无悔的普罗米修斯——半生研究帕金森症的科学家不幸罹患帕金森症

2023-06-09 03:06

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几年前，匹兹堡大学神经科学家、匹兹堡神经退行性疾病研究所所长兼医生的Tim Greenamyre 开始注意到自己身体出现了令人不安的症状：闻不见味道、便秘、在睡梦中大喊大叫、走路时一只胳膊动不了……2021年7月，年近七旬的Tim求助于一位神经学家同事，确诊了之前存疑的结果：他患上了帕金森症——这是他在整个职业生涯中一直想要治愈的那种疾病。

Tim Greenamyre看到了治愈帕金森综合症的希望

图源：JUSTIN MERRIMAN

1817年，英国外科医生James Parkinson首次描述了帕金森症的典型运动症状：震颤、肌肉僵硬、平衡协调障碍等。这些症状是由黑质（参与运动控制的中脑区域）中产生神经递质多巴胺的细胞退化所引起的。随着疾病的发展，患者逐渐难以说话或行动，其中很多人最终患上了痴呆症。虽然这种疾病本身并不致死，但是其引发的吞咽困难和吸入性肺炎等并发症则会导致患者死亡。

这种疾病在美国折磨着大约100万名患者，每年新增确诊病例约9万人。据估计，全球有850多万人患有帕金森症，这是世界上增长最快的神经系统疾病。

图源：pixabay.com

Greenamyre研究帕金森症30多年，在该领域内颇有建树。他曾经开发了一种被广泛使用的帕金森症动物模型，并对环境触发因素给出了重要见解。正是这项工作使他接触到了诱发啮齿动物疾病的化学物质。这也许是导致他患病的一个因素。

“这件事太讽刺了！”Greenamyre有大约200名帕金森氏症患者，其中有些患者他已经诊治了十多年。他不愿想象自己的患者得知自己患上帕金森症后是怎样的一种心情。他害怕这个消息会让他们丧失治病的信心。

更令人扼腕的是，Greenamyre的确诊正值帕金森症的治愈曙光初现之际。研究人员认为，他们可能终于接近继阿尔茨海默症之后第二常见神经退行性疾病进展的治疗方法。

“现在就是攻克帕金森症的最佳时机”

社会老龄化推动了帕金森症患病率的大幅上升，但目前在美国唯一获批的治疗方法却只能缓解症状，“治标不治本”。

多巴胺是左旋多巴（L-Dopa）和卡比多巴的口服药物组合。自20世纪70年代在美国获得批准以来，一直是一线治疗药物——虽然很多患者无法获得或根本负担不起。这种药物可以改善患者的运动症状，但用久了就会失效，并产生副作用。50年来，科学界一直没能找到能够阻止帕金森症发展的药物或疗法。这让患者及其家人感到痛苦和沮丧。

但现在，事情或许有了转机。

迈克尔·J·福克斯帕金森研究基金会首席任务官、神经科学家、Greenamyre曾经的博士后Todd Sherer介绍，从1997年开始，与该疾病相关的基因突变的发现加速了这一领域的研究，为包括Greenamyre在内的科学家探索这种疾病的分子机制打开了大门，涌现出了大量研究成果。这些新知识反过来又使制药公司能够开发旨在减缓、阻止甚至预防疾病的药物和其他实验疗法。如今，这些疗法正以惊人的速度进入临床试验。

“我们正处于一个转折点。”Sanders表示，目前有50多项针对这种疾病根源的临床试验正在进行中。这与15年前，她刚开始从事这一领域时的少数几个增长相比是非同寻常的。

尽管前景充满希望，但对于Greenamyre和他的帕金森症患者来说，预期的突破可能为时已晚。事实上，当人们发现这种疾病时，它已经在人们眼皮子底下活跃了几十年。

但 Greenamyre 仍然决心战胜这种疾病。去年秋天，当他获得福克斯基金会颁发的10万美元研究领导力奖时，他说：“被确诊患有帕金森病从来不是好消息。但如果非要选个时间点的话,现在就是攻克帕金森症的最佳历史时机。”

常用农药竟是隐藏“杀手”？

Greenamyre在纽约威彻斯特县长大，父亲是一名化学工程师，母亲是一名家庭主妇。他在密歇根大学医学院时， Anne Buckingham Young是Greenamyre在密歇根大学医学院首先接触到的讲师之一。Young是一位热情洋溢的新任助理教授，Greenamyre回忆时称她有一股“天生活力”。Young对其博士研究（阐明毒士的宁如何对脊髓中的神经递质甘氨酸的受体发挥作用）的描述，让Greenamyre对于药学产生了浓厚的兴趣。他随即加入了Young的实验室，参与开发一种可视化大脑中神经递质受体的技术，来研究阿尔茨海默症和亨廷顿舞蹈症的机制。1990年，他开始经营自己的实验室，并在罗切斯特大学的一家顶级运动障碍诊所坐诊。那时，他已经与人合著了20篇论文，其中两篇发表在《科学》杂志上。

1983年，《科学》一篇论文描述了北加利福尼亚州医院里出现的一群突发帕金森症的年轻人。所有人都服用了一种被称为“MPTP”的街头毒品。它的有毒代谢产物MPP+破坏了黑质中的多巴胺能神经元。科学家们很快发现MPP+能进入并抑制复合物I。复合物I是将食物转化为细胞内微小动力室线粒体中能量的关键生物化学链中的一种酶。

图源：A. MASTIN/SCIENCE

线粒体损伤可能在这种疾病中发挥了作用，这是一条诱人的线索。受到这篇文章的启发，Greenamyre开始研究帕金森症以及与之相关的化学物质。

研究该领域的人都知道，MPP+并不是复合物I的唯一抑制剂。这种重要线粒体酶的经典抑制剂是家庭园艺中使用的一种名为“鱼藤酮”的杀虫剂。

鱼藤酮是从植物根部提取的一种“有机”杀虫剂，人们曾经用它来驱除宠物身上的跳蚤和蜱虫。野生动物机构也用它来控制入侵鱼类的数量。但对Greenamyre来说，这种化学物质为探秘帕金森症提供了一种思路。由于该物质可以很容易地穿过生物膜，包括血脑屏障，1990年，他开始使用放射性标记的鱼藤酮来绘制复合体I在大脑中的位置。

与此同时，有好几个实验室在患者的大脑样本和血小板中找到了证据，表明帕金森病患者的线粒体中存在有缺陷的复合体I。

Greenamyre意识到，他可以通过将大鼠暴露于鱼藤酮中来模仿这种疾病。他预计这种化学物质会扰乱每个器官的线粒体。结果确实如此，但鱼藤酮只对一种细胞类型产生了巨大的毒性作用。

2000年，当时就读于埃默里大学的Greenamyre和他的团队在《自然神经科学》杂志上发表了一篇具有开创性意义的论文。报告说，给大鼠长期静脉输注鱼藤酮会破坏黑质中产生多巴胺的神经元。此外，存活的神经元含有聚集成团的α-突触核蛋白原纤维。这些聚集物与人类大脑中帕金森症的标志——“路易体”的结构非常相似。更重要的是，这些老鼠出现了典型的帕金森症状：动作不稳定、驼背、爪子颤抖和严重僵硬。

这项工作为研究人员提供了第一个同时捕捉到该疾病典型运动症状和标志性病理的动物模型。这也增加了人们对鱼藤酮和其他杀虫剂可能引发帕金森症的怀疑。

在Greenamyre长期的研究工作中，没少接触鱼藤酮和类似化合物。由于当时对于其毒性了解不深，所以在操作过程中也没有特别注意防范。确诊后，他曾怀疑，是否因为接触这些化合物导致了他的患病？

图源：pixabay.com

他回忆道，鱼藤酮必须溶解在二甲基亚砜（DMSO）等溶剂中。这种溶液偶尔会洒在他的手套上。而此时，二甲基亚砜会直接穿过手套进入皮肤。于是，他和团队对此做了一些研究。2011年，他们发表的一项高质量流行病学研究表明，使用鱼藤酮会使农民及其配偶患帕金森症的风险增加2.5倍。

从基因上寻找“不治之症”的弱点

如果鱼藤酮确实可以引发帕金森症，那么它还有可能增加潜在的遗传风险。在帕金森症患者中，90%为特发性疾病患者，Greenamyre就是其中之一。他们没有患上帕金森症的明确遗传因素，但几乎可以肯定是由不明确的遗传易感性和环境触发因素组合而导致的。例如，Greenamyre曾经有一头红发，流行病学研究表明，这与患帕金森症风险增加有关。

然而，大约10%的帕金森症患者是由于特定基因的突变引起的。自1997年《科学》公布首次发现α-突触核蛋白基因中的一个之后，许多科学家就将研究方向锁定在基因上。很快，他们发现了更多遗传突变：一种名为Parkin的蛋白质、一种名为LRRK2的酶和另一种名为葡糖脑苷酶的基因。研究人员开始深入研究突变基因是如何引发疾病并造成损害的。

青年时代的Greenamyre，红发可能是帕金森症的潜在风险标志。

图源：J. TIMOTHY GREENAMYRE

然而，在那个时候，Greenamyre遇到了事业与生活上的双重打击。他经历了一场漫长的离婚，实验室的资金来源也出现了问题。实验室当时的主要资助者Picower基金会因投资失败，损失了数千万美元。最艰难的2009年，Greenamyre为了继续维持13人的实验室曾公开表示，“欢迎任何投资，哪怕只有20美元。”

尽管面临种种困难，Greenamyre始终坚持自己的研究方向，试图找出破坏神经元的关键机制，而不是像其他人那样追逐新的致病基因。他一直专注于基因和环境之间的复杂关系，重点关注与帕金森症关键基因与杀虫剂之间的相互作用。

近年来，Greenamyre将目光聚焦于LRRK2（发音为“lark 2”），它代表富含亮氨酸的重复激酶2。它编码的酶是一个主要的运动控制器，调节细胞内的蛋白质和“囊泡”的运动。该基因中的几个突变使酶的活性超速运转。这最终会损害溶酶体的功能。溶酶体是降解不需要的蛋白质的细胞垃圾收集器，这种损害被认为是导致疾病的原因。

LRRK2突变约占所有帕金森症病例的3%至4%。但在2021年，由现任阿拉巴马大学伯明翰分校助理教授、博士后Briana de Miranda领导的Greenamyre团队发现，有些毒素可以模仿LRRK2突变的效果。

他们报告说，溶剂三氯乙烯是一种用作干洗剂和金属脱脂剂的线粒体毒素，它提高了LRRK2酶的活性，并在老年大鼠的大脑中诱导了帕金森样病变。这项工作为几十年前在北卡罗来纳州勒琼营海军陆战队基地饮用受污染水的人提起的集体诉讼提供了依据。他们声称水中的三氯乙烯让他们患上了帕金森症。

Greenamyre数十年来在环境毒素方面的工作也为福克斯基金会等机构向重新批准广泛使用除草剂——百草枯的美国环境保护局提起诉讼提供了支持。与鱼藤酮一样，百草枯会导致啮齿动物患上帕金森症。美国环保局辩称，在安全使用下，百草枯在农业中的益处超过了对人类健康的风险，并称“没有足够的流行病学证据”表明百草枯与帕金森症存在因果关系。Greenamyre在该案中提交了一份“法庭之友”简报，指责环保局忽视了将百草枯暴露与帕金森氏症联系起来的大量流行病学和动物研究。事实上，百草枯在至少50个其他国家被禁止使用。

鱼藤酮导致大鼠多巴胺能神经元（蓝色）的氧化损伤（品红色）

图源：MATTHEW T. KEENEY/UNIVERSITY OF PITTSBURGH

自从Greenamyre揭示了使用鱼藤酮会导致帕金森症以来，美国环保局已经两次检查了这种杀虫剂的安全性。2007年，鱼藤酮被限制使用在控制入侵鱼类上，其产品也从园艺市场退出。去年，美国环保局对其在鱼类捕杀中的使用上升级了安全限制，并重申了由皮肤暴露在鱼藤酮中的职业风险。但遗憾的是，该机构在2022年也审查了文献，得出结论认为“没有足够的证据”表明鱼藤酮与帕金森症之间存在因果关系。

但学界并不这样认为。科学家们表示，Greenamyre等人的流行病学研究和实验室工作具有说服力。证明鱼藤酮和其他杀虫剂是引发性帕金森症的重要诱因，是一个非常重要的贡献。

研究不断取得新进展

确诊患病后的Greenamyre照常在实验室隔壁大楼的诊所里出诊，他的很多病人已经在他这里治疗了近10年，有些高龄患者甚至已经与帕金森缠斗了20多年。Greenamyre最终决定通过发邮件，告知患者自己患上帕金森症的事实。出人意料的是，没有嘲笑与讥讽，患者对这件事的态度很宽容，甚至主动来安慰他。患病以后，Greenamyre也开始更加理解患者的心情，特别是对于新药或者新疗法的期盼。

2018年，由研究科学家Roberto di Maio领导的Greenamyre团队发表了一篇新论文，让治疗帕金森症的艰难探索再现曙光。他们开发了一种测定不同类型脑细胞中LRRK2酶活性的方法，表明该酶在黑质产生多巴胺的神经元中过度活跃，即使在基因没有突变的患者中也是如此。附加实验揭示了潜在的分子级的一系列关联，最终导致细胞垃圾处理系统瘫痪。研究团队认为，这导致了异常α-突触核蛋白的积累。

美国生物制药公司Denali Therapeutics首席医疗官兼开发主管Carole Ho表示：“这是首次来自于实际患者组织中的数据……证明了特发性帕金森症确实存在增加的LRRK2激酶活性”。

该论文强烈建议，抑制这种活性可能有助于更多患者，而不仅仅是3%至4%携带遗传性LRRK2突变的患者。研究人员发现，在暴露于鱼藤酮的大鼠中，LRRK2抑制剂阻断了通常由该杀虫剂引起的所有异常反应。这一发现为下一步在人体内测试LRRK2抑制剂的尝试提供了新动力。

目前，Denali已经与Biogen达成合作，招募1000多名患有和不患有LRRK2突变的帕金森症患者，以观察该酶的抑制剂是否能减缓疾病的进展。

不仅仅是Greenamyre的团队，当前，世界各地的实验室和临床试验都在试图通过药物治疗、基因治疗、干细胞治疗等方法来修复或取代因病受损的多巴胺神经元。有些研究通过提高葡萄糖脑苷酶的活性来抑制或者阻断有毒的α-突触核蛋白的聚集；还有研究致力于找到“通用弹药”来更好地修复和维护多巴胺神经元。也有失败的例子。近年来，Biogen和AbbVie曾经因为实验结果令人失望，而多次终止攻击α-突触核蛋白的抗体的临床试验；Roche和Prothena Biosciences的试验虽然仍在推进，但试验结果显示，他们的单克隆抗体prasinezumab对疾病进展没有任何意义。

在基因发现开辟了帕金森症的新方向之后，有关帕金森的研究论文数量暴增。

图源：D. AN-PHAM/SCIENCE

帕金森症的基本生物学在不同患者亚群之间差异很大。研究人员正在努力将合适的人与合适的试验相匹配，以便在最有可能对其做出反应的人中测试每种疗法。

此外，在运动症状出现之前识别高危人群也能有所帮助。例如，如果在神经元广泛丧失之前足够早地给予α-突触核蛋白抗体，可能对减缓病程有效。福克斯基金会正在进行一项大规模的长期研究，寻找可以在疾病早期发现生物和遗传标记。今年4月，这项研究产生了具有里程碑意义的结果：《柳叶刀神经病学》上的一份报告发现，通过脊髓穿刺对脊髓液中错误折叠的α-突触核蛋白进行检测，有88%的几率可以准确诊断出帕金森症，让人们在开始出现运动症状之前识别出病症。科学家们表示，尽管这种侵入性测试不太可能被常规使用，但它却是为临床试验筛选患者的有价值的方法。甚至未来也有可能出现类似的血液检测。

希望近在眼前

神经科学家Edward Burton是Greenamyre最值得信赖的同事。他回忆好友向他求助时的情景，感到非常痛心。在此之前，他就在两人日常工作相处中发现了一些不对劲：比如当有人向Greenamyre提问时，他的头转向提问者的速度太慢了。那时，Greenamyre其实也一直因为嗅觉等症状感到担心。在疫情情况好转后，他找到Burton，向他描述了自己的一些症状：多年来一直存在睡眠障碍，即快速眼动睡眠行为障碍（RBD），表现为睡眠期间不自主运动或行为异常，如拳打脚踢、翻滚、说梦话等。这不是一个好兆头。RBD是帕金森氏症的早期症状，也可能预示着更罕见、进展更快的神经退行性疾病。

Burton仔细听取了他的描述，然后给他做了运动测试。当Greenamyre试图快速打开和合拢食指和拇指时，他的左手出现了些微的滞后。此外，他的步态也有些不对称，左臂不能像右臂那样正常摆动。

“作为一个我非常喜欢和尊重的人，检查出的每一个身体迹象都让我感到心痛。”Burton通过诊断，确定Greenamyre患上的是帕金森症，而不是更严重的疾病。通过服用多巴胺治疗，Greenamyre的症状开始好转。

如今，半生研究帕金森症的他开始认真感受自己的病症及反应。与疾病的同处也许为他的研究提供了更特别的视角，也让他更深刻地体会到了病人的心情与治愈疾病的热切盼望。Greenamyre乐观地表示，现在的研究已经触及了帕金森症的核心，虽然还没有达到治愈疾病的黄金期，但是希望“已经近在眼前”了。

参考文献：

https://www.science.org/content/article/twist-fate-what-happens-when-top-parkinson-s-researcher-gets-disease

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来源: qq

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