第一章　绪论

第一节　帕金森病的流行病学、病因及发病机制

一、流行病学

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是最常见的一种以运动障碍为主要表现的神经系统退行性疾病。该病不仅存在静止性震颤、运动迟缓、肌强直和姿势平衡障碍等运动性症状，也存在嗅觉障碍、精神异常、便秘、自主神经功能异常，以及睡眠障碍等非运动性症状（图1-1-1-1）。发病年龄主要集中于中老年人。PD的患病率可随着年龄的增长成倍增加，65岁以上老年人的患病率为1%～2%，而85岁以上则达到3%～5%。在发达国家，PD的年龄标准化发病率为14/100 000，并随着年龄的增加迅速增长。50～59岁年龄段的发病率为106.7/100 000，而70～79岁年龄段的发病率则增加了10倍，达到1 086.5/100 000，80岁以上发病率高达1 903/100 000。不同性别人群PD的发病风险也存在差异，年龄超过40岁的男性患病的终身风险预估为2%，女性为1.3%。根据世界各国的PD流行病学调查报告，发展中国家PD的发病率总体低于发达国家。

我国PD流行病学研究可以追溯到20世纪80年代，研究者对全国6省市的人口调查显示，PD的患病率为44/100 000。一项PD流行病学调查选择了北京、西安及上海3个地区的79个乡村和58个其他城市，通过分层、多级及群体抽样选择了29 454个年龄超过55岁的调查样本。根据标准化的诊断方法，确认了277人患PD，年龄超过60岁的人群PD患病率为1.7%（95%CI：1.5～1.9）。据此估计全国约有221万PD患者，造成的经济负担约为170亿元。随着我国人口老龄化的加剧，到2050年，我国PD患者的数量预计将增加至800万左右。由于PD的病程长、致残率高，将会给患者、家庭和社会带来极大的经济负担。

二、病因与危险因素

关于PD的病因尚未完全明确，目前普遍认为是多种致病因素交互作用，而非单一因素所致。PD根据遗传史可分为家族性与散发性两种，其中家族性PD占PD患者总数的10%～15%，主要的病因是遗传基因缺陷。而散发性PD则占PD患者的85%以上，是遗传与环境等因素共同作用的结果。

（一）遗传因素

随着PD致病基因的发现，遗传因素被证实在PD中起到至关重要的作用。到目前为止，已经发现了20余种与PD有关的致病基因及位点（表1-1-2-1）。遗传形式一般为常染色体显性及隐性遗传，发病年龄一般相对较早。

1.常染色体显性遗传性PD致病基因

（1）SNCA基因：

SNCA（α-synuclein，PARK1）基因是第一个被发现的家族遗传性PD的致病基因，定位于4号染色体长臂4q21-23，包含6个外显子，呈常染色体显性遗传，编码α突触核蛋白。α突触核蛋白（α-synuclein）由140个氨基酸组成，在脑神经元及突触前神经末梢含量丰富，是一种突触前蛋白。目前认为α突触核蛋白的纤维化和异常聚集是PD患者神经元死亡和神经功能障碍的重要原因。α突触核蛋白的异常聚集可以导致路易小体（Lewy body）的形成，而路易小体是PD的病理标志，这也提示了SNCA基因在PD发病过程中的重要作用。该基因的突变类型除了点突变，拷贝数变异也较为常见，表型的严重程度与拷贝数变异的数量成正相关。SNCA基因突变型PD的临床特点包括起病相对较早、病情进展较为迅速、震颤症状发生较少、常伴有锥体束损害症状及痴呆等精神症状。

（2）LRRK2基因：

LRRK2（leucine-rich repeat kinase 2）基因定位于12号染色体12q12，编码亮氨酸重复激酶2蛋白。LRRK2基因是PD最常见的致病基因，占常染色体显性遗传性PD的10%，散发性PD的4%。该基因突变呈不完全外显，可随着年龄的增长外显率增加，因此发病相对较晚。G2019S是LRRK2最常见的突变位点，该突变可以导致神经元细胞自噬的功能受损和α突触核蛋白的异常累积，参与到PD的发病机制中。

2.常染色体隐性遗传性PD致病基因

（1）Parkin基因：

Parkin（PARK2）基因的突变是呈常染色体隐性遗传的早发PD中最常见的突变类型。Parkin基因包含12个外显子，全长112mb，编码含有465个氨基酸的Parkin蛋白。Parkin作为E3泛素蛋白连接酶参与泛素-蛋白酶系统（ubiquitin-protease system，UPS）过程，能够维持细胞内蛋白质数量恒定，保证细胞的正常生命活动。Parkin型PD的临床特点包括发病年龄较年轻，疾病进展较缓慢，主要表现为运动迟缓和肌张力增高、症状多在睡眠后减轻、对左旋多巴反应良好、易发生左旋多巴诱导的运动障碍及肌张力障碍等。其病理表现为黑质致密部高度选择性多巴胺（dopamine，DA）能神经元变性和胶质细胞增生，但不形成路易小体。

（2）PINK1基因：

PINK1（PTEN induced putative kinase1）基因突变也是常染色体隐性遗传性PD的常见类型之一，发病分布广泛，在北美、亚洲等地区均有报道。PINK1蛋白位于线粒体，参与线粒体的融合、分裂过程，与蛋白酶抑制剂导致的线粒体功能障碍密切相关。该基因与Parkin、DJ-1和Htra2等PD致病基因之间也存在相互作用。PINK1基因突变性PD的主要特点是发病较早、对多巴胺药物反应良好。

（3）DJ-1基因：

DJ-1（protein deglycase DJ-1，PARK7）基因最早在荷兰和意大利的早发常染色体隐性遗传性PD的家系中发现，位于1号染色体1p36，包含8个外显子。其编码的DJ-1蛋白作为一种氢过氧化物反应蛋白，参与机体氧化应激反应通路，其功能受损可能增加氧化应激反应对神经元的损害。DJ-1基因突变型PD的特点是发病较早、肌张力障碍、锥体束征等较为常见。DJ-1基因突变也与散发性早发PD的发病相关。

（4）GBA基因：

最近越来越多的证据表明GBA（glucocerebrosidase）基因与PD密切相关。GBA基因编码葡糖脑苷脂酶，其纯合突变可以导致戈谢病（Gaucher disease）。戈谢病是一种溶酶体功能障碍的常染色体隐性遗传病，可以表现为帕金森综合征以及其他神经系统受损症状。据报道，GBA基因的杂合突变可能增加PD的患病风险。其发病机制可能是由于溶酶体蛋白降解功能受阻，导致α突触核蛋白聚集增加和神经酰胺减少，从而造成多巴胺能神经元变性损伤。

（二）环境因素

流行病学和社会学研究发现，长期接触环境中的有毒化学物质（除草剂、杀虫剂等）、重金属和特定的生活条件及饮食习惯可能增加PD的发病率。最早有学者发现4-甲基-1，2，3，6-四氢吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）可以导致接触者出现PD样症状。MPTP通过血脑屏障后，在中枢神经系统中代谢，最终转化为1-甲基-4-苯基吡啶离子（MPP⁺）。MPP⁺是直接造成细胞损伤的毒性物质，其在纹状体的持续释放可以加剧多巴胺自身氧化应激产生的毒性作用，并且可以产生大量的自由基，抑制线粒体呼吸链复合物Ⅰ，导致线粒体发生功能障碍。杀虫剂鱼藤酮除了作为广泛的线粒体复合酶Ⅰ抑制剂，也可以抑制中脑UPS系统，导致黑质多巴胺能神经元发生损害。与MPP⁺结构相似的除草剂百草枯以及其他吡啶类化合物，也被证明与PD相关。研究显示，通过静脉注射百草枯可以成功建立PD大鼠模型，并且这些大鼠脑内可出现路易小体样聚集物。利用MPTP制作的动物模型已经作为PD研究的有效工具而被广泛应用。

特定的生活条件如农村居住生活、从事农业生产等，以及奶制品、井水等饮食习惯也被证明是PD的危险因素。遗传因素也可以改变环境因素对PD的影响，例如SNCA基因启动子区Rep1多态性可以调节脑外伤对PD发病的影响。

环境保护因素也同样值得关注，目前被广泛报道的包括吸烟、咖啡、饮茶习惯、非甾体抗炎药、钙离子通道拮抗剂等因素可能对PD的发病起到保护性作用。研究显示，长期吸烟可以减少PD风险性的36%～50%，其原因可能是由于尼古丁等神经保护性成分的存在。研究报道，高尿酸水平的保护性作用相比于低尿酸水平可以减少PD风险性的33%，并且与PD的认知功能障碍有关。

（三）年龄老化

流行病学调查显示，PD的患病率和发病率随着年龄的增长而增加，提示年龄因素是PD的危险因素之一。随着年龄增长，黑质多巴胺能神经元开始出现退行性病变，多巴胺能神经元渐进性减少。尽管如此，正常年龄老化过程中多巴胺能神经元出现变性坏死的程度并不足以导致发病，因此目前普遍认为神经系统老化只是PD的促发因素之一。

三、帕金森病的发病机制

研究表明，PD中黑质多巴胺能神经元大量变性、丢失可能是由于遗传因素、环境因素以及神经系统老化等因素的共同作用，与线粒体功能障碍、氧化应激、神经炎症和免疫反应、蛋白酶体功能障碍、兴奋性神经毒性、细胞凋亡、钙稳态失衡等一系列发病机制有关。

（一）线粒体功能障碍

线粒体是为细胞提供能量的主要细胞器，是通过氧化磷酸化产生细胞直接利用的能源——ATP的场所。研究表明，线粒体功能障碍通常发生在PD的早期，在散发性和家族遗传性PD中均广泛存在。鱼藤酮、三氯乙烯等环境毒物可以通过影响线粒体电子传递链活性、增加线粒体渗透性，导致PD线粒体功能障碍，直接引起ATP的生成不足，从而导致多巴胺能神经元发生退行性病变。

线粒体呼吸链由复合物Ⅰ～Ⅴ组成，其中复合体Ⅰ是呼吸链中最大的复合体，其功能缺陷可导致ATP产生不足和氧化应激诱导的细胞凋亡，与PD的发病密切相关。神经毒素MPTP作为线粒体呼吸链复合体Ⅰ的抑制剂，注射MPTP可以选择性杀伤非人类灵长类及啮齿类动物黑质致密部多巴胺能神经元，引起急性不可逆的PD症状，这一现象也证明了线粒体呼吸链复合体Ⅰ障碍与PD发病的关系。线粒体DNA（mtDNA）由于缺乏组蛋白保护，呈裸露状态，易发生突变，其突变频率为细胞核DNA（nDNA）的10～20倍。mtDNA突变也可引起PD患者黑质线粒体复合体Ⅰ活性下降，从而参与到PD的发病过程中。

（二）氧化应激作用

在机体的生命代谢过程中，细胞内线粒体氧化磷酸化会产生有害的自由基，但机体防御系统可以限制自由基的水平及其对细胞的损害。当氧自由基生成过多或清除不足时，过多的自由基会导致氧化应激反应。PD更容易发生抗氧化系统缺陷是由于大脑黑质更容易受到氧化损害。脑组织含有高浓度的不饱和脂肪酸，大脑接受了与其重量不成比例的氧耗，且其自身保护机制相对薄弱。黑质中多巴胺能神经元的神经黑色素的自动氧化和对Fe³⁺的高亲和力可以使黑质中聚集的高浓度Fe³⁺随时转化为活性Fe²⁺，加快自由基的产生。其次，由于细胞内自由基主要来源于线粒体的电子传递链，线粒体功能障碍也会激发产生大量氧自由基，线粒体呼吸链复合体也更容易受到H₂O₂引起的氧化应激损害。

脑内抗氧化防御系统包括超氧歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化酶（GSH-PX）、谷胱甘肽还原酶（GRD）等抗氧化酶及谷胱甘肽（GSH）、抗坏血酸等非酶性物质。其中GSH具有很强的抗氧化作用，而PD患者黑质区GSH含量显著降低，其原因可能是由于外界毒素需要GSH参与代谢。GSH的减少导致H₂O₂及其产生的具有毒性的脂质过氧化物（LPO）不能被有效清除、Fe²⁺含量增加、神经黑色素出现以及DNA氧化损害。多巴胺本身也可与GSH结合形成共轭物GSH-DA，从而减少蛋白质活性，对细胞造成慢性损害。总之，在PD中自由基的产生与清除之间的平衡受到严重破坏，最终导致多巴胺能神经元死亡。

（三）神经炎症与免疫反应

近年来，越来越多的证据表明胶质细胞激活介导的神经炎症与免疫反应在PD的发病和发展过程中起着重要作用。对PD患者和MPTP导致的帕金森综合征患者进行尸检发现，患者中脑黑质残存的多巴胺能神经元周围有大量激活的小胶质细胞，并且小胶质细胞的数量与多巴胺能神经元变性的范围密切相关，这也提示了小胶质细胞可能通过神经炎症与免疫反应参与到PD的发病机制中。在PD的急性期，小胶质细胞活化后吞噬异常聚集的α突触核蛋白，起到抗炎和免疫保护作用。随着病情和炎症反应的进展，小胶质细胞分泌过量的TNF-α、IL-1β、IL-6、活性氧（ROS）等炎性介质，对多巴胺能神经元产生毒性损伤，最终导致多巴胺能神经元的变性、坏死。

针对胶质细胞激活调节神经炎症和免疫反应介导多巴胺能神经元损伤中的作用，目前认为很多抗炎及抑制小胶质细胞激活的药物，如非甾体抗炎药、阿片受体拮抗剂纳洛酮、血管活性肠肽等被证明可以减少神经毒性引起的多巴胺能神经元的变性坏死，从而起到神经保护的作用。

（四）蛋白降解系统受损

有效的蛋白清除通路，即对错误折叠或损伤蛋白质的降解，对中枢神经系统稳态的维持至关重要。证据表明，PD以及其他的神经系统变性病可能属于蛋白降解障碍疾病。中枢神经系统中蛋白质的降解通路可分为两大类：泛素-蛋白酶系统（UPS）和自噬溶酶体通路。UPS可以选择性降解细胞内的蛋白质，是一条重要的非溶酶体降解途径；而自噬溶酶体通路可以通过形成自噬体，使异常聚集的蛋白在溶酶体中降解。

1.UPS途径

UPS在多种细胞周期性增殖及凋亡相关蛋白的降解过程中发挥重要作用。UPS由两组功能酶组成，一组是使靶蛋白泛素化的泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素连接酶（E3），这一过程可以产生多聚泛素链；另一组是去泛素化酶（DUB），可以水解与靶蛋白结合的多聚泛素链。最终26S蛋白酶体可以识别并降解多聚泛素链标记的靶蛋白。UPS功能异常可以导致细胞内蛋白蓄积、细胞功能障碍，甚至细胞死亡。

在PD的病理改变中，α突触核蛋白的异常聚集可以形成一种嗜酸性蛋白包涵体，即路易体。当UPS功能障碍或者α突触核蛋白的表达超过了细胞的降解能力，就可以导致蛋白的异常聚集，同时聚集体又可以损害UPS的功能，形成恶性循环。除细胞内包涵体外，目前研究发现许多与家族性PD相关的基因突变，如SNCA、Parkin、UCH-L1、DJ-1等，都具有干扰UPS对蛋白降解的能力。而在散发性PD患者脑中，随着年龄的增长，黑质的UPS清除蛋白的能力下降，线粒体功能障碍产生氧化应激，导致α突触核蛋白过量表达，超过了UPS的降解能力，最终导致PD的发生。

2.自噬溶酶体通路

自噬是一个吞噬自身细胞质蛋白并将其包被入囊泡，与溶酶体融合形成自噬溶酶体后降解其内容物的过程，可分为大自噬、小自噬和伴侣蛋白介导的自噬（chaperon-mediated autophagy，CMA）。最早在PD患者黑质区神经元发现了自噬相关结构的存在，同时自噬相关蛋白的表达水平也存在改变。α突触核蛋白是大自噬和CMA的底物，过度表达或突变的α突触核蛋白可抑制自噬相关的通路；毒素诱导的PD动物模型中也发现存在自噬异常的表现。证据表明，多个PD相关基因编码的蛋白产物都参与到调控自噬的过程，如SNCA、PINK1、LRRK2、GBA、ATP13A2、Parkin、VPS35等。线粒体功能障碍和氧化应激也会影响自噬，ROS等物质在转录水平或翻译后均可调控自噬，自噬反过来也可以调节细胞内的氧化应激水平。总之，自噬溶酶体通路的正常对于抑制多巴胺能神经元死亡和减轻PD相关病理损伤至关重要。

（五）兴奋性神经毒性

兴奋性神经毒性指的是由谷氨酸介导的兴奋性突触神经传递和促离子型谷氨酸受体的过度激活或延长激活，导致神经元胞质内钙离子浓度升高，引起神经元死亡的过程。在生理状态下，纹状体神经元的活动是由黑质多巴胺能神经元的抑制作用和大脑皮质谷氨酸能神经元的兴奋作用相互制约的。当黑质多巴胺能神经元变性缺失，就会造成谷氨酸能神经元的兴奋性相对增强。此时谷氨酸受体N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）被激活，突触后膜去极化，导致钙离子内流增加形成钙超载，引起线粒体功能丧失，神经元的凋亡或死亡。NMDA受体兴奋还可增加NO合成酶的活性，使NO合成增加，加重对神经元的毒性作用。

（六）细胞凋亡

细胞凋亡也称为细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD），主要是通过激活内源性DNA内切酶引发的细胞主动死亡的现象。调控PCD的基因主要有Fas、Bcl-2家族、caspases家族和p53等。不同的凋亡信号可激活细胞内不同的信号转导途径，最终集中到caspases级联反应这一共同通路。caspases的激活可以特异性地水解不同的蛋白底物，在细胞凋亡的执行阶段起重要作用，其中caspase-3在大脑神经元的凋亡过程中起主要作用。实验表明，MPTP可以引起小鼠Bcl-2基因表达下降，进而引起线粒体细胞色素C的释放，依次激活启动caspase-9、caspase-8，从而进一步激活caspase-3，启动细胞凋亡过程；p53作为抑癌基因，其基因的激活也在介导DA诱导细胞凋亡上起到重要作用。总之，异常或加速的细胞凋亡反应在PD的发病中起到一定作用，凋亡通路的激活可以水解一系列底物，造成DNA损伤，最终导致神经元凋亡。

（乐卫东　李天白）