll样受体 (toll-like receptor,TLR) 等同样发挥重要作用^{[16, 17, 18]}。目前,关于通过调控神经炎症相关靶点干预PD病理进程的的研究越来越多。

NADPH氧化酶是由组成细胞色素b558的胞膜亚基gp91^phox、p22^phox和胞浆亚基p47^phox、p67^phox、p40^phox及小分子GTPase Rac (Rac1和Rac2) 等组装而成的复合物。当胞浆亚基p47^phox和p67^phox磷酸化,胞浆亚基复合物转移至胞膜,与胞膜亚基gp91^phox和p22^phox形成复合体,NADPH氧化酶激活,产生ROS,该途径为ROS产生的主要来源^[19]。ROS是指由分子氧直接或间接转化而来,具有比分子氧更活泼的化学反应性的一类含氧物。在正常情况下,ROS维持在一个稳定的范围内,并在抗炎和抗菌等方面发挥积极作用; 但在病理状态下如神经退行性疾病中,激活的胶质细胞产生过量的ROS,ROS位于许多炎症信号通路的上游,能调控其他炎症因子的表达,直接发挥神经毒性作用并放大炎症反应^{[20, 21, 22, 23]}。越来越多的研究^{[24, 25]}证实在神经炎症过程中,激活小胶质细胞中的NADPH氧化酶具有神经毒性作用,主要通过释放ROS损伤周围神经元并启动小胶质细胞内的氧化还原反应,促进其他炎症介质如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor,TNF-α)、IL-1β、NO和PG等释放,放大炎症反应并促进疾病的进程。

在多种PD动物模型上发现NADPH氧化酶与PD病理改变关系密切。纹状体内注射6-OHDA是 一种常用的PD模型,可使小鼠发生帕金森病相关病理改变,多巴胺能神经元的数量减少,黑质致密部的NADPH氧化酶表达显著增多; 但是NADPH氧化酶缺陷小鼠 (gp91^phox-/-) 同样给予6-OHDA后,多巴胺能神经元的退行性病变相对于野生型小鼠明显减弱,说明NADPH氧化酶参与6-OHDA介导的黑质多巴胺能神经元的退行性病变^[26]。MPTP是另一种常 用的PD动物模型诱导神经毒素,研究^{[27, 28]}发现将MPTP给予 (gp91^phox-/-) 缺陷小鼠后,小胶质细胞内ROS和TNF-α产生量均减少,引起的炎症损伤减弱,最终减弱神经元的退行性病变。

研究发现在多种PD动物模型中给予NADPH 氧化酶抑制剂能延缓疾病的进程。例如,研究 (gp91^phox+/+) 小鼠和 (gp91^phox-/-) 小鼠的MPTP模型,结果发现 (gp91^phox+/+) 小鼠约有46% 的多巴胺能神经元丢失,而 (gp91^phox-/-) 小鼠仅有27% 的丢失。Diphenyleneiodonium (DPI) 是一种常用的NADPH氧化酶抑制剂,用DPI处理MPTP小鼠模型后发现,DPI能减弱小鼠多巴胺能神经元的丢失,其作用机制可能是通过抑制NADPH氧化酶胞浆亚基的转位减弱NADPH氧化酶的活性,从而抑制MPTP诱导的氧化应激及小胶质细胞的激活,说明NADPH氧化酶选择性抑制剂能够干预PD病理改变^[29]。在MPTP诱导的狨猴PD模型中也发现,口服给予NADPH氧化酶拮抗剂apocynin能减弱PD的病理特征^[30]。本课题 组的研究^{[31, 32]}发现番荔枝酰胺衍生物FLZ具有较强的神经保护和抑制神经炎症作用,其在动物水平上可显著改善脂多糖 (lipopolysaccharide,LPS) 诱发的PD模型大鼠行为学障碍并对黑质内多巴胺能神经元具有较强的保护作用,提高大鼠纹状体内的多巴胺含量; 细胞水平的研究表明,FLZ通过抑制NADPH氧化酶亚基p47^phox和p67^phox的转位,从而抑制NADPH氧化酶的激活,同时作用于NADPH氧化酶下游的Src酪氨酸激酶,从而发挥抑制神经炎症的 作用; 因此,FLZ可能通过抑制NADPH氧化酶改善PD动物的病理特征。综上,抑制神经炎症过程中的NADPH氧化酶可能成为治疗PD的一个靶点,但是仍需更多的实验和临床研究验证NADPH氧化酶抑制剂在治疗PD中的疗效。

COX是前列腺素合成所必需的酶,分为COX-1和COX-2,前者为结构型,在生理状态下发挥重要作用; 后者为诱导型,是经刺激迅速产生的诱导酶,通过催化前列腺素的合成参与炎症反应,是参与PD神经退行性病变的重要炎症组成部分。在正常状态下,黑质多巴胺能神经元中COX-2处于低表达水平,在PD患者和动物模型中COX-2的表达均上调,并且COX-2缺陷小鼠能显著减弱MPTP诱导的神经毒性作用,表明COX-2参与PD的病理过程^{[33, 34, 35]}。

COX-2是非甾体抗炎药 (nonsteroidal antiin­flammatory drugs,NSAIDs) 如阿司匹林和布洛芬等的直接靶点。NSAIDs能显著降低COX-2和诱导型一氧化氮合酶 (iNOS) 表达水平,同时炎症介质包括IL-1β、TNF-α均有显著的降低,能明显改善PD动物的病理性病变和行为特征如多巴胺能神经元的丢失和运动功能障碍等^[36]。在PD动物模型中,多种非甾体抗炎药均被报道能通过抑制神经炎症从而发挥神经保护作用,如塞来昔布通过抑制COX-2的表达显著降低LPS引起激活的小胶质细胞和星形胶质细胞的数量及IL-1β和TNF-α的释放和磷酸化丝裂原活化蛋白激酶p38的水平,从而减轻胶质细胞激活引起的神经毒性^{[37, 38]}; 美洛昔康能显著降低MPTP小鼠模型中酪氨酸羟化酶蛋白水平及减弱MPTP诱导的行为障碍; 同时发现磷酸化蛋白激酶B水平降低,提示磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路可能是美洛昔康发挥作用的靶点之一^[39]; 罗非昔布也被报道能显著保护MPTP诱导的大鼠模型纹状体的损伤^[40]; 尼美舒利显著降低MPTP诱导大鼠模型的行为学、生化、线粒体和组织的改变^[41]; 本课题组研究发现丹参酮ⅡA可通过抑制COX-2的表达减弱LPS诱导小胶质细胞引起的炎症反应 (数据尚未发表)。因此,COX-2可能是治疗PD潜在的靶点,但NSAIDs的疗效仍需进一步的实验和临床验证。

在神经系统中一氧化氮合酶同工酶有3种亚型,即正常状态下表达的神经元型一氧化氮合酶和内皮型一氧化氮合酶以及在损伤后诱导表达的iNOS,iNOS的主要功能是合成NO。NO参与多种 信号转导通路,在维持血管、呼吸系统、免疫系统和神经系统的生理功能中发挥重要作用^[42]。在生理浓度下,NO具有神经保护作用,维持神经系统的生理功能; 然而在高浓度状态下,NO是造成神经元兴奋性损伤的重要介质。iNOS仅在激活的胶质细胞表达,合成过量的NO抑制神经元呼吸,造成神经元损伤,损伤的神经元可能通过信号分子基质金属蛋白酶 (matrix metalloproteinase,MMPs) 等放大炎症反应引起小胶质细胞进入黑质内,加重神经元的丢失,在包括PD在内的神经退行性疾病中发挥重要作用^[43]。

研究^[44]发现,PD中多巴胺能神经元退行性病变与黑质致密部的iNOS mRNA表达上调及由此引起的iNOS表达增多密切相关。也有研究^[45]表明iNOS基因缺陷小鼠能抑制MPTP诱导的多巴胺能神经毒 性,表明iNOS参与PD的病理过程。因此,干预iNOS可能成为治疗PD及其他神经退行性疾病的有效途径。例如,GW274150是一种iNOS选择性抑制剂,用GW274150处理6-OHDA大鼠模型,能减弱小胶质细胞的激活,显著保护酪氨酸羟化酶 (tyrosine­hydroxylase,TH) 阳性神经元,具有神经保护作用; 同时降低MMP-9阳性细胞数量,表明MMP-9可能是GW274150发挥作用的靶点^[46]。给予6-OHDA大鼠非特异性NOS抑制剂7-nitroindazole,能抑制iNOS的表达及小胶质细胞和星形胶质细胞的激活,从而减弱神经炎症并减轻神经元损伤^[47]。因此,干预iNOS的表达可能成为延缓PD疾病进程的有效方式。

MPO是由中性粒细胞、单核细胞和某些组织的巨噬细胞分泌的含血红素辅基的血红素蛋白酶,是血红素过氧化物酶超家族成员之一。MPO主要生成次氯酸、亚硝基阴离子及衍化生成的羟自由基及氧阴离子^[48]。在中枢神经系统,MPO主要表达于激活的星形胶质细胞,释放炎症因子对多巴胺能神经元功能造成损伤; 并且促进星形胶质细胞炎症因子的释放,与小胶质细胞协同作用,引起多巴胺能神经元的退行性病变; 同时有研究^[49]表明整合素CD11b/ CD18参与神经退行性病变过程,MPO可与整合素CD11b/CD18结合激活炎症信号通路,这可能是MPO发挥作用的另一途径。在PD患者和MPTP小鼠脑中均发现MPO表达上调,尤其在星形胶质细胞中MPO显著升高,说明MPO参与PD的进程。用 (MPO^+/+) 小鼠和MPO缺陷(MPO^-/-) 小鼠的MPTP模型的研究^[50]发现 (MPO^+/+) 小鼠约有70% 的黑质多巴胺能神经元丢失,而 (MPO^-/-) 仅有50% 的丢失,说明MPO参与MPTP的神经毒性过程。因此,抑制MPO活性可能成为治疗PD的靶点。

PPAR是调节目标基因表达的核内受体转录因子超家族成员,主要调控细胞功能,如脂代谢、糖代谢、细胞生长、分化及炎症。根据结构的不同,PPAR可分为α、β、γ3种类型,其中,PPARγ与炎症、氧化应激和细胞凋亡密切相关^{[51, 52]}。PPARγ在大脑黑质致密部和纹状体的小胶质细胞中高表达^[53]。由于PPARγ具有抗炎作用和MMPs抑制特性,所以在调控炎症以及神经损伤中发挥了重要的作用。

越来越多的证据表明PPARγ激动剂可以作为治疗PD的候选药物,提供神经保护作用。如非噻唑烷二酮类PPARγ激动剂以及吡格列酮均被报道可抑制MPTP造成的PD模型小鼠小胶质细胞的激活和iNOS的表达,并抑制黑质纹状体致密部TH阳性神经元的减少^{[54, 55]}。另一种PPARγ激动剂罗格列酮被报道可以激活小胶质细胞的PPARγ受体并抑制TNF-α的产生^[56],并能抑制6-OHDA诱导的纹状体小胶质细胞的激活,从而发挥对多巴胺能神经元的保护作用^[57]; 另有研究^[58]发现罗格列酮可诱导核转录因子抑制 因子激活并抑制核转录因子 (nuclea factor-kappa B,NF-κB) 亚基p65亚基的核转位。以上证据表明,PPARγ激动剂可能成为从抗炎角度出发延缓PD进程的一个靶点。

TLR属于Ⅰ型跨膜蛋白,其胞外区由富含亮氨酸的重复序列组成。TLR通过识别病原微生物及其细胞壁均具有的类脂特殊结构来介导宿主相关细胞因子的分泌和天然免疫应答的产生。这一类结构称为病原相关分子模式,主要包括LPS、磷壁酸、肽聚糖、甘露糖、细菌DNA、螺旋体脂蛋白、病毒双链RNA和葡聚糖等^{[59, 60]}。TLR分布广泛,主要分布于免疫细胞; 在中枢神经系统,主要分布于小胶质细胞和星形胶质细胞。

很多研究表明,TLR在胶质细胞激活和神经炎症过程中发挥至关重要的作用。如α-synuclein能诱导小胶质细胞的促炎症应答,包括NO、ROS和细胞因子的产生; 然而在TLR2敲除小鼠中,α-synuclein介导小胶质细胞的促炎症作用受到抑制,细胞因子的产生减少; 当用抗体阻断TLR2后得到与上述同样的结果^[61],表明TLR2在α-synuclein介导小胶质细胞激活过程中发挥重要作用。同时有许多证据^[62]表明TLR4可能成为潜在的抗炎靶点,如在MPTP模型小鼠中,黑质致密部的TLR4表达明显增多; 在应激状态时,能上调TLR4通路的表达,然而当TLR4通路缺陷时,应激诱导的促炎症酶NOS和COX-2的上调及细胞内的氧化损伤均减弱^[63]。与此同时,TLR4抑制剂通过阻断TLR4受体和NF-κB信号通路并抑制小胶质细胞COX-2和iNOS表达,减弱大鼠氧化应激后引起的额叶皮层的神经炎症^[64]。因此,TLR4可能成为治疗神经炎症相关的神经退行性疾病的重要靶点。

近年来,大量证据证实神经炎症在黑质纹状体多巴胺神经元退行性病变过程中起至关重要的作用,抗炎可能成为保护多巴胺能神经元、从而治疗PD的有效方式。现研究证实长期服用布洛芬能降低PD发生的风险,虽然一些流行病学研究产生与上述相矛盾的结果,推测可能是由于参加临床试验人员的神经元损伤已到不可逆转的程度,故掩盖了药物的疗效^[65],因此需要进行深入研究,以对NSAIDs及其他抗炎药物治疗PD的疗效和作用机制做一深入探讨。除了NSAIDs的靶点COX-2之外,本文中总结的其他与炎症相关的酶和受体都受到越来越多的重视,具体见表1。

表 1 (Table 1)

表 1 神经炎症相关靶点在PD患者和动物脑内的变化及其抑制剂/激动剂的应用 靶点 PD患者脑 内的变化 PD动物脑 内的变化 抑制剂/ 激动剂 抑制剂/激动剂名称 动物模型 发挥的作用 NADPH 氧化酶 - 升高[26] 抑制剂 Diphenyleneiodonium MPTP小鼠[27] 减弱氧化应激,保护多巴胺神经元 Apocynin MPTP狨猴模型[28] 缓解PD进程,改善运动功能障碍 COX-2 升高[33, 34, 35] 升高[33, 34, 35] 抑制剂 塞来昔布 MPTP小鼠模型[33, 34] 抑制胶质细胞的激活和促炎介质产生 美洛昔康 MPTP小鼠模型[35] 通过维持AKT信号通路,减弱多巴胺神经元死亡 罗非昔布 MPTP大鼠模型[36] 调控神经递质传递和氧化应激,保护纹状体损伤 尼美舒利 MPTP大鼠模型[37] 显著降低MPTP诱导的神经毒性作用 iNOS 升高[44] 升高[45] 抑制剂 GW274150 6-OHDA大鼠模型[46] 保护黑质TH阳性神经元 7-Nitroindazole 6-OHDA大鼠模型[47] 减弱左旋多巴诱导的运动障碍 MPO 升高[50] 升高[50] - - - - - 激动剂 吡格列酮 MPTP小鼠[55] 保护黑质纹状体多巴胺神经元 PPARγ - - - 罗格列酮 6-OHDA大鼠模型[56, 57] 激活小胶质细胞的PPARγ并减少TNF-α 的产生,并能增强星形胶质细胞功能 TLR - 升高[62] 抑制剂 TAK-242 LPS大鼠模型[64] 减弱神经炎症

表 1 神经炎症相关靶点在PD患者和动物脑内的变化及其抑制剂/激动剂的应用

目前PD仍为不可治愈疾病,神经炎症是众多科学家研究的热点,关于神经炎症与PD的研究提示神经炎症贯穿于PD的发生与发展过程,因此在PD早期干预神经炎症有利于PD的治疗。目前临床上没有上市的以神经炎症为靶点治疗PD的药物,其根本原因是可能并未对相关治疗靶点进行深入研究。因此,深入研究神经炎症在PD发展进程的机制可为研究者寻找治疗靶点提供依据。这些与神经炎症相关的酶和受体均有望成为治疗PD的新靶点,同时可能成为治疗与神经炎症相关的神经退行性疾病的靶点。