帕金森病（PD）是全球第二常见的神经退行性疾病，其特征是进行性运动功能障碍以及一系列广泛的非运动症状，这些症状常在前驱期出现。这些早期表现，包括认知和神经精神障碍、自主神经功能障碍和睡眠障碍，显著增加了疾病负担，通常在运动障碍出现前数年就已发生。尽管黑质致密部（SNpc）多巴胺能神经元的变性和α-突触核蛋白（α-syn）病理学定义了PD的经典神经病理学，但选择性神经元易损性的分子基础仍未完全理解。越来越多的证据表明，钙（Ca2+）失调、线粒体功能障碍、氧化应激和轴突运输受损共同作用，导致了早期的突触和轴突功能衰竭。重要的是，多巴胺（DA）释放、再摄取和突触囊泡（SV）循环的破坏早在明显的黑质纹状体退化之前，且远在临床可检测的DA耗竭之前就已出现。这些早期突触前改变日益被认为是前驱期PD典型的动机、情感和奖赏处理缺陷的关键驱动因素。本综述综合了支持以下假说的证据：轴突和突触功能障碍先于多巴胺能细胞体丧失，并代表了疾病起始的主要部位。研究人员重点关注控制突触前DA传递的分子机制，并探讨其功能障碍如何导致早期回路功能障碍和进行性神经退行性变。通过关注这些早期病理生理事件，旨在增进对PD起始的理解，并确定早期诊断和疾病修饰干预的潜在途径。
本文首先介绍了帕金森病（PD）的临床与病理学特征。PD是全球第二常见的神经退行性疾病，临床以运动症状（如运动迟缓、静止性震颤、强直和姿势不稳）为特征，但常伴随多种非运动症状（如便秘、嗅觉障碍、疲劳、睡眠障碍及神经精神症状），后者往往在运动期之前或早期出现，对患者生活质量影响巨大。病理学上，PD以黑质致密部（SNpc）多巴胺能神经元丢失及α-突触核蛋白（α-syn）在路易小体和路易神经突内异常聚集为定义性特征。然而，临床症状出现时，大量神经元已发生变性，这凸显了识别疾病前驱期的重要性。越来越多的证据表明，钙（Ca2+）失调、线粒体功能障碍、氧化应激和轴突运输受损等多种病理生理因素共同导致了神经元易损性和变性。传统观点认为多巴胺（DA）耗竭是PD的标志性特征，但现在研究关注点正转向更早期的DA功能紊乱，即突触前水平的释放、再摄取和囊泡循环功能障碍。本文的核心假说认为，轴突和突触功能障碍先于多巴胺能细胞体丧失，是PD发病机制中的早期事件。本综述将聚焦于控制突触前DA释放和突触囊泡（SV）循环的分子机制，阐述其功能障碍如何作为PD病理发生过程中的关键起始环节。
第二部分系统阐述了多巴胺（DA）的生物合成、转运、释放及分解代谢途径。DA是一种儿茶酚胺类神经递质，在运动控制、动机过程和适应性行为调节中起核心作用。其生物合成始于酪氨酸羟化酶（TH）将L-酪氨酸（L-Tyr）羟化为L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA），后者经芳香族L-氨基酸脱羧酶（AADC）脱羧形成DA。合成后的DA需迅速通过囊泡单胺转运体2（VMAT2）被摄取入突触囊泡（SV）。VMAT2作为质子/DA反向转运体，利用囊泡V型ATP酶产生的质子梯度驱动DA装载，酸性的囊泡内环境不仅为DA摄取提供能量，还能保护其免于胞质氧化和醌形成。在PD动物模型和人脑死后组织中，VMAT2表达降低导致胞质DA升高、氧化应激增强和突触释放受损。因此，DA合成和囊泡包装缺陷代表了上游的突触前易损性。一旦包装入SV，DA以活动依赖的方式从突触前末梢释放。传统观点认为多巴胺能信号传递是一种弥散性的容积传递，但高分辨率成像技术（如基因编码的荧光DA报告蛋白）揭示，DA也可从特化的突触前末梢以高时空精度释放，表明多巴胺能神经传递存在于从广泛的神经调质扩散到高度局域化的类突触传递的动态连续谱上。释放主要发生在黑质纹状体神经元广泛树突分支上的轴突膨体处，但仅约20%的膨体具有释放能力，其含有活跃区（AZ）支架蛋白和电压门控钙通道（VGCCs）。在这些AZ，如Rab3相互作用分子（RIM）、ELKS、Bassoon（BSN）和Munc13等蛋白将VGCCs锚定在囊泡停泊位点的纳米级范围内，促进动作电位引发的快速DA胞吐。囊泡融合由经典的SNARE复合物介导，并以突触结合蛋白-1作为Ca2+传感器。这种稀疏且异质的AZ架构支持双模式信号连续，其中紧张性放电可能有利于弥散性神经调制，而爆发性放电则产生时空精确的DA瞬变，选择性招募D1或D2受体来塑造基底节活动。然而，这种计算精度依赖于少量高需求的释放位点，形成了一个低冗余系统，对囊泡周转中的干扰高度敏感。持续的多巴胺能传递需要通过网格蛋白介导的和活动依赖的批量内吞作用快速进行囊泡循环，随后由VMAT2依赖性重新填充。任何在内吞作用、囊泡启动或重新填充方面的扰动都会损害相位性DA释放，这是运动启动和强化的关键模式。因此，PD遗传风险因素汇聚于调控网格蛋白介导的内吞作用和囊泡周转的突触前转运因子上。这些发现共同确定了具有释放能力的多巴胺能末梢是一个关键的早期易损节点。
第三部分探讨了突触前多巴胺功能障碍对黑质纹状体回路的功能影响。DA是四个主要神经通路的主要神经调节剂：结节漏斗通路、中脑边缘通路、中脑皮层通路和黑质纹状体通路，调节着运动、动机、奖赏、认知、情感和神经内分泌功能。在PD中，早期的DA释放障碍出现在前驱期，并先于SNpc多巴胺能神经元的进行性变性，最终导致特征性的临床症状。黑质纹状体通路是向背侧纹状体提供主要多巴胺能输入的通路，其功能中断主要负责早期运动症状；而中脑边缘、中脑皮层和结节漏斗通路的功能障碍则与非运动症状相关。黑质纹状体DA通路起源于SNpc（A9区），密集投射至背侧纹状体，对运动的启动、执行和抑制进行实时调控。在基底节内，DA通过调节两条功能相反的回路——直接通路和间接通路——来调控运动输出，共同决定运动促进与抑制之间的平衡。在直接通路中，DA激活纹状体投射神经元上的D1受体，加强其对黑质网状部（SNpr）和苍白球内侧部（GPi）的抑制性输出，从而解除对丘脑的抑制，增强丘脑至大脑皮层的谷氨酸能兴奋性输出，促进运动启动和执行。在间接通路中，DA作用于D2受体，减弱纹状体对苍白球外侧部（GPe）的抑制，从而解除对GPe的抑制，增强GPe输出并增加对丘脑底核（STN）的抑制，降低GPi/SNpr的兴奋性驱动，部分释放丘脑免受抑制，允许灵活的运动选择。在PD中，SNpc多巴胺能神经元变性导致背侧纹状体DA释放显著减少，破坏了这一精细的调控系统。D1受体刺激不足使直接通路活性降低，削弱了平滑自主运动所需的丘脑去抑制；同时，D2介导的调节丧失移除了对间接通路纹状体神经元的约束，导致GPe过度抑制和随之而来的STN过度活跃。升高的STN兴奋性驱动迫使GPi/SNpr对丘脑处于病理性过度抑制状态，显著降低了丘脑皮质兴奋性输出。这种直接通路低活性与间接通路高活性的联合作用，将基底节锁定在运动抑制状态，产生了PD的核心运动特征，如运动不能、运动迟缓和强直。这种黑质纹状体失衡最终源于存活SNpc轴突末梢DA释放受损，而非仅仅是多巴胺能细胞丢失的结果。来自成像、神经病理学和动物模型的汇聚证据表明，突触前功能障碍在SNpc胞体可测量的变性之前数年就已发生，这意味着最早的病理事件发生在轴突末梢。黑质纹状体系统对早期突触前功能衰竭的易感性源于其解剖结构和代谢需求。SNpc多巴胺能神经元具有极其广泛的轴突分支和极高数量的释放位点，施加了巨大的能量负担，要求持续的囊泡周转、线粒体输出以及Ca2+内流与胞吐之间的精确耦合。这些过程中的任何早期损害都可能在神经变性明显之前就损害DA信号传导。这些考虑强调了PD运动症状并非单纯源于多巴胺能细胞丢失，而是突触前释放能力进行性崩溃的结果。
第四部分分析了多巴胺能神经元的易损性机制。多巴胺能神经元，尤其是来自SNpc和腹侧被盖区（VTA）的神经元，在PD中表现出独特的易损性，其选择性变性机制尚未完全阐明。这种易损性被认为是多种内在压力源汇聚的结果，共同对细胞稳态施加了非凡的需求。首先，SNpc多巴胺能神经元具有极其广泛的轴突分支，施加了巨大的能量负担，对线粒体功能造成压力。其次，其自发的起搏活动在很大程度上依赖于通过L型VGCCs持续的Ca2+内流，这一特性慢性地升高了细胞内Ca2+负荷，使这些神经元易于发生Ca2+驱动的氧化应激和线粒体功能障碍。此外，DA本身是一种化学活性神经递质，其氧化产生神经黑素和活性醌类，长期以来被认为与多巴胺能选择性毒性有关。这些汇聚的压力源损害了多巴胺能神经元的代谢完整性和突触可塑性，使其在明显的细胞丢失之前就特别容易发生早期功能障碍。其中，钙应力作为多巴胺能突触易损性的核心驱动因素尤为关键。Ca2+稳态在所有细胞类型中都受到紧密而动态的调节，神经元内的Ca2+信号在空间和时间上受到精确控制。在PD中，钙假说认为SNpc多巴胺能神经元内Ca2+处理失调是神经元功能障碍的主要上游驱动因素。这种易损性源于这些神经元对Ca2+信号异常强烈的依赖性，以至于即使Ca2+稳态的细微扰动也可能导致不成比例的严重后果。SNpc和VTA的多巴胺能神经元都表现出自发的起搏活动，在没有突触输入的情况下产生动作电位和释放DA。然而，这种起搏的离子基础在这两个群体之间存在显著差异。在SNpc神经元中，起搏关键依赖于通过VGCCs的持续Ca2+内流，而VTA神经元则更依赖于钠离子电导。因此，SNpc多巴胺能神经元在正常生理活动期间经历着慢性的Ca2+负荷，使得高效的缓冲和清除机制变得至关重要。SNpc神经元缓冲Ca2+负荷的能力较低，部分原因是钙视网膜蛋白（calbindin）水平降低。此外，其线粒体含量（对Ca2+隔离至关重要）相对于其他神经元群体较为有限。因此，SNpc神经元在维持Ca2+稳态方面的安全裕度降低。在持续的Ca2+压力下，突触前结构本身成为一个关键的脆弱点。过量的Ca2+不仅诱导线粒体功能障碍，还会破坏释放位点的纳米级组织，从而损害囊泡融合的保真度。这给AZ的分子机制带来了巨大压力，因为它们必须在代谢受限的条件下维持高效的囊泡启动和Ca2+胞吐耦合。多巴胺能神经元因此受到双重约束：它们需要Ca2+内流、囊泡启动和胞吐之间高度精确的时间协调，同时又拥有有限的缓冲和能量储备来维持这一过程。因此，AZ的分子结构成为神经元恢复能力的关键决定因素。与表现出显著冗余性的经典谷氨酸能突触不同，多巴胺能末梢依赖于一组最少的核心组件来维持释放能力。这种降低的冗余性意味着核心蛋白如RIM和Munc13的扰动无法被有效补偿。因此，Ca2+处理或代谢平衡的破坏更有可能直接损害囊泡释放机制。
第五部分讨论了活跃区蛋白的基因缺失与功能冗余性。在多巴胺能神经元中，AZ蛋白的功能必须在其对神经递质释放的贡献以及其在持续Ca2+内流和代谢应变条件下缓冲或放大易损性的能力两方面进行解释。AZ由一组保守的核心支架蛋白组成，它们共同形成一个分子机器，能够以亚毫秒时间尺度触发神经递质释放，并精确地将囊泡融合位点与突触后受体对齐。利用基因修饰小鼠模型进行的结构-功能研究，已阐明了单个AZ蛋白的功能贡献。通过选择性敲除一个或多个AZ蛋白，然后进行特定结构域的病毒重建，来解析它们在突触生理学和形态学方面的功能贡献。本部分聚焦于在快速多巴胺能突触与经典谷氨酸能突触之间具有不同重要性的一组选定的突触前蛋白。这些蛋白标志着神经调质性和点对点突触之间的功能分歧点，因此可能与疾病易损性特别相关。关键发现是，在多巴胺能神经元中，AZ蛋白的缺失表现出与谷氨酸能突触不同的表型。例如，在谷氨酸能突触中，RIM敲除仅导致神经传递中度受损和AZ结构相对轻微的破坏，反映出这些末梢内存在大量的分子冗余。相比之下，RIM缺失后多巴胺能神经传递几乎完全丧失，这表明RIM在DA末梢中作为囊泡停泊和Ca2+通道耦合的核心整合器发挥作用。在持续Ca2+内流的条件下（如在SNpc神经元中观察到），VGCCs与释放就绪囊泡之间的精确空间耦合对于保持时间保真度和防止不适应的Ca2+累积至关重要。在缓冲能力有限的系统中，这种耦合的破坏不仅会损害释放概率，还会加剧细胞内Ca2+应激，从而将AZ紊乱直接与PD的主要易损机制之一联系起来。对于RIM-BP，其重要性则相反。在海马谷氨酸能突触中，消除RIM-BP会减少Ca2+通道招募。然而，在多巴胺能突触中，Ca2+通道招募对RIM-BP的依赖性较低，因为Cav2.1通道对于维持DA神经元的起搏活动至关重要。因此，RIM-BP缺失对诱发的DA传递影响甚微，使其在很大程度上对多巴胺能释放可有可无。类似的模式也见于保守的AZ蛋白ELKS。尽管ELKS参与了许多突触的AZ组织和囊泡运输，但其缺失对多巴胺能神经传递影响甚微，进一步强化了多巴胺能末梢具有高度精简AZ架构的观点。对于Munc13和α-liprins这两个参与囊泡启动和释放的核心AZ蛋白家族，情况与RIM类似。Munc13是哺乳动物unc13蛋白的同源物，通过与RIM1和SNARE复合物相互作用，是囊泡停泊和启动的关键调节因子。在谷氨酸能突触中，删除Munc13-1会减少易释放囊泡池并适度降低释放概率，但不会完全废除神经传递，这反映了其他启动通路的部分补偿。然而，在多巴胺能突触中，消除Munc13-1会导致诱发的纹状体DA释放和DA神经元轴突结构出现缺陷。多巴胺能传递对Munc13介导的囊泡启动的完全依赖，进一步突显了这些神经元中代偿通路的缺失。α-liprins家族的情况类似。在谷氨酸能突触中，同时删除α-liprin-2和α-liprin-3会显著减少可释放囊泡池并破坏RIM和Munc13向AZ的招募，表明α-liprins是AZ组装的上游组织者。然而，在多巴胺能突触中，α-liprin-2/3的缺失并未显著改变AZ形态，却显著减少了DA释放，尤其是在电刺激下。这种分离现象揭示了多巴胺能释放位点在结构上可能完好无损，但在功能上却已受损。总而言之，这些发现凸显了多巴胺能AZ蛋白在维持可靠神经传递方面的非凡脆弱性，强调了细胞类型和亚细胞特异性调控机制的重要性。在PD中，源自SNpc而非邻近VTA的多巴胺能神经元变性始于轴突末梢。这种末梢优先的病理模式表明，可能还有其他分子因素要么使这些释放位点不稳定，要么对其提供保护，从而决定了多巴胺能突触是屈服于变性还是保留功能恢复能力。综合来看，多巴胺能神经元中AZ蛋白的功能分析揭示了一个一致的组织原则：一套最小化且低冗余的释放机制，在生理条件下高效运行，但难以耐受扰动。结合SNpc神经元的内在压力源——慢性的Ca2+内流、有限的缓冲能力和高能量需求——这种架构成为一个关键的易损节点。在此框架下，AZ蛋白不仅支持神经传递；它们还定义了生理应激转变为病理功能障碍的阈值。即使是单个核心组件（如RIM或Munc13）的破坏，也足以使该系统崩溃，这为PD中多巴胺能末梢的早期选择性功能衰竭提供了一种机制性解释。
第六部分探讨了靶向突触前多巴胺机制的转化前景与可行性。尽管突触前机制为PD的疾病修饰策略提供了有吸引力的切入点，但转化前景极不均衡，不同靶点在成药性和临床成熟度方面存在显著差异。当前的药理学方法主要集中在调节DA可用性，而非恢复突触前机制的完整性。例如，囊泡单胺转运体2（VMAT2）在理论上是一个减少胞质DA积累和限制氧化应激的令人信服的靶点。然而，尽管其在囊泡隔离中起核心作用，目前尚无临床批准的VMAT2激活剂，并且大多数影响VMAT2功能的药理学干预（如丁苯那嗪及相关化合物）是抑制剂而非增强剂，这限制了它们在神经保护背景下的适用性。此外，系统性调节VMAT2可能破坏包括5-羟色胺和去甲肾上腺素在内的多种单胺能平衡，引发对耐受性和特异性的担忧。相反，针对AZ支架蛋白（如RIM、Munc13或相关的组织复合物）的调节策略面临更大的转化障碍。这些蛋白是大型、多结构域的细胞内支架，缺乏经典的配体结合口袋，本质上就是具有挑战性的药物靶点。此外，它们在多个神经元群体基础神经传递中的关键作用引发了对脱靶效应和潜在干扰生理神经传递的重大关切。因此，直接药理学靶向AZ结构蛋白目前被认为在常规小分子方法下不可行，其他策略（如间接调节上游调控因子或蛋白-蛋白相互界面）在很大程度上仍处于理论阶段。调节黑质多巴胺能神经元Ca2+稳态的努力显示出相对更大的转化进展。L型VGCCs阻滞剂（如依拉地平）因其降低起搏相关Ca2+负荷的能力而被用于临床试验。然而，临床结果喜忧参半，并且关于人类SNpc神经元靶点参与不足、代偿性电生理适应以及全身性副作用（尤其对心血管功能）的担忧仍然存在，这限制了其长期治疗效用。最后，靶向DA衍生毒性代谢物（包括DOPAL形成或α-syn加合物化学）的策略仍处于临床前阶段。主要挑战包括DOPAL的高反应性和快速代谢，这使得体内定量和药理学靶向变得复杂；以及其对人类疾病进展因果贡献的验证不足。同样，旨在抑制α-syn聚集或翻译后修饰的方法也面临持续挑战，包括细胞内递送、神经元中的靶点参与以及需要在非常早期的疾病阶段进行干预。综合来看，这些考虑表明，虽然突触前DA生物学为PD病理发生提供了一个连贯的机制框架，但大多数提出的治疗策略仍处于可行性和验证的不同阶段。这种差距突出了区分机制上有吸引力的靶点与当前可成药靶点的重要性，并提示未来的治疗开发可能更依赖于对上游压力源的间接调节或系统水平的稳态恢复，而非对核心突触支架机制的直接干预。
第七部分总结了全文的核心观点。经典观点认为，PD由SNpc多巴胺能神经元变性和错误折叠的α-syn在路易小体和路易神经突内积累所定义。然而，本文综合的证据支持一种更细微的观点：PD从最早期开始，就是一种以突触前DA功能衰竭为特征的疾病。在SNpc的细胞体发生不可逆丢失之前很久，多巴胺能末梢就已经在合成、包装、释放和安全代谢DA方面举步维艰。最终定义临床疾病的运动和非运动症状，可以理解为整个黑质纹状体通路突触前完整性进行性崩溃的累积后果。通过追踪DA完整的分子生命周期——其生物合成、囊泡隔离、胞吐释放和分解代谢——研究人员强调了一个既是功能上不可或缺又内在脆弱的突触前瓶颈。VMAT2依赖的囊泡装载不仅对于量子化释放是必需的，也是保护DA免受胞质氧化和转化为活性代谢物（如3,4-二羟基苯乙醛，DOPAL）所必需的。当囊泡储存即使受到轻度损害时，胞质DA水平就会升高，驱动氧化应激、线粒体损伤和形成DOPAL-α-syn加合物，后者引发毒性寡聚体的形成。这些过程建立了一个恶性循环，其中突触前功能障碍促进毒性代谢物形成和α-syn聚集，而后者反过来进一步损害囊泡循环和DA处理。
在黑质纹状体通路内，这种分子脆弱性被SNpc多巴胺能神经元非凡的解剖和能量需求所放大。它们巨大的轴突分支、密集的膨体分布以及对持续起搏的依赖，对ATP、Ca2+稳态和快速SV周转提出了持续需求。仅少数轴突膨体具有释放能力，并且这些位点依赖于稀疏、低冗余的AZ机制的发现，揭示了一个在其功能极限附近运行的系统。经典的突触前支架蛋白，如RIM和Munc13，在DA神经元中似乎远不如在谷氨酸能突触中那么可有可无，这意味着单个蛋白的轻微扰动就可能不成比例地损害多巴胺能输出。这种突触冗余性的缺乏可能是一个关键的组织原则，解释了为什么黑质纹状体末梢是PD中最早和最严重受影响的结构之一。
动物和遗传模型强烈汇聚于这一突触前优先的观点。在DJ-1、PINK1、Parkin、LRRK2和α-syn模型，以及经典的毒素范式（MPTP、6-OHDA）中，早期表型始终包括诱发的DA释放、囊泡循环和DA周转方面的缺陷，通常没有明显的神经元丢失。线粒体功能障碍、自噬受损、氧化应激和蛋白质质量控制改变最终都与突触囊泡处理和突触前结构相交汇。尽管病因多样，但这些模型有一个共同点：DA末梢早期失败，神经元晚期死亡。
这种突触前重构对生物标志物开发具有直接意义。诸如纹状体DAT和VMAT2密度、突触PET配体、脑脊液（CSF）HVA和DOPAC水平及其与DA的比值等指标，可能作为突触前健康而非仅仅是整体多巴胺能丢失的读数。在高风险群体（如快速眼动睡眠行为障碍、PD相关突变携带者或有前驱神经精神症状的个体）中纵向追踪此类标志物，可能有助于定义突触前功能障碍仍可能逆转的时间窗口。
在治疗学上，将重点转向突触前机制拓宽了超越简单DA替代的范围。当前的症状性治疗（左旋多巴、DA受体激动剂、MAO抑制剂和COMT抑制剂）调节DA水平，但并未系统解决释放机制的完整性或胞质DA的安全处理问题。因此，未来的神经保护策略可以潜在地侧重于增强囊泡隔离（例如，增强VMAT2功能或稳定囊泡pH）、选择性减弱SNpc神经元的Ca2+负荷（同时保留快速释放）、调节AZ组分以恢复相位性DA释放概率，或靶向DOPAL形成和DOPAL-α-syn交联。重要的是，当在前驱期或非常早期的临床阶段应用这些干预措施时，它们可能最为有效，因为此时突触前末梢虽已受损但尚未不可逆转地丢失。
然而，一些根本性问题仍然存在。首先，DOPAL诱导的毒性在多大程度上是突触前功能衰竭的主要驱动因素，还是仅仅是囊泡不稳定的下游放大器？其次，特定的突触前缺陷相对于抑郁、冷漠或细微运动迟缓等临床里程碑出现得多早、在哪些回路中出现？第三，靶向调节AZ蛋白或囊泡循环途径能否在体内恢复相位性DA信号传导，而不引发不适应的可塑性或异动症？最后，遗传和环境风险因素如何汇聚于这一突触前机制，我们能否定义在不同PD亚型中均可作为治疗靶点的共同分子节点？虽然上文概述的机制框架提供了多巴胺能易损性的连贯视图，但其转化意义必须在当前治疗开发的约束范围内进行解释。
总之，本文综合的证据支持一个统一的框架，其中多巴胺能突触前末梢不是下游变性的被动受害者，而是疾病起始和进展的活跃部位。通过观察单个末梢和回路水平上DA的完整生命周期，研究人员获得了对PD病理发生更时间精确和机制连贯的理解。这一视角不仅调和了来自遗传学、神经病理学、成像和动物模型的研究发现，还指向旨在保护多巴胺能突触恢复能力的新一代诊断和治疗方法。如果PD始于末梢，那么末梢也可能是最有希望进行干预的部位。
