邱 甜，游 静，杨柳珍，钟晓鹏，温二生，黄志华，唐晓璐，薛进华，4

（1.赣南医学院2017级本科生；2.赣南医学院2016级本科生；3.赣南医学院生理学教研室，江西 赣州 341000；4.杜伊斯堡-埃森大学，埃森 德国 45122）

帕金森病（parkinson"s disease，PD）是一类与年龄密切相关的中枢神经系统退行性疾病，发病率随年龄的增长而升高。临床表现主要为肌强直、运动迟缓、静止性震颤、冻结步态，部分患者还伴有嗅觉障碍、便秘、睡眠障碍等一系列非运动症状。严重者生活无法自理，给家庭和社会带来了沉重的负担。然而目前尚无有效的药物可治愈PD，临床首选药物是左旋多巴胺，但因其不良反应过大，并且部分患者对其不敏感，导致其临床使用受到限制。因此对PD 的发病机制的研究刻不容缓，而氧化应激在PD 的发病机制中起着关键作用，神经炎症、线粒体的功能障碍、多巴胺的代谢均能造成细胞氧化性损伤，进而引起DA能神经元变性坏死。

1 PD与氧化应激

氧化应激在PD 的发病机制中起着重要作用。正常生理情况下，机体内氧化与抗氧化作用处于平衡状态，但若机体受到外界的影响使得其抗氧化能力下降，不能及时清除体内的自由基，导致自由基大量蓄积打破平衡促使PD 的发生［1］。体内的自由基主要有两大类，一类是活性氧（reactive oxygen species，ROS）；一类是活 性 氮（reactive nitrogen species，RNS）。ROS 包括超氧阴离子、过氧化氢和羟自由基，是线粒体代谢的副产品。超氧阴离子自由基被认为是“初级”活性氧，可与其他分子作用产生“二级”活性氧。线粒体产生的超氧化物可被还原成H2O2，H2O2在过氧化氢酶的作用下被分解成氧气和水。但在病理情况下，由于过氧化氢酶体受损，使得H2O2释放到胞质中，导致机体出现氧化应激现象。H2O2还可在铁等还原性金属的作用下通过Fenton 反应生成羟自由基。羟自由基是所有活性氧中最有害的一种自由基，一旦产生便可立即与周围的物质发生强烈的化学反应，造成氧化应激。RNS 主要由NO 及其代谢产物过氧亚硝酸盐（PN）构成。NO 抑制线粒体电子传递链中的复合物Ⅰ、复合物Ⅳ和乌头酶。NO 作为一种自由基可与蛋白质反应生成s-亚硝基硫醇，改变后者的功能使其与脂类反应，从而引起氧化应激。NO还能与超氧阴离子自由基发生反应生成氧化能力更强的自由基—PN。PN 是一类强氧化剂，能够使脂质过氧化或DNA 断裂，同时还能通过修饰酪氨酸、半胱氨酸、色氨酸引起蛋白质的损伤。总之，过度的ROS 或RNS 均可能对脑细胞造成氧化性损伤，造成PD 多巴胺能神经元的变性死亡［1］。

1.1 多巴胺能神经元与氧化应激多巴胺（dopamine，DA）能神经元与PD 有着密不可分的联系。近年来，有数据表明DA 能神经元其自身的结构决定了其易受损伤的特性。研究发现，神经细胞动作电位的传播能量成本随轴突的分支水平呈指数增加并随轴突的大小和复杂程度呈幂指数增加［2］。人黑质致密部（substantia nigra pars compacta，SNc）多巴胺能神经元有巨大的、无髓鞘的轴突，其轴突可产生超过100万个突触，总长度超过四米，对能量的需求较其他的一般神经元更高。SNc在能量平衡方面处于劣势，尤其是在氧化应激的作用下，SNc 能量生成和需求易被打破，导致能量需求超过供应。而负能量平衡会进一步促进氧化应激，致使SNc多巴胺能神经元死亡。

DA 的代谢参与氧化应激。神经元中DA 的不可逆丢失主要是由于囊泡向胞质醇的被动泄漏，其次是单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）催化的脱胺作用［3］。胞质DA 通过2 型囊泡单胺转运体（VMAT2）进入囊泡。在静息状态下，DA 在突触囊泡胞吐作用下释放，经细胞膜DA 转运体逃逸再摄取，构成DA 转化的一个次要决定因素。DA 的丢失可在l-芳香-氨基酸脱羧酶对酪氨酸羟化酶产生的酪氨酸（tyrosine，TYR）多巴的作用下，通过合成儿茶酚胺类物质来平衡。MAO 是负责多巴胺氧化脱胺的线粒体酶，对多巴胺的代谢至关重要［4］。胞质DA 在MAO 的作用下产生儿茶酚醛——多巴醛。多巴醛是一种强氧化剂，促进ROS 的生成，对细胞造成氧化性损伤。此外，在黑质胶质细胞内，多巴胺在MAO的作用下还可生成具有高渗透性的H2O2，与周围的多巴胺能细胞发生交叉反应，生成有毒的羟自由基［1］，导致氧化应激。多巴醛主要通过乙醛脱氢酶（acetaldehyde dehydrogenase，ALDH）解毒，形成3，4-二羟基苯乙酸（3，4-dihydroxyphenylacetic acid，DOPAC），正常情况下可及时被清除。当多巴胺的代谢受到损伤，DOPAC 可进一步进行双电子氧化生成ROS 和多巴酚醌。3，4-二羟基苯乙醇（3，4-dihydroxyphenyl ethanol，DOPET）是通过醛/醛还原酶形成的一种次要代谢物。DAc 和DOPAL（理论上是DOPAC 和DOPET）都会自发地自氧化形成多巴胺醌（dopamine quinone，DAQs）和超氧阴离子自由基，DAQs会增加ROS的生成，导致脂质过氧化。4-羟基壬烯醛（4-hydroxynonenal，4HNE）是一种主要的脂质过氧化产物，抑制ALDH［3］。从而形成恶性循环加重氧化应激对多巴胺神经元的损伤。

1.2 线粒体与氧化应激研究表明线粒体功能障碍与神经系统退行性疾病密切相关。PD 实验数据模型和尸检数据表明，线粒体功能障碍和氧化应激在PD 的发病机制中起着核心作用［5］。线粒体是氧气的主要消耗细胞，含有许多氧化还原酶，能够将单个电子转移到氧气中，产生活性氧超氧化物，包括柠檬酸、丙酮酸脱氢酶、甘油-3-磷酸脱氢酶等。当这些电子载体存在时，机体易产生ROS。在结构和功能完整的线粒体中，线粒体的抗氧化能力足以平衡ROS 的生成，净ROS 几乎为零。一旦线粒体受到损伤，ROS 的生成和抗氧化能力将不再平衡。ROS 会进一步损害线粒体，产生更多的自由基并且减弱线粒体的抗氧化能力，从而形成恶性循环［6］。

人类线粒体mtDNA 结构紧凑、没有内含子、缺乏组织蛋白保护和修复系统且与呼吸链相邻，因而易受氧化物的攻击。线粒体呼吸链产生的ROS 是mtDNA 突变最常见的原因。ROS 诱导细胞膜产生损伤，从而增加各组织器官mtDNA 的突变率。由于脑组织中易被氧化的不饱和脂肪酸含量高、耗氧量高、抗氧化酶较少，导致脑细胞更易受氧化损伤，其mtDNA 突变率也较一般组织更高。据报道，突变mtDNA的百分比与疾病的表现存在相关性［5］。

与线粒体功能有关的基因常见的有parkin、DJ-1、PINK1等。DJ-1主要作用是防止氧化应激引起的细胞死亡，可作为氧化还原器。解偶联蛋白（uncoupling proteins，UCP）是线粒体的一种离子通道，其通道开房率随过氧化物的增加而增加。在DJ-1 缺失的SNc 多巴胺能神经元中，线粒体闪烁的幅度和频率降低，表明它们的UCP防御功能降低［7］。在DJ-1突变的小鼠个体中，氧化多巴胺的生成增加，线粒体的氧化应激显着升高。这表明DJ-1 功能的下降可促进因氧化应激而导致的PD［8］。降低了线粒体的抗氧化能力。PINK1 和parkin 可共同调控线粒体的质量，并检测线粒体的功能障碍。据报道，parkin、PINK1敲除或突变的小鼠中枢神经系统出现了线粒体损伤的现象［9］。

1.3 神经炎症与氧化应激PD的神经元丢失与慢性神经炎症有关，慢性神经炎症主要由小胶质细胞、中枢神经系统固有免疫细胞和主要免疫应答细胞控制［10］。小胶质细胞在受到损伤时，会激活自我防御机制，清除细胞碎片和病原体。当它们被激活时，会释放NO 和超氧化物等自由基，而这些自由基反过来又会导致微环境中的氧化应激。小胶质细胞的过度激活或长期激活状态会导致过度和不受控制的神经炎症反应，导致神经退行性变的恶性循环。这是因为受损的神经元释放了加剧炎症信号的分子，促进了反应性小胶质细胞的增生。这些分子包括神经黑色素、α-synuclein、基质金属蛋白酶3（matrix metalloproteinase 3，MPP-3），它们从受损的DA 能神经元中释放，激活小胶质细胞。神经黑色素是DA 氧化产生的黑色不溶性聚合物，使黑质产生黑色色素沉着。在儿童PD和特发性PD患者以及MPTP 诱导的PD 患者中均观察到不溶性神经黑色素颗粒。将从PD 脑中提取的神经黑色素加入到小胶质细胞中培养，可引起NO 的增加。脑内注射神经黑色素可引起黑质中小胶质细胞剧烈活化和大量神经元的丢失。神经黑色素是一个复杂的总体，包括氧化多巴胺、蛋白质和脂质过氧化物［8］，其在细胞外中存在时间较长，被认为是引起PD 慢性神经炎症的分子之一。研究发现添加了由人中脑细胞培养分离得来的α-synuclein 可激活小胶质细胞并引起DA 能神经元的衰退，且这种细胞毒性只发生在小胶质细胞存在的情况下。此外，分离得到的α-synuclein 还会刺激星形胶质细胞产生炎性调节器，增加小胶质细胞的活化、扩散、趋化作用。据推测，硝化的α-synuclein 是因为增加了NO 而促进神经炎症的发生。在DA能神经元中，MPP-3的活性形式随氧化应激而增加，MPP-3 可活化小胶质细胞进而产生RON 和ROS。在敲除MPP-3 的小鼠中，活化的小胶质细胞经MPTP 处理后被清除，与野生型相比，其超氧化物产生的水平更低。MPP-3 可引起蛋白酶活化受体-1 的裂解，触发细胞内信号的产生，活化小胶质细胞。此外，MPP-3参与活化小胶质细胞中炎性因子的产生。反过来，自由基和炎性细胞产生的细胞因子可诱导MPP-3 的生成。因此，这可能存在一个恶性循环——由氧化应激诱导的MPP-3 活化小胶质细胞产生自由基和细胞因子，MPP-3 引起血脑屏障的降解和中性粒细胞的浸润，进一步导致神经炎症［10］。

1.4 金属离子与氧化应激中枢神经系统是铁、铜、锌、锰等金属离子的主要存储部位，这些金属离子参与神经系统的各种生理活动。临床上，颅内金属离子稳态失衡和蓄积常造成机体运动障碍、记忆缺陷、抑郁和焦虑等异常行为［11］。金属离子的神经毒性作用与中枢神经系统的线粒体功能障碍、氧化应激密切相关，严重可导致多巴胺能神经元变性、死亡［12］。

铁是中枢神经系统中含量较多的金属，参与氧气的运输和储存、线粒体呼吸以及DNA 合成等。脑内铁的含量会随着年龄的增长而增加，而过量的铁激发Fenton 反应产生过多的ROS，引起颅内发生强烈的氧化应激反应，导致神经元细胞损伤。铁在中枢神经系统的蓄积导致PD 的原因与铁异常传递给线粒体有关，DA 能神经元中线粒体功能障碍可能减少铁-硫簇的合成，促进mRNAs 与IRP-1（一种抗体）结合，有利于转铁蛋白-转铁蛋白受体的合成，导致铁的大量蓄积［13］。此外，过量的铁还会降低还原型谷胱甘肽的水平，增加氧化型谷胱甘肽的合成，损伤谷胱甘肽依赖性抗氧化防御系统，诱导脂质过氧化，最终导致多巴胺能神经元变性死亡［14］。

铜在大脑内主要分布在蓝斑和黑质，是一种具有氧化还原活性的金属，可作为多种酶的辅助因子或结构成分，参与细胞呼吸、自由基解毒、铁代谢以及神经递质的合成。铜离子的稳态主要由铜转运体、ATP-7A 和ATP-7B 以及其他铜调节蛋白共同维持，若这些环节发生功能障碍均可能增加游离铜离子的含量，造成DA 能神经元的氧化性损伤［15］。铜还可抑制谷胱甘肽过氧化物酶-1 在DA 能神经元中的表达，从而使基底神经节中的DA 能神经元结构发生改变，导致PD 的发生。在含有超氧化物、谷胱甘肽或抗坏血酸等还原剂的氧化还原反应中，铜可通过Haber-Weiss 循环催化H2O2产生羟基自由基，诱导DNA氧化和断裂，导致DA能神经元氧化损伤；铜还可通过裂解脂质从而加速脂质过氧化，引起一系列的链式反应，产生H2O2和烷氧基，造成DA 能神经元变性死亡［16］。

锰是一种重要的微量营养元素，在脑内多分布于苍白球、尾状核。锰离子常被星形胶质细胞和DA 能神经元所摄取，且可通过二价阳离子转运体在线粒体或细胞核内蓄积。锰总是蓄积在星形胶质细胞中，其诱导的神经毒性与星形胶质细胞对谷氨酰胺的吸收降低，致使神经元兴奋性毒性有关［17］。锰的神经毒性可能源于其对高水平神经黑色素区域的亲和力以及对多重氧化环境的耐受力，导致多巴胺的自身氧化和ROS 的生成。锰常通过氧化应激反应、拮抗蛋白稳态、影响线粒体功能来破坏DA能神经突触功能，对DA神经元产生损伤。

铅是一种公认的神经毒素，经血液循环，分布至全身。铅可与生物金属（如锌、钙、铁）竞争结合金属相关位点，以分子模拟的形式通过血脑屏障，聚集在颅内，尤其是蓄积在杏仁核、海马、脉络丛，引起神经元丢失。其发生机制可能与氧化应激有关：铅与巯基结合，影响各类酶的活性，从而诱导铁依赖性脂质过氧化、线粒体功能障碍。铅还能抑制机体的抗氧化能力，干扰神经递质的正常贮存和释放，破坏谷氨酸能、胆碱能和多巴胺能神经系统之间的联系，导致PD的发生［18］。

2 抗氧化治疗

2.1 醌氧化还原酶/醌NAD（P）H 脱氢酶醌氧化还原酶（quinone oxidoreductase，NQO1）催化醌的双电子还原为化学性质稳定的对苯二酚。NQO1 对PD 有一定的保护作用。NQO1 可以抑制环化奎诺酮和氧化应激对氧化还原循环的破坏作用。萝卜硫素诱导的NQO1 在体外对DA 醌相关的神经细胞毒性有保护作用，在体内对MPTP 诱导的毒性有保护作用［19］。此外，NQO1 降低α-tocopherol 和辅酶Q10的水平，保持其抗氧化状态。NQO1除了在星形胶质细胞中大量表达外，在黑质DA 能神经元中也表达，尽管表达程度较低。在帕金森黑质中，NQO1的神经元表达显着增加。据报道，NQO1 基因多态性（C609T）导致其表达减少或完全丧失与PD 有关，但另一组报道却没有这种关联。NQO1 的细胞诱导是通过转录因子Nrf-2 与顺式作用增强子序列结合的抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）实现的。Nrf-2 通常存在于胞质蛋白keap1 结合的胞质中，但在多种细胞或外源性信号的作用下，Nrf-2 被释放并转移到细胞核中。因此，诱导NQO1 表达和活化Nrf2 应该成为发展PD 神经保护治疗的可行途径［10］。

2.2 褪黑素褪黑素是松果体合成和分泌的色氨酸代谢产物，可促进神经元分化，具有抗氧化和抗凋亡作用［20］。由于后一种作用，褪黑激素与神经保护作用相关。有研究报道活化的蛋白激酶（activated protein kinase，AMPK）通过抑制ROS 介导的NAD（P）H 氧化酶来消除氧化应激。另一项研究表明，AMPK 可降低氧化应激性环氧合酶-2（oxidative stress cyclooxygenase-2，Cox-2）、诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和解耦蛋白活性。环磷腺苷效应元件结合蛋白（cyclic adenosine effector element binding protein，CREB）是一种转录因子，与神经元分化、存活、突起生长密切相关。有证据表明CREB 磷酸化可诱导活化的小胶质细胞产生抗炎细胞因子，参与PD 的发生。选用雄性C57BL/6N 小鼠作为重复性轻度创伤性脑损伤（repetitive mild traumatic brain injuryrm，TBI）模型，给予褪黑素治疗。采用免疫印迹法、免疫荧光法、ELISA 法检测蛋白表达，同时，通过Morris水迷宫试验、y迷宫和梁行走试验进行行为分析。实验发现rmTBI 小鼠氧化应激升高，磷酸化的AMPK（phospho-5"AMP-activated protein kinase，p-AMPK）和磷酸化的CREB（phospho-CAMP-response element-binding，p-CREB）的水平受到抑制，而用褪黑激素治疗后可显着维持p-AMPK、p-CREB 在rmTBI老鼠大脑中的正常水平。此外，rmTBI小鼠的大脑显示出线粒体系统失调、淀粉样蛋白原通路激活异常、认知功能障碍，这些异常都受到褪黑素治疗的显着调控。这些发现首次证明rmTBI会导致大脑能量失衡，ROS 的生成、神经炎症和降低神经元细胞的存活。而褪黑素治疗通过调节小鼠大脑中的p-AMPK/p-CREB 信号通路，克服能量消耗，降低ROS 的生成，保护大脑免受损伤。整体研究结果表明，褪黑激素可能通过调节氧化应激介导的能量失衡和脑损伤后的下游信号传导，具有神经保护作用［21］。

2.3 枸杞多糖枸杞是一味药食两用的中药材，在中国已有两千多年的使用历史。研究表明传统中药材枸杞具有延缓衰老、抗氧化等作用，也常被用于治疗PD，但单纯枸杞或枸杞提取物对PD的影响鲜有报道。枸杞多糖（lycium barbarum polysaccharide，LBP）是枸杞的主要活性成分，可自由通过血脑屏障，近年来研究发现LBP 不仅具有独特的滋补作用，还可提高机体抗氧化能力，清除自由基，抑制脂质过氧化，延缓衰老［22］。超氧化 物 歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase ，CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）和丙二醛（malondialdehyde，MDA）均为PD 中检测氧化应激水平的指标。1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）是一种经典的PD 氧化应激造模药物。用LBP 处理经MPTP 处理的模型动物，发现其不但可以减少DA 能神经元的丢失，还可增强SOD、GSH-Px和CAT 的活性且减少MDA 的含量。表明LBP 对PD模型中脑的氧化应激具有缓解作用，且中等剂量LBP效果十分显着。而打破氧化应激恶性循环的主要途径是保护DA 能神经元，避免其损伤丢失。综上所述，LBP 通过清除自由基和抗氧化作用，减少DA 能神经元的损伤，对MPTP 帕金森病小鼠起到神经保护效应［23］。

2.4 DA 受体激动剂DA 受体激动剂可直接作用于纹状体的DA 受体，不经过氧化代谢，也不产生自由基。其能通对抗氧化性损伤发挥神经保护作用［24］。DA 对纹状体介质棘状神经元的作用是通过两种DA 受体介导的。DA 类药物直接作用于DA 受体（DA 受体激动剂），主要作用于D2受体家族，20 世纪70年代首次与麦角生物碱一起被引入帕金森病治疗，自那以来已成为治疗运动症状的一种重要药物［25］。该家族药物的最初成员是麦角蛋白衍生物，它也激活5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）受体，包括5-HT2B 亚型，这些与胸膜肺和心脏瓣膜纤维化相关，这带来了重要的安全性问题。目前使用的药物为非麦角苷类药物，不产生这种副作用。盐酸普拉克索是一种非麦角苷类多巴胺受体激动剂，能选择性的与多巴胺D2、D3受体结合，早期持续刺激多巴胺受体，保护DA 能神经元，减少DA 能神经元凋亡，从多个方面发挥治疗作用［26］。在DA类药物治疗基础上，口服盐酸普拉克索能够显着提高血管性帕金森综合征（vascular parkinson"s syndrome，VPS）的临床药效。研究表明，氧化应激在VPS 的发生发展中起着重要作用，VPS 患者多存在氧化-抗氧化系统紊乱，故减轻氧化应激对VPS 的治疗具有重大意义。依达拉奉注射液是一种强抗氧化剂，能有效清除机体过量的ROS，抑制脂质过氧化，减轻ROS 带来的细胞损伤，明显改善老年VPS 的临床症状。综上，依达拉奉注射液联合盐酸普拉克索在老年VPS中应用效果显着，可减轻氧化应激，有效改善患者临床症状，值得临床上应用。

3 展 望

PD的发病机制与线粒体功能障碍、多巴胺的代谢、神经炎症等引起的氧化应激密切相关。目前尚无有效方法或药物可以延缓神经退行性变的过程，因此能够开发改善PD 症状的药物至关重要。一些抗氧化剂被证实有神经保护作用，故研究可从氧化应激入手寻找治疗PD的途径。