神经退行性疾病是一种以神经元退行性病变为特征的慢性进行性不可逆的神经系统疾病，主要包括帕金森病(Parkinson’s disease,PD)、阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、亨廷顿舞蹈病(Huntington disease,HD)和肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)。其特征是异常蛋白聚集物的积累，这些异常的蛋白聚集物可以导致中枢神经系统内的炎症反应和氧化应激^[1]。大脑组织富含大量的磷脂和多链不饱和脂肪酸，这些组织都易受活性氧自由基ROS(reactive oxygen specie,ROS)的损伤^[2]。因此，大脑对氧化应激很敏感。目前，已经不再简单地将氧化应激认为是ROS产生和清除的失衡，很有可能是参与ROS产生的酶功能障碍。最近，NADHP氧化酶(NADPH oxidase，NOX)来源的ROS在神经退行性疾病发病过程中的作用引起了人们的重视^[3]。

NOX家族可以产生ROS，包括七个成员：NOX1、NOX2、NOX3、NOX4、NOX5、DUOX1和DUOX2。NOX家族具有相似的核心结构，但不同亚型有不同的激活机制：NOX1、NOX2和 NOX3需要与胞浆成分结合(p47^phox、p67^phox、NOXO1、NOXA1)；NOX4具有组成型活性，不需要胞浆亚基；NOX5、DUOX1和DUOX2含有N-末端EF手域，则由胞内增加钙离子或者直接磷酸化而激活^[4]。最近研究表明含有4/5 SH3结构域的酪氨酸激酶底物(Tks4/5)与蛋白质二硫键异构酶(PDI)也可以和NOX1-4相结合^[5]，NOX能促进电子从NADPH转移至O₂并导致氧自由基产生，而Duox1、Duox2和NOX4主要产生H₂O₂。这些不同的产物可能提示NOX1、NOX2与NOX4在功能方面存在差异^[6]。

NOX在机体组织内分布比较广泛，并在特定的组织或细胞中高度表达，比如NOX1主要分布于结肠，NOX2主要分布于吞噬细胞，NOX3主要分布于内耳，NOX4主要分布于肾脏，NOX5主要分布于睾丸和淋巴组织，DUOX1和DUOX2主要分布于甲状腺。但在不同组织的高度表达并不能说明NOX亚型与其功能的相关性^[4]。NOX5在小鼠和大鼠中不表达，且有关DUOX1和DUOX2的研究也很少，因此，本文主要探讨NOX1、NOX2、NOX4在神经变性疾病中的作用，尤其是NOX2。

在不同种属的中枢神经系统内，NOX的表达部位也不相同^[3](见表 1)，主要亚型为NOX1、NOX2和NOX4，分布于神经元、小胶质细胞及星形胶质细胞，而少突胶质细胞内目前还没有研究证实存在NOX。 神经元内存在NOX1、NOX2、NOX3和NOX4的表达^[3]，且这种表达是在病理状态下被诱导的。一些研究认为，NOX1在多巴胺能神经元表达^[7]，NOX2在老年小鼠海马的CA1区表达^[8]，NOX2亚基p47phox在社会孤立型大鼠海马神经元^[9]和锥体神经元表达^[10]，NOX4在卒中后表达于背根神经节(DRG)神经元^[11]和基底神经节和皮质神经元^[12]。在星形胶质细胞中，主要亚型是NOX4、NOX1和NOX2也被提及。NOX2在静息状态时表达非常低，但人类和小鼠的小胶质细胞在激活状态下表达明显增多。除了NOX2，也有研究表明在小胶质细胞中存在NOX1和NOX4的表达^[4]。

神经退行性疾病通常与氧化应激相关。氧化应激表明了ROS水平和抗氧化防御能力的失衡，这种失衡可能由于ROS产生增多或者在抗氧化剂水平不足。NOX的主要功能是产生ROS^[3]，研究显示神经退行性疾病的发病机制涉及到了NOX诱导产生的ROS。ROS可以引起蛋白质、脂质、DNA的不可逆氧化修饰，产生氧化应激标记物(羰基的蛋白质，脂质过氧化物)。脂质过氧化可以引起细胞膜流动性的变化，增加了膜的通透性，降低了胞膜的活性，导致神经元损伤；此外，损伤的DNA可以直接使细胞内抗氧化酶失活，激活促炎症核因子，进而导致神经元坏死或凋亡^[13]。除了直接损伤神经元，NOX来源的ROS还可能通过细胞非自发机制发挥作用，即在其他细胞激活NOX导致神经元变性。尤其是小胶质细胞中的NOX2导致ROS的产生，可以维持小胶质细胞的激活状态，最终引起神经元的损伤。最近研究显示NOX1和NOX4在小胶质细胞内也起到了一定的作用^[4]。

AD的病理学特征是蛋白的错误折叠和Aβ(来源于淀粉样前体蛋白APP)与高度磷酸化的tau蛋白分别在老年斑和神经纤维缠结的聚集^[14]。神经元氧化应激是AD病人观察到的一个常见的特征，尤其在小胶质细胞激活状态下^[3]。在一些体内外的研究中，证实了AD发病机制涉及到了NOX的激活。

与健康对照组相比，NOX在AD病人中表达且被激活后，NOX2相关亚基(p47^phox、p67^phox)转移到细胞膜^[15]，并发现在轻度认知障碍AD病人的额叶和颞叶部位NOX2活性增强^[16]。研究发现，在AD病人中，只有NOX2调节的胞浆亚基(p47^phox、p40^phox和p67^phox)表达增加，而膜相关蛋白(p22^phox)仍然不变^[16]。大约40%的AD病人存在脑淀粉样血管病(cerebral amyloid angiopathy,CAA)，在这种病人中，Aβ在皮质的毛细血管内聚集^[4]。此外，在早期AD病人中发现NOX1和NOX3的mRNA表达增加，提示可能其他NOX亚型也参与了AD病理过程^[14]。一项APP-PS1基因插入小鼠的研究显示：年龄依赖的认知缺陷与NOX4和p47^phox(NOX2的亚基)表达增多相关^[17]。Choi等^[18]也观察到NOX2在小胶质细胞激活中的关键性作用。向脑血管内注入LPS或者Aβ_1-42低聚物后，小胶质细胞内炎症标志物含量显著增多，并且在p47^phox-缺陷、NOX2-缺陷和夹竹桃治疗的小鼠中，可以使上述增加减少。另一项研究在小鼠内单一注射LPS，发现NOX2依赖的小胶质细胞激活和脑部氧化应激。且注射一次LPS后，它的影响可以持续将近20个月，几乎是一个小鼠的一生^[19]。提示NOX抑制剂可以在疾病发展的过程中起作用，因此可以成为AD治疗的靶点。

PD的主要特征是多巴胺能神经元的变性，尤其在黑质。其病理学表现为由α-突触核蛋白(α-synuclein,α-Syn)聚集形成的路易小体(Lewy body,LB)的聚集。α-Syn的错误折叠和沉积可能是PD的启动性致病事件，而进行性变性则是由于胶质细胞激活。氧化损伤可能促进了这些机制^[14]。越来越多的证据提示了NOX在PD中的作用。多项研究表明NOX2参与了小胶质细胞依赖的DA神经元的毒性作用^[14]。

大部分关于NOX在PD发病机制中的作用都是来自体外研究。与野生型对照组相比，NOX2缺陷小鼠给予MPTP后，多巴胺能神经元变性的程度下降了20%，提示NOX2在此过程中起到了一定的作用^[20]。相似地，给NOX2缺陷的小鼠黑质注射LPS后，多巴胺能神经元的死亡数目下降^[21]。因此，NOX2激活可能在小胶质细胞介导的PD多巴胺能神经元缺失的过程中起了一定的作用。有研究提示NOX1在DA神经元和PD发病中有一定的作用。编码特定NOX1的shRNA的腺病毒颗粒显著地降低了DA神经元内α-突触核蛋白的表达，也显著降低了PD特征性病变，如百草枯诱导的PD模型中α-突触核蛋白聚集和泛素α-突触核蛋白的表达水平^{[22, 23]}。表达NOX1和Rac1亚基的shRNAs的腺病毒载体可以预防DA神经元的死亡^[24]。总之，两种NOX亚型在PD中起到了重要的作用。可能NOX2在小胶质细胞内表达，通过小胶质细胞增生参与了炎症级联反应；而NOX1在DA神经元表达，是DA神经元自发病理变化的调节剂。

HD是一种基因来源的常染色体显型遗传的神经退行性疾病^[25]。致病基因产生polyQ蛋白，这种蛋白聚集并对神经元具有毒性作用。氧化应激作用的增强是本病已知的特征。之前在纹状体内注射喹啉酸的PD模型和体外过度表达polyQ蛋白的PC12细胞模型的研究中，观察到了氧化作用的增强，而这种增强作用来自NOX^[4]。直到最近Valencia等^[26]在HD^140Q/140Q mice中，才对NOX2的作用进行了研究。他们用不同的实验分组来阐释NOX2在HD的作用。在人死后的皮质匀浆内加入NADPH后，细胞色素酶C显著减少。且在初级皮质神经元中，NOX2染色和ROS产生的增加呈现出了一致性，这种一致性在与NOX2缺陷小鼠繁殖后的HD^140Q/140Q小鼠内消失了。此外，研究还评估了NOX2在小胶质细胞内的表达情况，尽管通过免疫印迹的方法在NOX2缺陷的突触体内没有检测到此种抗体，但是在HD^140Q/140Q小鼠的孤立突触体中NOX2染色却非常丰富。目前对于NOX2在HD氧化应激中的作用，还存在争议，需要更多的研究来更好的理解NOX在HD中的作用。

ALS是累及运动神经元的进行性神经退行性疾病。尽管其病因不明，但研究表明神经炎症、氧化应激和小胶质细胞激活是ALS疾病进程中关键性的因素^[4]。研究发现NOX2在ALS进展中起到了作用。在散发型ALS病人的脊髓中，NOX2在信使和蛋白水平的表达都增加^[4]。研究发现，在ALS小鼠和病人中，NOX2和亚基都显著上调且与小胶质细胞标志物共定位^[27]。另一项研究中，用表达人类SOD1G93A的转基因小鼠与NOX1或者NOX2缺陷小鼠进行繁殖后，可以分别增加寿命33 d和97 d^[28]。一项应用抗氧化剂/ NOX抑制剂-夹竹桃的药理学研究表明，ALS小鼠的存活率明显增高^[29]。然而其他研究却没有得到这个结果^[30]。最近研究还证实蛋白二硫化物异构酶(PDI)是一种NOX2在小胶质细胞内激活的调节剂，在SOD1^G93A小鼠的脊髓中它的表达增加^[31]。除了NOX2，NOX1可能在ALS发病机制中也起了作用。有研究发现，NOX1缺陷的小鼠明显提高了SOD1变异小鼠的生存期。总之，NOX激活在病因上参与了ALS的进展。然而，需要更多的研究来证明这一观点。

神经退行性疾病给家庭、社会带来了沉重的负担，但目前缺乏有效的治疗方法。越来越多的体内、体外研究都提示NOX在神经退行性疾病起了重要作用。NOX不仅可以直接阻止ROS的产生，还在中枢神经系统内调节小胶质细胞和／或星形胶质细胞激活。因此，以NOX为靶点可能成为治疗神经退行性疾病药物研究的新方向。