帕金森病的生物标志物相关研究进展

创伤与急诊电子杂志 2018年4月 第6卷 第2期 J TRAUMA EMERG ，Apr.2018，vol.6，No.2综述帕金森病的生物标志物相关研究进展

何莹超1,2，赵振华1,2，张旭1,2，陈兴泳1,2 (1.福建医科大学省立临床医学院 福州 

350001；2.福建省立医院神经内科 福州 350001)

[摘要]帕金森病(Parkinson's disease，PD)是一种以慢性进行性运动障碍为特征的神经退行性疾病。尽管PD病理生理学方面已经取得了很大进展，但是早期诊断准确率仍然不高，干预措施仅限于对症治疗。PD是一种复杂的临床综合征，具有不同的临床亚型和各种进展过程。为提高PD患者的临床诊断水平，并发现新的治疗方法，帮助识别高危人群，监控疾病进展过程，迫切需要找到敏感、特异、可靠的生物标志物。本文综述了近年来PD生物标志物的研究进展，建议采用组合生物标志物，即临床症状、影像学和不同机制的生化标志物进行综合评价。

[关键词] 帕金森病；生物标志；影像；诊断；临床进展DOI：10.16746/j.cnki.11-9332/r.2018.02.013

帕金森病(Parkinson's disease，PD)是常见的神经退行性疾病，全世界帕金森患者有近1000万人，且目前还没有治愈的方法。由于人口的增加，在未来20年内，PD的患病率将增加一倍，因此，PD正在成为一种社会经济负担，并对公共卫生系统构成严重的挑战。特定的生物标志物的研究发展能够反映PD疾病的进展，并且能够协助发现新的有效的治疗方法，对于PD患者的临床管理很重要。因此，各国学者都致力于通过高性价比的非侵入性检验方法，来寻找高敏感性和特异性的生物学标志物。

PD临床表现包括静止性震颤、肌强直、运动迟缓的运动症状以及嗅觉缺失、睡眠异常、抑郁、自主神经功能障碍和认知障碍等非运动症状(non-motor symptoms, NMS)，事实上，许多NMS出现在运动症状之前，超过90%的患者在疾病过程中经历过NMS[1]。PD的病理特征是黑质纹状体系统中多巴胺能神经元的缺失和Lewy小体的出现。目前诊断PD主要依赖于临床症状与体征，对左旋多巴治疗制剂的反应，但是由于PD与其他神经退行性疾病症状的重叠（比如多系统萎缩和进行性核上性麻痹），容易误诊，常需要尸检才能确定疾病诊断。研究发现，当患者出现震颤等运动症状时，意味着多巴胺能神经元丢失至少超过50%，纹状体多巴胺递质含量减少80%以上[2]，这时药物治疗的蜜月期较短，效果欠佳，并且容易出现各种并发症。此外，在皮肤、嗅

球、胃肠道等周围组织中检测到聚集的α-突触核蛋白（α-Syn），提示神经病理改变，这一现象比运动症状更早出现[3]。因此，在疾病早期，及时发现PD的非运动症状以及在周围组织中检测到神经病理改变或许能为早期神经保护提供干预治疗的机会。

目前，PD生物标志物多种多样，分为临床标志物、基因生物标志物、功能神经影像学标志物和生物化学标志物四大类，单独应用其中一种效果有限，故综合采用多模态评估被认为是可靠有效的，本文主要就现有的各种标志物进行综述。

1 基因生物标志物

PD病因尚未完全明了，90%～95%的病例是由于基因和环境因素的复杂相互作用而形成的。然而在过去的15年里，越来越多的证据表明，该病具有一定的家族聚集性。致病基因中包括了α-突触核蛋白基因(synuclein alpha,SNCA)、Parkin基因、PTEN诱导激酶1(PTEN-induced kinase 1, PINK1)、DJ-1基因和富亮氨酸重复激酶2 (leucine-rich repeat kinase 2, LRRK2)，其中SNCA和LRRK2被认为与PD常染色体显性遗传有关，Parkin基因、PINK1、DJ-1和PD常染色体隐性遗传有关，它们占家族性PD的2%～3%，这在临床上与散发性PD没有区别[4]。

最近Houlden和Singleton[5]总结了PD的常染色体

通信作者：何莹超， Email：11781421@qq.com

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显性和隐性突变的遗传、临床和病理结果，并讨论了LRRK2基因和编码葡糖脑苷酶的GBA基因对PD的遗传风险位点的影响。LRRK2基因除了在神经细胞中表达，还能在小神经胶质细胞、抗原提呈细胞、单核细胞和B细胞中表达，参与免疫反应，从而直接引起免疫细胞功能障碍而导致PD的发病[6-7]。同时LRRK2基因可能是线粒体核裂变或核聚变的重要调节因素，而线粒体功能障碍与PD发病有间接的联系[8]。文献报道，G2019S突变引起LRRK2自身和其他蛋白质过度磷酸化，增加LRRK2蛋白激酶的活性，导致神经毒性作用[9]。事实上，5%～10%的PD患者有GBA基因突变[10]，尽管这可能只占PD病例的一小部分，但基因研究对于确定临床诊断和发病高风险的鉴别是非常重要的。导致PD症状的基因可能存在个体中许多年，并且通常在临床症状出现之前表达，这种“阳性基因风险”个体组成了一个独特的群体，用于反映生物标记物在从无症状到疾病终末期进展过程中的有效性。

2 生物化学标志物

体液生物标志物主要来自脑脊液、血液、尿液和唾液等，其中脑脊液和血液生物标志物的研究相对成熟。α-突触核蛋白(alpha-synuclein, α-Syn)是最早被发现的PD蛋白，表达于脑组织、心脏、骨骼肌、脑脊液、唾液、血液、尿液以及胃肠道等[11]。有研究发现，PD患者脑脊液总α-Syn水平降低[12]，但脑脊液中α-Syn水平和疾病的严重程度之间似乎没有相关性[13]，可能是因为含高丰度α-Syn的红细胞破裂，造成血液污染，或者不同的操作程序，干扰了实验结果。最近的研究数据引起了人们对胃镜检查后胃肠道内的α-Syn的注意[14]，这个观察需要在更大的队列研究中得到证实，但它提高了体内α-Syn组织病理学早期检测的可能性，提高了PD诊断的准确性。

在各种碱基修饰产物之中，羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-2-deoxyguanosine, 8-OHdG)是公认的DNA氧化损伤的标志物。因为活性氧族(reactive oxygen species，ROS)攻击DNA中鸟嘌呤的第8位碳原子，使脱氧鸟苷转换为8-OHdG。8-OHdG只通过上述途径形成，不是细胞更新产物，不受饮食等因素影响，同时可通过碱基切除、核苷酸切除修复、错配修复及阻止结合等多种机体自我保护途径从DNA链上切除，经尿液排出体外，半衰期较其他产物长，因此是可靠的DNA氧化损伤的标志物，且方便检测[15]。

丙二醛(malonaldehyde, MDA)是多不饱和脂肪酸过氧化的最终产物之一，ROS的增加会导致MDA的过量产生，其含量也可以间接反映细胞损伤的程度[16]。

PARK7基因编码的DJ-1蛋白突变会导致常染色体隐性遗传性PD。DJ-1蛋白涉及许多细胞功能，如参与抗氧化应激、转录调节、线粒体调节、作为蛋白分子伴侣以及蛋白酶，但其中研究较为广泛深入的是它的抗氧化应激作用。有研究者发现，PD患者脑脊液DJ-1蛋白含量明显低于正常人和阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)患者[17]，但Lin等[18]研究认为，PD患者血液的DJ-1蛋白水平和正常人相比没有变化，但是经4-羟基-2-壬烯酸(4-hydroxy-2-nonenal，4-HNE)修饰的DJ-1在晚期PD患者血液中明显降低，推测4-HEN修饰的DJ-1可能是PD晚期的标志物之一。除了α-Syn和DJ-1，还有其他潜在的蛋白标志物与PD进展的风险升高或降低相关，如尿酸。尿酸是嘌呤代谢的终末产物，可以清除自由基，减轻人体氧化应激水平，是抗氧化剂之一。有学者发现，PD患者血浆尿酸水平低于正常人，高尿酸导致的痛风患者反而PD发生率低[19]。

神经纤维细丝轻链(neurofilament light chain，NF-L)是神经退行性疾病和急性神经组织损伤所致的轴突退化的标志物，脑脊液内NF-L的增高，反映大型有髓轴突的髓鞘再生过程。研究发现，NF-L可用于区分PD及其他退行性疾病（如多系统萎缩、进行性核上性眼肌麻痹、路易体痴呆、AD等），PD患者脑脊液的NF-L浓度没有变化，而非典型帕金森综合征患者脑脊液中该标志物浓度明显升高[20]。

3 功能神经影像学标志物

PD病理改变核心是中脑黑质变性，从而导致黑质纹状体多巴胺能递质系统的缺失，因此可以将多巴胺系统的神经成像作为诊断标准的生物标志物。已经有越来越多的高分辨率神经成像技术被开发并运用于临床PD诊断，比如单光子发射层析成像(single photon emission tomography，SPECT)、正电子发射层析成像(positron emission tomography，PET)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)和经颅超声(transcranial sonography，TCS)，可以无创性追踪与神经退化有关的分子靶点，操作方便。MRI和TCS可以观察到导致PD风险增加的大脑结构的变化，而PET技术和SPECT与新型示踪剂的结合可用来支持诊断疾病的严重程度并监测疾病进

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目前PET和SPECT是研究PD患者黑质纹状体

多巴胺能神经元生物化学变化和示踪剂代谢变化的重要功能影像学方法，包括多巴胺能神经元末梢突触前和突触后功能成像，其中突触前功能成像包括：①多巴胺递质显像；②Ⅱ型囊泡单胺转运体(vesicular monoamine transporter type 2，VMAT2)显像，VMAT2是神经内分泌细胞膜上必不可少的蛋白质，参与转运细胞内单胺类神经递质；③多巴胺转运蛋白显像。尽管存在着多种局限性，但是多巴胺转运蛋白显像可以用于评价纹状体突触前的多巴胺能神经纤维末梢的功能状态，被认为是目前敏感的PD分子影像标记物；VMAT2显像被认为是反应多巴胺能神经元突触末梢密度可靠的示踪剂。PET和SPECT的异常结果可早于任何症状或体征出现之前，并且随着神经退化的继续而进展[21]。故这种成像技术不仅可以在临床表现不典型的早期协助诊断PD，也有助于对PD进行疾病分期、客观评价药物的疗效。

MRI的应用范围更广，在临床工作中有助于区分原发性PD和帕金森综合征。在最近的一项运用MRI观察脑内铁离子水平的研究中，研究者发现患者苍白球铁含量异常增加，壳核铁含量无明显异常，证明了磁敏感成像(susceptibility weighted imaging, SWI)可发现PD患者灰质核团铁含量异常增加，可为PD病诊断提供重要的参考信息[22-23]。

经颅超声(transcranial sonography, TCS)显示90%以上的PD患者存在黑质异常高回声，机制尚不确定，有动物模型及病理学研究发现可能与黑质游离铁含量密切相关，但是这并不能反映黑质退变的程度及剩余多巴胺神经元数量，故不能作为反映疾病严重程度和疾病进展的指标[24]。

非多巴胺能系统成像包括心肌间碘苯甲胍显像、葡萄糖代谢显像、5-羟色胺能系统显像、小胶质细胞显像等。通过123I-间碘苯甲胍单光子发射断层扫描技术可以显示心脏交感神经支配的完整性，PD患者摄入降低，提示心脏交感神经去神经支配，该标记有助于PD和其他形式的PD（例如多系统萎缩）的鉴别诊断[25]。而匹兹堡复合物B作为一个放射性的模拟用硫黄素，可用于PET扫描评估有无淀粉样蛋白沉积，来区分PD患者是否合并痴呆。此外，通过PET扫描激活的小胶质细胞神经炎症标志物如11C-PK11195已被证实可用作于示踪剂，进一步的分析和发现更好的示踪剂有助于能够准确判断神经炎症[26]。近来，Bagchi等[27]开发了一种放射性物

质可在PD患者尸检病理过程中与其大脑中的α-突触核蛋白（α-Syn）纤维相结合，该研究为新型α-Syn成像标记的发展奠定基础。

4 临床标志物

临床症状的出现，特别是运动迟缓、静止性震颤是PD最重要的诊断标志。运动迟缓是与黑质纹状体多巴胺能神经递质缺失最直接相关的体征，但奇怪的是，为什么有些患者初期会出现，而另一些患者则在后期才出现，仍然没有明确答案。在过去的几十年里，对PD患者的准确诊断已经趋于平稳，在症状持续5年之后进行评估，通常会达到较高的准确性。此外，在功能成像和神经化学研究中，对运动症状的检测反映了疾病进展的一个相对重要的阶段。许多研究采用临床评定量表作为衡量指标，包括运动能力评分(UPDRSⅢ评分)、病情严重程度分级(H-Y分级)及焦虑评分(HAMA评分)。一些非运动症状包括嗅觉减退、快速眼球运动期睡眠行为障碍(rapid eye movement sleep behavior disorder，RBD)、便秘、焦虑和抑郁，这些症状的往往比PD的典型运动特征先出现。特别是RBD，它与随后的PD和痴呆的发展高风险相关[28]。抑郁、性格改变以及对新体验的兴趣降低都与早期PD相关。超过90%的患者存在嗅觉障碍，其多在运动症状出现前5～10年发生，预测未来发生PD的敏感度大于80%。但根据目前的研究结果，任何一种NMS都无法单独预测未来发生PD的风险，更多的定量、客观的检测手段（如多导睡眠图证实的RBD、客观检测的嗅觉障碍）、特异性的诊断方法（如结肠转运时间、肠道菌群谱的测定），结合影像和分子生物学标志，才有可能精准地预测未来是否发生PD。

综上所述，尽管关于PD生物标志物的研究已投入巨大且取得了一定进展，但目前临床上仍无明确的PD生物标志物诊断的相关标准。由于结果的不一致性和机构间使用的不同的检测系统之间存在着重大的差异，因此，应优先重视给定检查手段的标准化以及对生物样品的适当处理。对PD生物标志物的研究的另一个局限是单个生物标志物不足以达到足够的敏感性或特异性，且不能跟踪整个PD进展。因此，尚需要建立一个针对PD不同阶段的多模态评估复合系统，例如检测DJ-1蛋白水平、α-Syn等生化标志物、SWI测量灰质核团铁离子沉积、联合采用NMSS量表进行非运动症状的评估以及用PET多巴胺能神经元功能成像诊断早期PD，可能是未来用于PD

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早期诊断的生物标志物检测模式。

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