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基础医学
神经炎性机制在PD早中期的变化及对疾病发展的作用
添加时间: 2014-8-4 18:57:44 来源: 作者: 点击数:2047

(一)立项依据与研究内容4000-8000字):

1. 项目的立项依据(研究意义、国内外研究现状及发展动态分析,需结合科学研究发展趋势来论述科学意义;或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录)

一)帕金森氏病的早中期诊断和预警机制的设立的迫切需要 (帕金森氏病早中期诊断的困难及必要性).

帕金森氏病(PD)是一种严重的多巴胺能神经元退化性疾病,其导致了人们生活质量的下降以至最终因并发症而死亡。PD临床诊断是建立在对一系列运动障碍(运动徐缓,静止性震颤,及齿轮样肌张力增加)鉴定基础上的。尽管有非常清晰的诊断标准,但早中期的诊断仍然较为困难,特别是在对多系统萎缩(MSA),进展性核上性麻痹(PSP),特发性震颤的早中期诊断中容易与PD混淆。早中期的准确诊断将对于PD的治疗,特别是未来神经保护的治疗有着至关重要的意义。为此,PD早中期生物学标记的制定和预警机制的设立,有着极其迫切的需要。

二)帕金森氏病免疫和炎症反应机制 (神经炎性机制在PD早中期的变化及对疾病发展的作用)

最近一些研究显示免疫及炎症的反应可能在PD的发病机制中起到关键的作用,并且此炎症的反应导致并加速了多巴胺能神经元的退化及死亡(Hirsch and Hunot, 2009, Rosenberg, 2009)。一些文献指出小神经胶质细胞是一群高度反应性细胞群并且参与到原状稳定的前炎症反应性机制中。一旦小神经胶质细胞被激活,其将释放一系列的细胞因子,如核转录因子、肿瘤坏死因子等,从而产生神经元的损伤。此炎性反应多被认为在PD的发病早、中期就已经被启动,同时早中期PD病人的认知及其他非运动功能在都明显受损,可能与其发病过程中不同受体的改变情况及多巴胺能神经元的退化密切相关。为此,迫切需要找到新颖可靠的早中期PD预警炎性标志,同时以制订相应的治疗策略以阻止或延缓此免疫及炎症的反应,减轻对多巴胺能神经元的损害,并且阻止其认知功能的下降。由此,怎样在早中期筛选到高度特异性和敏感性的炎性预警标志,同时以阻止此炎症反应及免疫的调节已成为在早中期诊断及治疗帕金森氏病中非常关键且有前途的目标。

三)本课题的重要性及研究意义 (本课题的重要性及研究意义)

炎症免疫反应在神经退化性脑疾病中起到重要的作用并逐渐引起学者的高度注意,并且其在PD的发病早中期可能就发生了改变(Braak, 2007, McGeer, 2008, Eller, 2009, Glass, 2010)。由于嗜中性粒细胞,巨噬细胞,小神经胶质细胞都被发现在LPS诱导的大脑炎症中(预实验2),本研究目的之一也被设计来调查在MPTP诱导的PD小鼠模型中,在不同的时间段内,嗜中性粒细胞,巨噬细胞,小神经胶质细胞在大脑不同部位的改变情况,是否此类炎症相关细胞量的改变也随不同时间段而变化尽管炎症免疫反应在PD中的作用机理并未完全清楚,但其在外周血和脑脊液中可能对PD的早中期诊断及监测疾病的发展提供有价值的生物学指标(Glass, 2010)目前,特别是国内,仅少量的研究探讨了免疫炎症因子在PD中的变化及作用,其在PD不同病程中的变化情况是否可作为早中期预警将是一个非常有趣的课题,并也将加深对此病的认识。

Nurr1,基质金属蛋白酶9/3MMP9/3),与NF-KB被认为是三种重要的炎症因子,研究显示其被发现在神经退化性疾病如脑中风,早脑性痴呆中起到非常重要的作用(Suzuki, 2009, Mueller, 2010, Song, 2010),并且在不同的情况下通过不同的方式互相作用和联系(Wang, 2009, Wan, 2010)。目前,仅极少量的研究探讨了Nurr1,基质金属蛋白酶9/3MMP9/3),与NF-KBPD中的变化及作用,其三者在PD不同病程中的变化情况将是一个非常有趣的课题,并也将加深对此病的认识。同时,本研究目的将被用来检验在帕金森氏小鼠模型中,它们之间可能的信号通路:1)周围血液及大脑不同区域中的Nurr1PD发展的早中期、晚期将明显增加,并且可导致下游的MMPs的激活而引起NF-kB转录因子的核膜内转移,从而参与介导了多巴胺能神经元的凋亡及死亡;2MMPs可能是作为一个中间介体,直接联系Nurr1的下游信号通路,其表达量的增加能导致了黑质多巴胺能神经元的死亡。

PD体外模型中,本研究希望通过受体结合实验检测不同时间点(早中期、晚期)PD小鼠大脑中的多巴胺载体和受体,以及乙酰胆碱受体的改变量,同时结合行为学实验,评估此载体和不同受体的改变情况与PD小鼠的记忆、焦虑等认知功能在不同时间点的相关性。研究指出在PD患者的早中期,一些非运动症状可能出现在临床运动症状之前(Tolosa, 2009),而此时大脑中的多巴胺载体和受体的含量发生了变化,对此载体和受体的改变,影像学的检查成为了一种非常有效和敏感的工具(Brooks, 2010)。本研究将通过PETSPECTMRI直接检测PD患者在早中期、晚期不同病程中的多巴胺受体载体改变情况,并且评估此改变情况与PD患者的运动和非运动功能的相关性。通过此研究,我们希望找到特定的一个或几个受体、载体,对PD的病程发展和治疗愈后起到指标性作用,并且结合周围血与脑脊液的炎症因子的改变以建立一个高度敏感和特异的PD早中期预警机制。同时,本人就不同受体的变化是怎样影响PD的非运动功能的论著被发表在Progress in Neurobiology (5-year impact factor: 11.37)上。

PD体外模型,经6-OHDA处理的PC12细胞株经常被用来研究炎症及免疫介导的多巴胺能神经元的退化机制(Yamamoto, 2007)Polazzi的研究显示,6-OHDA诱导了小神经胶质细胞的激活(Polazzi, 2009),进而加重了多巴胺神经元的死亡。最近的工作发现,Nurr1含量的增加联系着多巴胺能神经元对6-OHDA毒害的抵御作用(Chakrabarty, 2007)。在PD体外模型中,MMP3被发现对多巴胺神经元起到了毒害作用(Kim, 2005)。在本研究中,我们将证实在6-OHDA处理的PC12细胞株中,MMP9/3的释放可导致多巴胺神经元的凋亡。同时,在此体外模型中,利用siRNA介导使Nurr1的基因沉默,从而其下游的信号通路MMP9/3的活性明显增强,我们希望探讨炎症介导的PC12损害在不同时间段与Nurr1的含量成反向相关,与MMP9/3NF-KB成正相关,同时更深入地了解炎症介质在对多巴胺神经元损害的机制。

总之,通过本课题,预期PD模型到临床PD病人的转换神经科学(Translational Neuroscience)的思路,通过5年时间,在国内首次建立起对PD早中期诊断的预警体系:包括周围血的炎性预警性生物学标记,大脑影像学的预警标识,以及早中期的基因筛查。本项目的总体思路为通过:运用基础研究到神经内科临床预警体系评估一条主线思路而进行,为下游的治疗提供早期基础

四)国内外研究现状及发展动态   (国内外研究现状及发展动态)

1Nurr1/NF-KB介导的多巴胺神经元死亡机制的最新进展 (胞外分泌a-synuclein oligomer-TLR2/4介导的多巴胺神经元死亡机制的最新进展)

NR4A受体是一种重要的炎症相关因子。与TLRs不同的是,NR4A受体是orphan细胞核受体的亚科,其包括三种核受体:Nur77 (Nerve Growth factor IBNR4A1),NURR1 (nuclear receptor related-1; NR4A2)以及NOR-1 (neuron-derivedorphan receptor-1; NR4A3)Nurr1属于一类结构相关的细胞核转录因子,并且控制着一系列的发育及病理生理的过程。此类细胞核转录因子主要包括两类:典型的类固醇受体和活性的转录因子(ligand- activated transcription factors) (McEvoy, 2002)。作为一种orphan细胞核受体,Nurr1对多巴胺能神经元的发展起到关键作用并且与帕金森氏病有着密切联系(Zetterström, 1997, Le, 2003, Saijo, 2009, Lee, 2010b)。在MPTP诱导的PD小鼠模型中,酪氨酸羟化酶成阳性的多巴胺能神经元的减少是明显地同步于Nurr1的减低量(Gibrat, 2009),同时在大鼠及人的胚胎细胞研究中Nurr1的激活明显地诱导了胚胎干细胞向多巴胺能神经元的转化(Martinat, 2006)。研究证实在银屑癣病中,Nurr1随炎性因子的激活而明显增加,并且随着TNF-alpha 的抑制而含量减低(O'Kane, 2008)。最近的研究显示Nurr1在慢性炎症免疫性疾病中起到调节炎症因子的作用,并且也同时受到不同炎症刺激反应的调节。例如,Nurr1被发现小鼠及人体内Th17 T细胞的发展,并且在多发性硬化的发病机制中起到重要作用 (Doi, 2008)

作为一种核受体,Nurr1与另一种核转录因子NF-KB有着密切关系,研究发现在风湿性关节炎的滑液中NF-KB的激活将Nurr1基因的转录,进而产生一系列炎症反应(McEvoy, 2002) NF-KB信号通路被认为是诱导Nurr1的主要介质(Pei, 2005, Wan, 2010)。同时,NF-KB信号通路也被认为参与到PD多巴胺神经元退化的病理生理发展过程中(Ghosh, 2007, Ghosh, 2009, Hu, 2010)。然而,直至最近仍然缺少系统的研究关于Nurr1/ MMP9/3/NF-KBPD中炎症免疫机制中的潜在相互作用,特别缺乏Nurr1/NF-KBPD病人中的早中期变化情况,是否其能作为早期诊断的一个生物学指标。

2)基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinasesMMPs)在神经退化性疾病中的功能 (TLR2/4 介导的炎性通路MyD88-Juk-AP1/p38MAPK-NF·kB的炎性信号通路在神经退化性疾病中的研究新进展)

MMPs是一类细胞外可溶性,膜质的肽链内切酶。MMPs的激活,特别是MMP9 3的激活,可能加重细胞的氧化损伤,这也可能是直接参与到PD的发病机理,因此,过多的MMPs的表达可能在PD中起到有害的作用。在体外实验中,MMP3被显示出激活了小胶质细胞,诱导了TNF-α的产生从而激活了NF-kB通路,随后产生了神经元的凋亡(Kim, 2005)。在PD动物模型中,多巴胺神经细胞的损伤、小胶质细胞的激活及过氧化物的产生都在MMP3基因缺损的小鼠中削弱(Kim, 2007)。在人大脑上皮细胞中,经过4小时的缺氧处理,MMP9依赖性的氧化损伤伴随着NF-kB的增加而出现(Kolev, 2003)。在PD的体外模型中,对MMP9/3的抑制明显减少了炎性通路MAPKNF-KB等的激活(Lee, 2010a)MMPs是怎样影响PD的发病过程的,在此病理过程中MMPsPD的发展变化情况,以及是否可以作为一个PD早中期预警的生物学标志,也是此课题中一个有趣的关键点。

3不同类受体、多巴胺载体、头颅影相学检查对PD早中期诊断的意义 (神经影像学在PD早中期诊断的意义, 重点说说MR SWI 检测铁血黄素沉着(高顺磁性物质的沉积)

PD的发病早中期,一些临床症状如静止性震颤,运动徐缓,肌张力增加等并未明显出现,由此而来极容易与特发性震颤等相混淆,由此头颅影像检查被认为是一种早中期诊断PD,具有高度特异性的有价值的工具(Brooks, 2010)。同时,如多系统萎缩,进展性核上性麻痹,血管性痴呆的临床早中期表现也与PD极其相似,而头颅影相学检查,大脑中的不同受体,多巴胺载体的检测成为了PD与其鉴别的一个重要的临床工具。研究发现MRI+DW+DT对于纹状体的结构变化是高度敏感,并且发现PD壳核中的APPARENT DIFFUSION COEFFICIENTS 属正常值,而在多系统萎缩,进展性核上性麻痹中明显增加 (Seppi, 2003, Nicoletti, 2006)。通过PETSPECT对多巴胺回收率及多巴胺载体的检测是早中期诊断PD的一个有效的手段。研究发现当比较PD与特发性震颤时,通过SPECT对多巴胺载体的定量,并鉴别出此二类疾病,并且敏感性、特异性都超过了90% (Brooks, 2010, Nicoletti, 2010)。在对于多系统萎缩,进展性核上性麻痹和PD的鉴别中,SPECT显示多巴胺载体在前二者尾状核中是更加浓密,而在PD中则较为稀疏(Pirker, 2000, Pirker, 2003, Brooks, 2010)。研究也发现,在睡眠障碍的病人中,纹状体中多巴胺载体减少的病人有30%都发展成为PD(Stiasny-Kolster, 2005)

由于PD的病情发展过程中,其认知功能如记忆,学习能力明显下降,而所有这些都被认为与大脑不同区域的受体的改变有着密切的相关性(Gotti, 2006, Warren, 2007, Richard, 2008)。我们前期PD动物模型工作已经发现D1/D2受体明显改变 (Wang, 2005),并且最近的工作也指出在PD的大鼠模型中,H1NMDA受体也明显减少(un-published data),并且与PD大鼠的焦虑有着密切关系(Tadaiesky, 2008)。基于目前的发现,在本课题中我们希望通过检测大脑中不同受体(NMDAM1等受体)、多巴胺载体在PD早中期的变化情况,以建立一种高效和敏感的预警机制,以便增强对PD早中期的正确诊断,并检测病情的进展和治疗的效果。

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