第二节　帕金森病的病理和神经生化学

一、病理改变

PD的病理研究起始于1895年Brissaud首次报道的PD的病变部位可能位于脑内黑质部位，随后路易发现了黑质神经元胞质内存在一种嗜酸性包涵体，命名为路易小体。路易小体也成为目前诊断原发性PD的组织病理学标准。PD大体病理改变一般表现为轻度脑萎缩及脑室系统扩大，中脑黑质色素变淡甚至完全无色（图1-2-1-1），脑桥蓝斑也可出现色素变浅改变。PD镜下的主要病理特征包括DA能神经元的变性丢失、路易小体的出现及其周围出现的胶质细胞增生。

（一）DA能神经元变性

PD的最主要病理改变是黑质致密部DA能神经元的变性、丢失。镜下可见DA能神经元数量减少，黑质细胞黑色素消失，残存的细胞出现色素外溢，黑色素颗粒游离散布于组织内。黑质神经元的消失主要发生在致密部，以致密部的腹外侧部为主，腹内侧部其次。这种病理改变在其他含有色素的神经元中，如蓝斑、中缝核、迷走神经背核、杏仁核和下丘脑核团等部位也广泛存在。

临床病理相关研究结果表明，黑质致密部DA能神经元中到重度的变性丢失可能是PD晚期出现运动障碍、运动迟缓和肌强直的原因。位于黑质致密部的腹外侧部神经元变性的患者，肌强直、少动等症状更为明显，而位于黑质网状带内侧部神经元变性更为严重的患者，则主要表现为震颤。黑质外蓝斑、迷走神经背核、下丘脑核团等部位的变性损伤可表现为认知、情感以及自主神经功能障碍等。

（二）路易小体的形成

PD另一大病理表现为黑质存留的神经元胞质内出现路易小体。α突触核蛋白是路易小体的重要成分，其在折叠状态下会变得不可溶并聚集在神经元胞质内，形成一种嗜酸性包涵体。路易小体为蛋白质组成的玻璃样团块，中央有致密的核心，周围有细丝状晕圈。路易小体分为经典型（脑干型）和皮质型。经典型路易小体位于色素细胞质内，HE染色镜下表现为圆形或椭圆形，均匀红染，直径为8～30mm，其内部呈分层同心圆状，周围为特征性苍白晕圈。免疫组织化学染色研究发现，路易小体由α突触核蛋白、神经丝蛋白以及泛素等成分组成。α突触核蛋白和泛素蛋白的免疫组织化学染色中可见含有路易小体的神经元细胞呈阳性改变。电镜下可见路易小体中心区为紧密排列的丝状物及电子致密颗粒，呈放射状排列的7～20nm的中心丝组成周围晕圈区，并伴有小泡状物。

作为PD的病理标志，路易小体不仅存在于黑质、脑干、大脑皮质等，也存在于脊髓以及周围神经系统，包括迷走神经、自主神经节、心丛、肠神经系统、唾液腺、肾上腺髓质、皮神经及坐骨神经等。近年来Braak提出了路易小体在PD病理进展的6个分期，即从肠神经系统和自主神经系统向脑干发展，然后由脑干扩散至皮质等神经轴较高部位的过程。在1～2期，路易小体出现在延髓和脑桥，临床上表现为自主神经功能障碍和睡眠障碍等。只有到达3期时，α突触核蛋白的异常聚集才会累及黑质，从而表现为PD的运动症状。到了晚期5～6期进展至边缘系统及皮质部位，表现为认知功能损害、抑郁等精神症状。Braak分期提出的这种病理变化的时间和空间进展模式与PD临床症状进展的过程相一致，并揭示了PD早期非运动性症状产生的病理基础。

（三）神经炎性反应

神经炎性反应也是PD常见的病理改变，在退行性病变区域可以观察到活化的星形胶质细胞和小胶质细胞活化引起的反应性胶质增生。小胶质细胞具有多突触和可塑性的特点，在正常生理状态下呈高度分支状的静息状态。在脑内神经元发生变性、坏死等异常刺激下，小胶质细胞被迅速激活。激活的小胶质细胞镜下可见胞体增大、突起变短、细胞形态呈圆形或杆状，具有吞噬功能的小胶质细胞可以出现细胞突起消失、形态呈阿米巴状。有病理学研究在PD患者脑内的胶质细胞也观察到α突触核蛋白阳性包涵体，这也成为胶质细胞介导的神经炎症反应可能参与PD的病理生理过程的依据。以往认为胶质细胞的增生仅是一种伴随现象，但目前认为胶质细胞可能参与到DA神经元的保护，激活的小胶质细胞不仅能释放ROS、NO和促炎性细胞因子等物质，也会释放脑源性神经营养因子（BDNF）和抑炎性因子等，从而发挥神经元保护作用。

二、生化改变

除了以上病理改变，PD的发病过程中同样存在一系列的神经生化改变，其中包括多种神经递质、神经肽、神经递质受体以及其他PD相关的蛋白质及核酸等。这些生化改变不仅发生在基底节、大脑皮质、海马等中枢神经系统，在脑脊液、外周血等体液中也可能存在改变。对PD的神经生化研究不仅有助于明确PD脑内DA能神经元选择性损伤的机制，为寻找PD的发病机制提供线索，还可以发现新的生物学标志物，未来应用于PD的早期诊断以及治疗。

（一）神经递质

神经递质储藏在神经末梢，在轴突受到刺激后释放，作用于突触后受体，从而产生一定的生物效应。基底节是大脑中含有神经递质种类和数量最多的区域，其中主要的神经递质包括多巴胺、乙酰胆碱（ACh）、γ-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸、去甲肾上腺素（NE）、5-羟色胺等。基底节的传入通路包括由黑质致密部的多巴胺能神经传入新纹状体的通路，以及从前额运动区、杏仁核和海马传入的谷氨酸能神经，起兴奋性作用。ACh属纹状体内的中间传导神经递质。纹状体的主要传出通路通过抑制性神经递质GABA作用到达苍白球的内侧部和外侧部。据报道，以上神经递质在PD中均存在一定改变（表1-2-2-1），其中最受影响的是多巴胺。

1.多巴胺

脑内多巴胺（DA）含量减少是PD最显著的生化改变。人脑内约有80%的DA位于黑质纹状体系统，主要由黑质致密区和中脑腹侧被盖区的DA能神经元合成、储存，并被释放到突触间隙。DA是左旋酪氨酸在细胞内酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase，TH）的作用下形成二氢苯丙氨酸（l-dopa），再经过多巴胺脱羧酶（DOPA decarboxylase，DDC）形成的。DA通过黑质-纹状体束作用于尾状核和壳核突触后神经元，最终分解成高香草酸（homovanillic acid，HVA）。DA从突触前神经末梢释放后，一部分在突触内被单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）和儿茶酚-氧位-甲基转移酶（catecholamine-O-methyl transferase，COMT）代谢，一部分则以回摄取的方式被突触前膜摄取，转运到囊泡颗粒中再利用。因此，单胺氧化酶-B（monoamine oxidase-B，MAO-B）抑制剂可以减少神经元内DA的分解，COMT抑制剂可以减少l-dopa与外周的代谢，以上两种均作为药物用于PD的治疗。

黑质中的DA能神经元通过黑质-纹状体通路将DA输送到纹状体，参与基底核的运动调节。由于PD患者的黑质DA能神经元显著丢失，纹状体DA浓度因此显著降低，出现临床症状时纹状体DA浓度一般降低80%以上，且DA递质降低的程度与症状的严重程度一致。由于中脑腹侧被盖区的DA神经元主要投射到边缘系统和新皮质，中脑-边缘系统和中脑-皮质系统的DA浓度也显著降低，这可能是PD患者智能减退、行为情感异常和言语错乱等高级神经活动异常的生化基础。在PD症状出现前就已经出现DA能神经元变性和DA含量减少，但由于DA能神经元可以通过脑内的代偿作用来增加DA的合成和释放，因此患者可能不发生临床症状或症状很轻微。通过脑脊液检查可以测定DA及其主要代谢物HVA的含量，HVA/DA比值的增加可能是PD早期诊断的生化指标之一。

2.乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）

作为脑内分布最为广泛的神经递质，在中枢神经系统内参与精神活动、学习、记忆、生命中枢的控制和调节等，也作用于周围神经系统支配肌肉运动。PD患者黑质纹状体中ACh的绝对含量不变或轻度增加，但由于DA与ACh两大递质系统功能的相互拮抗，DA含量的降低造成ACh系统相对亢进。这种递质失衡与皮质-基底核-丘脑-皮质环路活动紊乱和肌张力增高、动作减少等运动症状密切相关。由于PD患者前额等胆碱能传出通路也可能发生退行性病变，因此PD患者常伴有不同程度的痴呆症状。DA替代治疗药物和抗胆碱能药物对PD的治疗原理正是基于纠正这种递质失衡。

3.γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）

作为脑内主要的抑制性神经递质，在黑质和苍白球中的含量最高，并在基底节中与DA、ACh等共同参与锥体外系的调节。DA能神经元可与GABA能神经元形成突触联系，从而激活GABA的神经抑制效应。在PD中，由于DA能神经元的激活作用减弱，GABA能神经的抑制作用降低，临床上出现以强直和姿势障碍为表现的丘脑底核的过度兴奋活动。

4.谷氨酸（glutamic acid）

谷氨酸是脑内主要的兴奋性神经递质，主要来源于皮质运动区，终止于丘脑底核。由于PD中GABA的抑制效应减弱，谷氨酸能神经在丘脑底核的兴奋性增加，通过谷氨酸受体NMDA的激活可导致钙离子内流，造成细胞骨架破坏，引起神经元变性死亡，这可能是PD患者发生运动障碍的病理生理基础之一。

5.去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）

NE起源于蓝斑，分布于尾状核、壳核、伏隔核、黑质、丘脑、小脑和脊髓。在中枢神经系统中，NE的生理功能广泛，在基底节中可参与运动的调节作用。PD患者纹状体区域的NE含量降低，在前额叶和边缘系统可轻度降低，其降低程度与痴呆的严重程度有关。临床上应用的COMT和MAO抑制剂即是通过减少DA和NE的降解从而起到治疗作用。

6.5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）

5-HT能神经元几乎与所有的大脑结构都有联系，并存在大量的轴突分支。黑质-纹状体中5-HT的含量丰富，主要来自中缝核的5-HT能神经，其功能主要与精神活动、情绪、生物钟节奏等有关。PD患者中缝核5-HT能神经元可存在轻、中度减少，纹状体中5-HT的含量降低，这可能是PD患者发生情感障碍的病理生理基础。研究显示，5-HT受体激动剂不仅有助于运动障碍的改善，也可以改善患者的精神症状。

7.神经肽

PD脑中还存在多种神经肽的改变，包括P物质、神经肽Y、生长激素抑制素、强啡肽和神经紧张素等。纹状体中带棘神经元含有P物质，对DA能神经元活动有兴奋效应。在黑质部位的P物质降低30%～50%，但在苍白球和皮质中变化不明显。生长激素抑制激素在PD患者皮质部位可发生降低，在伴有痴呆症状的PD患者中尤为明显，其机制可能是中间神经元变性丢失的结果。强啡肽作为一种内源性阿片肽，据报道在PD患者的壳核、苍白球及黑质部位也可发生明显减少。

（二）神经递质受体

神经递质受体是细胞膜上的特殊蛋白结构，能与配体特异性结合后产生应答反应。已知的神经递质受体已有20余种，包括DA受体、胆碱受体、GABA受体及谷氨酸受体等，其中DA受体与PD的病理生理机制最为相关。

DA受体主要分为D₁～D₅ 五种亚型，其中D₁和D₂是两种经典的DA受体亚型。D₁受体可激活腺苷酸环化酶，参与定型等相关运动。D₂受体激活磷酸肌醇水解酶，与锥体外系运动调节有关，也是DA和DA受体激动剂的主要作用受体。DA受体激动剂可提高对DA能神经元的刺激作用，由于不参与DA的代谢过程，有助于减少氧自由基的产生。DA受体激动剂与左旋多巴合用，具有改善运动症状、减少左旋多巴的毒性和用量，以及左旋多巴引起的异动症的发生等作用。据报道，DA受体激动剂还存在清除氧自由基、抗凋亡、稳定线粒体膜电位等神经保护作用。非麦角类DA受体激动剂如普拉克索、吡贝地尔缓释片，以及麦角类DA受体激动剂溴隐亭等已经作为PD的治疗药物广泛应用于临床。

（三）其他相关生化改变

1.相关蛋白的改变

（1）α突触核蛋白：

α突触核蛋白作为一种脑内含量丰富的神经蛋白，可参与正常突触功能的维持。在PD患者脑内可发生α突触核蛋白的异常折叠和聚集，并在神经元的胞质中形成路易小体。影响病理性α突触核蛋白构型水平的因素主要包括基因突变、热休克蛋白等分子伴侣功能异常、泛素-蛋白酶体系统和自噬功能的缺陷，以及磷酸化、泛素化等翻译后修饰等。不仅仅在中枢神经系统，目前已通过尸检或其他方式从PD患者的多种组织及体液，包括脑脊液、血液、迷走神经、交感神经和星形神经节及皮肤自主神经中检测到不同形式的α突触核蛋白。研究结果发现，低聚合形式的α突触核蛋白在PD患者的血浆及脑脊液均存在一定变化，有观点认为α突触核蛋白在脑脊液中的表达改变可作为PD的生物学标志物，有助于PD的早期诊断。

（2）脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factors，BDNF）：

脑源性神经营养因子是一种在神经系统发育过程中起生长因子作用的分泌性大分子物质，可以通过抑制细胞凋亡作用改善DA能神经元的变性、死亡，从而起到神经保护作用。研究发现，PD患者的黑质部位出现BDNF蛋白表达减少，且BDNF可能对PD产生一定的治疗作用。通过ELISA的方法可在外周血及脑脊液中检测BDNF的表达，结果显示，在PD患者中BDNF蛋白的表达水平明显下调，脑脊液中BDNF蛋白的表达水平可能与认知障碍的发生和严重程度有关。

（3）β-淀粉样蛋白（Aβ）和Tau蛋白：

Aβ沉积形成神经炎性斑和Tau蛋白磷酸化是阿尔茨海默病的标志性病理改变，而目前神经病理学的研究证明，PD患者的脑内神经元细胞内可存在Aβ和Tau蛋白，并且在PD疾病早期即可检测到Aβ₄₂、Aβ₃₈和Aβ₄₀水平的下降，PD患者Tau蛋白水平也可发生明显下调。

（4）核相关受体因子1（nuclear receptor related factor 1，Nurr1）：

Nurr1蛋白又称NR4A2，属于核受体，主要在中枢神经系统表达并发挥作用。在PD中，Nurr1蛋白可以调节DA合成的关键酶——TH的表达，是DA能神经元分化、成熟、存活的关键转录因子。同时，Nurr1还能降低炎症因子等毒性物质的神经毒性，起到神经保护的作用。研究表明，PD患者中脑黑质及外周血淋巴细胞中Nurr1的表达水平明显降低。Nurr1基因也可参与α突触核蛋白的调节，其在中脑DA能神经元中的缺乏可能与α突触核蛋白在细胞内的病理变化有关。

（5）炎症相关细胞因子：

神经炎症反应在PD的发病和发展过程中发挥着重要作用。中枢神经系统中的炎症因子主要由激活的胶质细胞产生，而在外周血中主要是由淋巴细胞及单核细胞产生。近年来很多研究在PD患者中脑黑质部位、脑脊液和外周血等组织和体液中检测到TNF-α、IL-1β、IL-4、IL-6、IL8、IL-10、IL-13、TGF-β、ROS、NO等炎症因子的表达量发生变化。多数研究结果表明，PD患者黑质及脑脊液、血浆等体液中炎症因子的含量增加。一项通过对312例PD患者、318例健康体检者以及311例神经系统其他疾病患者外周血淋巴细胞中Nurr1及5种炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-4、IL-6及IL-10）的表达研究发现，PD患者Nurr1的表达量相比于其他两组明显下调，而炎症因子的表达量均显著上调，Nurr1与炎症因子的表达水平成负相关，Nurr1联合炎症因子可能是PD的潜在生物学标志物。

在生理状态下，小胶质细胞可通过CX3CL1、CD200以及神经细胞黏附因子等维持其静息状态。CX3CL1是由神经元分泌的、以可溶形式存在的一种趋化因子，发挥免疫调节作用。CX3CL1-CX3CR1信号通路可以抑制小胶质细胞的激活，从而减少炎症对DA能神经元产生的神经毒性作用。研究发现，在PD患者中CX3CL1的含量降低，且与病程的进展和疾病严重程度成负相关。

2.相关微小RNA（miRNAs）：

miRNAs是一类内源性非编码的小分子单链RNA，长度为21～24nt，通过与靶基因mRNA 3'非编码区特异性的碱基配对，能够引起靶mRNA的降解或翻译抑制，从而对基因进行转录后表达调控。随着miRNAs研究的深入，越来越多的研究结果表明miRNAs与PD密切相关。

miRNAs可以通过调节α突触核蛋白的表达水平影响DA能神经元的存活，如miR-7通过下调α突触核蛋白的表达减少神经元死亡，miR-153也可降低MPTP所导致的α突触核蛋白增加；PD患者杏仁核、黑质、小脑、前额叶中miR-133b、miR-34b和miR-34c表达下降，其作用机制可能与神经细胞的氧化应激相关。研究报道，miR-9、miR-124、miR-132、mi-133、miR-433等可能有助于神经元和未成熟神经元的生存和分化。

体液中循环的游离miRNA具有易于检测及表达稳定等特点，被广泛应用于疾病生物学标志物的研究中。研究发现，PD患者血清中miR-338-3p、miR-30e-3p和miR30a-3p的表达量上调，脑脊液中miR-16-2-3p和miR-1294表达量下调。MiR-132不仅通过调节其靶基因Nurr1在DA能神经元分化中起作用，其在PD患者血浆中的表达量显著上调也在大样本量的研究中得到了验证。对于miRNA的研究不仅有助于PD早期诊断的生物标志物的发现，也为疾病的治疗提供了新的靶点。

3.其他

近年来越来越多的研究开始关注外泌体在PD发病机制中的作用。外泌体是一种由内泌体衍生的内含大量蛋白质和核酸的微小囊泡，可由中枢神经系统产生并释放到体液中。有证据显示，异常聚集的α突触核蛋白可通过外泌体在细胞间传递，从而参与到PD的病理过程中。据报道，中枢神经系统来源的外泌体中的α突触核蛋白在PD患者的血浆中显著增高，另外，一些外泌体miRNA也被证明在PD患者中存在表达变化。

除以上变化外，最近的研究还发现PD患者的肠道菌群表现出显著的变化特征。肠道微生物群可通过微生物-肠道-脑轴影响中枢神经系统功能，并控制能够诱导产生DA的酶的分泌。PD患者肠道菌群失调不仅可能促进α突触核蛋白从肠道至大脑的转运，也可能引起肠上皮屏障受损和肠道炎症，并通过肠道菌群-肠道-脑轴的神经免疫途径形成神经炎症，从而加重中枢神经系统变性。因此，纠正肠道菌群失调的治疗方法目前也成为研究热点，可能为PD的治疗提供一种新思路。

（乐卫东　李天白）