综述：帕金森病中免疫细胞代谢功能障碍

《Molecular Neurodegeneration》：Immune cell metabolic dysfunction in Parkinson’s disease

这篇综述聚焦帕金森病（PD），阐述免疫细胞代谢异常在其发病中的作用，为治疗提供新思路。

　　

帕金森病概述

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是继阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）之后第二常见的神经退行性疾病，全球数百万患者深受其扰。其主要运动症状，像震颤、僵硬、运动迟缓以及姿势不稳等，源于黑质致密部（substantia nigra pars compacta，SNpc）多巴胺能神经元（dopaminergic neurons，DANs）的退化。尽管神经元死亡的确切原因尚未完全明晰，但越来越多证据表明，DANs 内的生物能量不足是神经元退化的关键因素。而且，PD 的许多已知致病因素，如正常衰老、遗传易感性和环境毒素暴露，都与代谢功能障碍密切相关。值得注意的是，PD 患者 DANs 中许多能量稳态缺陷，在免疫细胞中同样存在，这使得免疫细胞代谢功能障碍在 PD 研究中具有重要意义，从疾病进展机制到生物标志物发现，都值得深入探索。

免疫细胞代谢功能障碍与帕金森病的关联

糖酵解（Glycolysis）

糖酵解是哺乳动物细胞产生能量的基本途径之一，在 PD 患者大脑中，葡萄糖利用相较于年龄匹配的非 PD 对照组存在异常。在 PD 的临床前模型中，糖酵解途径存在失调现象。例如，携带 PD 相关突变的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPSC）衍生神经元，糖酵解基因表达显著失调，葡萄糖、ATP 和丙酮酸水平降低；用 1 - 甲基 - 4 - 苯基 - 1,2,3,6 - 四氢吡啶（1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine，MPTP）处理的人类神经母细胞瘤细胞，糖酵解活性、ATP 和丙酮酸减少。在免疫细胞方面，小鼠小胶质细胞经 α - 突触核蛋白预形成纤维（α -synuclein preformed fibrils，PFFs）处理后，糖酵解活性和能力增强，同时线粒体基础呼吸和 ATP 生成减少；抑制糖酵解活性可改善脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和 MPTP 诱导的小鼠 PD 样黑质纹状体变性模型中的小胶质细胞激活和酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase，TH）阳性神经元损失。此外，PD 患者的外周血单核细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMCs）糖酵解活性、能力和储备增加，快速眼动（rapid eye movement，REM）睡眠行为障碍（REM sleep behavior disorder，RBD）患者 PBMCs 也有类似变化，RBD 通常被认为是 PD 的前驱阶段。这些研究表明，PD 非运动期中枢和外周免疫细胞糖酵解活性均增加，靶向糖酵解可能是减轻 PD 前驱期异常炎症的有效策略。

线粒体功能障碍（Mitochondrial dysfunction）

线粒体常被称为 “细胞的能量工厂”，在通过氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）和电子传递链（electron transport chain，ETC）产生能量方面发挥关键作用。遗传研究发现，线粒体功能障碍在 PD 发病机制中起着重要作用。比如，Parkin 作为一种 E3 泛素连接酶，由 PRKN 基因编码，其突变是常染色体隐性早发性 PD 的常见原因，Parkin 缺乏会损害线粒体功能；PTEN 诱导激酶 1（PTEN-induced kinase 1，PINK1）的致病性变异是常染色体隐性 PD 的第二大常见原因，PINK1 可招募 Parkin 到受损线粒体并调节其自噬清除。散发性 PD 也与线粒体健康缺陷相关，iPD 神经元线粒体复合物 I - V 表达降低，成纤维细胞线粒体连接性下降、分支减少、平均线粒体大小减小和碎片化增加。

1. 电子传递链缺陷：PD 患者 SNpc 样本中，线粒体复合物 I 活性显著低于对照组，PD 星形胶质细胞复合物 I - V 表达减少。研究表明，线粒体复合物 I 抑制剂处理 LPS 激活的原代小鼠小胶质细胞，会剂量依赖性地增加 IL - 1β 分泌，且这种作用通过 NLRP3 炎性小体信号传导；iPD 患者外周血淋巴细胞线粒体复合物 II 活性降低，血小板复合物 I 活性降低，iPD PBMCs 呼吸链亚基 mRNA 表达上调，可能是对 ETC 缺陷的补偿反应。
2. 线粒体呼吸变化：PD 研究中，线粒体呼吸和氧消耗缺陷备受关注。PINK1 PD 患者 iPSC 衍生神经细胞基础呼吸和被动质子泄漏增加，LRRK2 G2019S PD 患者神经细胞基础呼吸显著降低；α - 突触核蛋白 PFFs 处理的小胶质细胞基础和最大呼吸能力下降，伴随 ATP 生成减少和细胞外酸化率增加，表明代谢从 OXPHOS 转向糖酵解，且小胶质细胞反应性增强；iPSC 衍生的 LRRK2 PD 星形胶质细胞最大和备用呼吸降低。然而，关于 PD 患者外周免疫细胞线粒体呼吸的研究结果存在差异，PBMCs 的研究结论不一致，可能与样本组成差异等因素有关。
3. 氧化应激和线粒体活性氧：线粒体 ETC 是细胞内活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主要来源，PD 患者 SNpc 中 ROS 水平升高，抗氧化酶功能降低，谷胱甘肽水平下降。在中枢神经系统（central nervous system，CNS）免疫细胞中，PD 患者和动物模型的小胶质细胞 iNOS、COX - 1 和 COX - 2 表达增加，α - 突触核蛋白诱导小胶质细胞 ROS 产生，可通过敲除 NADPH 氧化酶或阻断电压门控钾和氯电流减弱；iPSC 衍生的 PD 患者星形胶质细胞氧化蛋白水平增加。在周围血免疫细胞方面，PD 患者 PBMCs 和永生化淋巴细胞系 ROS 水平升高，但不同研究中 PBMCs 整体 ROS 水平变化存在差异，且 ROS 稳态在单核细胞中尤为重要。
4. 线粒体膜电位破坏：线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential，MMP）是衡量线粒体健康的常用指标，维持 MMP 对于 ATP 合酶发挥作用至关重要，MMP 持续下降会触发线粒体自噬和细胞活力降低。在 PD 模型中，免疫细胞线粒体健康受到损害，iPSC 衍生的 LRRK2 PD 星形胶质细胞 MMP 降低、线粒体碎片化增加；α - 突触核蛋白 PFEs 慢性处理可降低小胶质细胞 MMP；小鼠 PARK7/DJ - 1 基因敲除（knockout，KO）模型中，LPS 处理会使小胶质细胞 MMP 显著降低。但在 PBMCs 方面，不同研究关于 PD 患者 MMP 的变化结论不一致，可能与检测探针不同有关。
5. 线粒体自噬缺陷：线粒体自噬是清除受损线粒体的重要质量控制过程，在 PD 中存在缺陷。携带致病性 LRRK2 G2019S 突变的小鼠神经元和小胶质细胞基础线粒体自噬减少，LRRK2 基因敲除则增加线粒体自噬，抑制 LRRK2 激酶活性可挽救这些线粒体自噬缺陷；小胶质细胞特异性敲除自噬蛋白 - 5（Atg5）的小鼠表现出运动功能障碍和 TH 阳性神经元丢失，且小胶质细胞 NLRP3 炎性小体激活增加，抑制炎性小体活性可减轻免疫激活和神经元损失。
6. 线粒体 DNA 缺陷：线粒体含有自身 DNA，PD 患者 SNpc 的线粒体 DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）缺失和重排增加，且 mtDNA 缺陷在 PBMCs 中可能作为 PD 的血液生物标志物。iPD 和 LRRK2 PD 患者 PBMCs 的 mtDNA 缺陷水平显著增加，抑制 LRRK2 激酶活性可降低其水平。此外，mtDNA 缺陷可激活免疫反应，通过 cGAS - STING 通路导致炎症和多巴胺能神经元变性，STING 缺陷小鼠对 α - 突触核蛋白 PFFs 诱导的多巴胺能神经元损失和运动缺陷具有保护作用。

溶酶体功能障碍和自噬（Lysosomal dysfunction and autophagy）

溶酶体在 PD 发病机制中起着关键作用，负责细胞内废物、受损蛋白质和细胞碎片的降解和回收。PD 的一个标志性病理特征是神经元内异常蛋白质聚集体，尤其是 α - 突触核蛋白的积累，形成路易小体。溶酶体功能受损在清除这些有毒蛋白质聚集体中存在障碍，促进了 PD 的进行性神经退行性变。

1. PD 中的自噬缺陷：自噬是细胞分解受损或不需要成分以重新利用的过程，对维持细胞能量稳态和宿主防御至关重要。PD 患者神经元存在自噬缺陷，SNpc 样本显示 PD 神经元自噬性退化增加，包括内质网空泡化和溶酶体样空泡增多；自噬 - 溶酶体途径受损导致错误折叠蛋白质积累，PD 大脑中溶酶体相关膜蛋白 2A（LAMP2A）和热休克同源 70 蛋白（hsc70）表达降低，表明伴侣介导的自噬减少。在免疫细胞中，α - 突触核蛋白暴露抑制小胶质细胞自噬通量，导致细胞内 α - 突触核蛋白聚集体积累，进一步破坏小胶质细胞对错误折叠蛋白质的清除；DJ - 1 基因敲低的小胶质细胞吞噬 α - 突触核蛋白减少，自噬相关标记物表达降低，促炎反应增强；小胶质细胞特异性敲除 Atg7 导致小鼠小胶质细胞激活增加，加剧病理 tau 蛋白传播。此外，PD 患者 PBMCs 中自噬相关蛋白表达存在差异，p62 表达增加，LAMP2 表达降低，部分自噬相关转录本下调，而 ULK1、Beclin - 1 等蛋白水平增加，且这些蛋白表达与 PBMCs 中 α - 突触核蛋白水平正相关。
2. 内溶酶体和囊泡运输：LRRK2 突变是晚发性常染色体显性和散发性 PD 的常见原因，LRRK2 参与内溶酶体成熟和运输过程。其突变可能通过影响 Rab GTPases 磷酸化水平，破坏囊泡运输；还直接与多种囊泡运输相关蛋白相互作用。在巨噬细胞中，G2019S 突变导致吞噬作用和 MHC - II 从核周溶酶体向质膜运输增加，Lrrk2 激酶抑制可减轻这种现象，且 Lrrk2 通过 mTOR 依赖的溶酶体小管形成（LTF）调节抗原呈递。VPS35 是 retromer 货物识别复合物的重要组成部分，其突变与家族性 PD 相关。VPS35 D620N 突变的小鼠单核细胞和中性粒细胞 LRRK2 介导的 Rab10 磷酸化增加，VPS35 敲低的小鼠小胶质细胞对 LPS 处理的反应增强，iNOS 和 IL - 6 表达增加，VPS35 缺陷还会损害 Trem2 向反式高尔基体网络的运输，导致其在溶酶体中积累，而过表达 Trem2 可减轻 VPS35 敲除小胶质细胞的促炎表型。
3. 溶酶体降解能力：PD 患者 SNpc 和小鼠模型中溶酶体水解酶活性降低，LRRK2 G2019S 突变与巨噬细胞和小胶质细胞溶酶体水解酶表达降低相关，抑制 LRRK2 激酶活性可挽救这些表型；人 iPSC 衍生的 G2019S 突变巨噬细胞对 tau 原纤维的内化和降解存在缺陷。此外，溶酶体酸化缺陷会导致降解能力下降，PD 患者 SNpc 中与溶酶体酸化相关的蛋白表达和活性失调，LRRK2 G2019S 在不同细胞类型中对溶酶体 pH 影响不同；增加内源性 α - 突触核蛋白表达会破坏 iPSC 衍生巨噬细胞的溶酶体 pH，损害溶酶体酸化会使小胶质细胞促炎细胞因子分泌增加；TREM2 参与溶酶体酸化，其缺陷导致小胶质细胞囊泡酸化异常和免疫激活增强，敲除 Trem2 会严重影响神经元 OXPHOS 和线粒体结构。增强溶酶体酸化的药物治疗可显著减少 MPTP 模型中神经退行性变和小胶质细胞增生。
4. 葡萄糖脑苷脂酶（Glucocerebrosidase，GCase）：GBA1 基因突变是 PD 的主要遗传风险因素，GCase 活性与 α - 突触核蛋白聚集体清除相关。在微胶质细胞中，GCase 活性降低与神经炎症、α - 突触核蛋白聚集和神经退行性变有关；基因敲除 GBA1 仅在中脑 DANs 中不会导致小鼠出现退化、运动缺陷或 α - 突触核蛋白聚集，但会增加小胶质细胞激活；小鼠星形胶质细胞敲入 GBA1 功能缺失突变 D409V，溶酶体数量减少，pH 升高，组织蛋白酶 B 活性降低；微胶质细胞特异性抑制 GCase 活性会降低神经元中核因子红细胞 2 相关因子 2（NFE2L2）活性，使神经元易受氧化应激影响。PD 患者 PBMCs 中，携带 GBA1 和 SNCA A53T 突变的患者 GCase 蛋白表达显著降低，而 LRRK2 PD 患者 PBMCs 的 GCase 酶活性增加，这表明 LRRK2 激酶活性对 GCase 的调节具有细胞类型特异性。此外，GCase 活性与 PD 临床特征相关，外周免疫细胞中较高的 GCase 活性与 PD 患者发病年龄较小、病程较长、左旋多巴使用较多以及 UPDRS 和蒙特利尔认知评估表现较差有关。

泛素 - 蛋白酶体功能（Ubiquitin-proteasome function）

细胞内包含聚集 α - 突触核蛋白的包涵体是 PD 的标志性组织病理学特征之一，蛋白质稳态失调在 PD 发病机制中起重要作用。泛素 - 蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system，UPS）负责细胞内靶向蛋白质降解，在 PD 病因中具有重要意义。抑制 UPS 功能会损害细胞代谢，导致线粒体损伤和 ROS 生成增加。许多导致家族性 PD 的突变与 UPS 功能改变有关，如 SNCA、UCHL1 和 PRKN 突变。散发性 PD 患者 SNpc 样本中，α 蛋白酶体亚基水平降低，蛋白酶体调节分子 PA700 表达减少，20/26S 蛋白酶体水解活性降低。在实验模型中，PD 患者 iPSCs 和农药诱导的 PD 样动物模型 UPS 活性受损。在免疫细胞方面，抑制蛋白酶体活性会导致小胶质细胞激活增加，敲低 HACE1（编码参与 UPS 的 E3 泛素连接酶）会加剧 LPS 诱导的 BV2 小胶质细胞炎症，增强其神经毒性；在 MPTP 处理的小鼠中敲低 HACE1 会导致更严重的运动缺陷。此外，PD 患者外周血中也存在 UPS 功能失调，PBMCs 中 20 S 蛋白酶体活性和泛素结合酶 E2 表达降低，且与疾病持续时间和运动症状严重程度相关；PD 患者全血中 DJ - 1 异构体的 4 - 羟基 - 2 - 壬烯醛（4-hydroxy-2-nonenal）翻译后修饰增加，且与 PD 疾病严重程度正相关。

结论

细胞代谢功能障碍是 PD 致病级联反应的关键组成部分，免疫细胞能量稳态广泛紊乱，这些缺陷导致中枢和外周免疫系统异常炎症。代谢重编程增加糖酵解活性可能既是 PD 中过度炎症的原因，也是其结果，形成一个正向反馈的炎症环境，使 DANs 易受退化影响。PD 的多种遗传和环境病因都与线粒体功能障碍有关，包括 ETC 活性、ROS 稳态和线粒体呼吸缺陷，同时自噬活性和溶酶体健康变化也增加了能量需求。这些细胞代谢功能障碍不仅存在于神经元中，也延伸到 CNS 和外周的免疫细胞中。能量不足会引发免疫激活，导致对原发性损伤的促炎反应增强。目前针对 PD 代谢的治疗策略，既可以直接保护神经元，也有助于减轻激活免疫细胞产生的有害炎症环境。虽然在临床前 PD 模型中，针对糖酵解、线粒体自噬和溶酶体途径的药物干预取得了一定成功，但仍需深入了解免疫细胞代谢过程如何相互作用并导致神经退行性变。此外，在微胶质细胞代谢变化受到广泛关注的同时，星形胶质细胞的研究相对不足，未来需要评估免疫靶向疗法挽救免疫代谢缺陷、延缓或减缓 PD 进展的可行性和有效性。鉴于外周免疫系统和中枢神经系统代谢功能障碍的广泛相似性，外周免疫系统可能为评估 PD 中枢生物能量缺陷提供一个无创窗口，未来研究需要对 PD 免疫代谢功能障碍相关复杂途径有细胞类型特异性的理解。