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这篇综述聚焦神经黑色素与帕金森病。它探讨了神经黑色素在多巴胺能和去甲肾上腺素能神经元中的发展、功能，以及在健康衰老和 PD 中的变化。研究发现神经黑色素在 PD 中与细胞易损性相关，对深入理解 PD 发病机制及治疗意义重大。
神经黑色素与帕金森病中神经元的选择性易损性
神经黑色素（Neuromelanin）是人类某些儿茶酚胺神经元产生的独特色素，它在神经元内伴随终生，且与年龄相关的神经退行性疾病存在关联。新的神经黑色素成像技术让人们观察到其在疾病中的变化，不过由于含量有限，探究其正常生物学功能颇具挑战。近期的啮齿动物、灵长类动物模型以及组学研究证实，神经黑色素在帕金森病（Parkinson’s disease，PD）的选择性神经元丢失过程中意义重大。
神经黑色素的谜题及其在 PD 中的减少
神经黑色素是一种深色色素，从儿童早期开始，便在人类大脑特定神经元（尤其是黑质和蓝斑中的神经元）中逐渐积累。这些富含多巴胺（Dopamine）和去甲肾上腺素（Noradrenaline）的神经元，会随着年龄增长，因神经黑色素的积累而呈现明显的色素沉着。在 PD 患者中，同样是这些神经元最先发生退化，这表明神经黑色素与神经元易损性之间存在联系。然而，在 PD 后期，那些几乎没有色素沉着的儿茶酚胺能神经元才会受到影响。在动物模型和细胞模型中，人为增加神经黑色素的产生，能够重现高度色素沉着神经元的选择性退化现象，这进一步支持了神经黑色素在 PD 发病机制中的潜在作用。但由于这些模型中黑色素生成失衡会诱发疾病，所以它们能否用于研究生理衰老过程中神经黑色素的问题，尚不确定。
过去，人们认为神经黑色素的产生是易损儿茶酚胺神经元氧化应激的副产物，并非由酶促反应生成。但这一观点有待修正：其一，在人类和动物模型中，神经黑色素仅存在于某些儿茶酚胺神经元的细胞体，而非儿茶酚胺代谢最活跃的轴突末梢，将所有副产物转运回细胞体耗能巨大，且氧化反应不太可能仅局限于细胞体；其二，随着年龄增长，非色素沉着的人类尾状核（通常在 PD 晚期才会受到影响）中儿茶酚胺氧化增加，而产生神经黑色素的黑质中却没有这种现象；其三，增强神经黑色素合成的动物模型，即便轴突分支未发生显著变化，也能复制出选择性神经黑色素沉积，以及随时间出现的儿茶酚胺细胞丢失现象；其四，包括人类在内的灵长类动物，许多由不易受损的儿茶酚胺神经元支配的脑区都有显著扩张，且人类儿茶酚胺神经元的色素沉着程度高于其他物种，这意味着神经黑色素的正常生理功能可能并非如当前所认为的只是积累废物。
实际上，很难说仅神经黑色素随年龄积累就有害，因为大多数神经黑色素水平高的人并不会患上 PD。而且，神经黑色素仅存在于细胞体而非神经递质转换最频繁的轴突，这暗示它在细胞中可能有更特殊的作用。因此，本文认为神经黑色素对人类儿茶酚胺神经元的正常功能或许是必需的。
神经黑色素在发育和健康衰老中的作用
- 神经黑色素的合成：神经黑色素存在于多个脑区，含色素的儿茶酚胺能神经元集中在中脑和脑桥，在迷走神经背运动核和一些基底神经节核中也有分布。在人类黑质神经元中，神经黑色素细胞器在儿童时期首次出现，并在一生中不断积累。3 岁时，黑质神经元细胞质中出现淡棕色颗粒，这些颗粒会持续压实和增大，直至成年早期。20 岁之后，颗粒大小基本不再变化，但光学密度会随年龄线性增加。而在蓝斑神经元中，神经黑色素的压实和增大则持续到约 50 岁，表明其积累阶段较为缓慢。这些不同的成熟阶段，反映了神经黑色素在不同类型儿茶酚胺能神经元中的特异性变化。
神经黑色素并非单一分子，由儿茶酚、蛋白质组成，在多巴胺能神经元中还含有脂质。其超微结构显示存在电子致密和透明区域，电子致密结构包含真黑素（Eumelanin）和褐黑素（Pheomelanin）。褐黑素由半胱氨酸结合的儿茶酚组成，真黑素的儿茶酚则未结合。研究还在黑质和蓝斑的神经黑色素中发现了多巴胺、多巴（DOPA）和多巴胺代谢产物（DOPAC）等儿茶酚。蓝斑神经黑色素可能还包含一种源自去甲肾上腺素的化合物（CMT - DA），不过对脑黑色素成分的特征还需进一步研究。
在周围组织中，酪氨酸酶（Tyrosinase）是黑色素生成所必需的，且与高尔基体共定位。周围的真黑素呈棕黑色，具有抗氧化特性，褐黑素呈红黄色，具有促氧化特性，它们共同决定了神经黑色素的颜色。然而，酪氨酸酶对神经黑色素形成的作用存在争议，因为在人类神经黑色素颗粒中要么检测不到它，要么其表达水平极低。尽管如此，近期仍有不少动物和细胞模型利用人类来源的酪氨酸酶来模拟神经黑色素的形成，且许多模型能够复制 PD 的病理特征。
色素颗粒在儿茶酚胺能神经元的细胞质中分布并不均匀，这表明神经黑色素的产生可能与特定部位的细胞器有关。中脑腹侧的多巴胺能色素神经元呈多极性，在发育过程中，神经黑色素最初出现在轴突丘对面的核周区域，随着积累逐渐向轴突丘延伸，但在树突附近积累更多，这意味着神经黑色素的初始合成可能与位于胞体 - 树突区域的细胞器有关，如内质网（ER）、高尔基体、内体和溶酶体等。在电子显微镜下，可观察到神经黑色素颗粒与高尔基体 - 内质网区域紧密相关，这些细胞器对神经黑色素中电子致密和透明区域的合成似乎很重要。
并非所有被认为与神经黑色素合成有关的结构都具有位点特异性。细胞溶质中的儿茶酚胺及其相关代谢产物被认为是神经黑色素合成的必要条件，因此，儿茶酚胺合成的限速酶 —— 酪氨酸羟化酶（Tyrosine hydroxylase）可能参与了神经黑色素的合成。除了细胞体，儿茶酚胺能神经元的轴突和末梢也能合成多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素，但这些部位并不会产生色素沉着，说明可能存在特定机制，使得神经黑色素仅在某些多巴胺能和去甲肾上腺素能神经元的细胞体中合成。值得注意的是，儿茶酚胺代谢和转运蛋白并非在轴突和末梢局部合成，其功能产生位点可能与此相关。
囊泡单胺转运体（VMAT）2 被认为对调节细胞体儿茶酚胺浓度很重要，它能将儿茶酚胺包装到囊泡中用于突触传递，VMAT2 浓度较高时，会降低细胞溶质中儿茶酚胺的可用性。细胞培养和动物研究表明，VMAT2 的定位与神经黑色素之间存在反向关系，但在人类大脑中，二者的关系尚不清楚。在黑质多巴胺能神经元中，VMAT2 可能与神经黑色素的形成直接相关，因为它位于神经黑色素合成和糖基化的胞体 - 树突区域，其细胞体位置或功能调节的变化可能会影响细胞溶质中儿茶酚胺的浓度。
在灵长类动物中，黑质神经元产生的 VMAT2 较多，其细胞溶质多巴胺浓度可能由其他机制调节。多巴胺转运体（DAT）是一种质膜蛋白，能将细胞外的多巴胺转运到细胞内。DAT 的合成和转运到质膜的过程涉及内质网、高尔基体和高尔基体后区室，糖基化对其表面表达和多巴胺摄取很重要。中脑多巴胺能神经元的 DAT 免疫反应性较强，且糖基化的 DAT 在黑质腹侧多巴胺能神经元中的表达高于其他黑质亚区域和腹侧被盖区，这与这些中脑多巴胺能区域的色素沉着梯度一致，表明 DAT 对细胞外多巴胺的摄取在灵长类动物中脑色素沉着中起重要作用。
Parkin 是一种 E3 泛素连接酶，参与 DAT 的功能调节和神经黑色素的合成。Parkin 能促进功能失调的 DAT 降解，从而增强其在膜表面的表达，促进多巴胺摄取。多巴胺被摄取后，Parkin 可诱导黑色素聚合，它还能通过增加谷胱甘肽浓度和结合醌（在 Zn2 +存在的情况下）来减少氧化应激。神经黑色素颗粒与 Parkin 在成人黑质神经元中共定位，神经黑色素颗粒中还有溶酶体相关膜蛋白（LAMP） - 3 的溶酶体染色，且 Parkin 似乎被包裹在这些溶酶体中，这表明神经黑色素的聚合可能不仅发生在细胞质中，还涉及这些细胞器。
溶酶体在神经黑色素的形成中具有特定的位置和功能。蛋白质组学研究多次在神经黑色素细胞器中鉴定出溶酶体蛋白。溶酶体由自噬体形成，自噬体在轴突中合成，然后逆行运输到细胞体并发育成溶酶体。细胞体富含成熟的溶酶体，这些溶酶体表达降解酶，其酸性环境可能有助于神经黑色素的形成，因为外周褐黑素的形成需要较低的 pH 值，所以溶酶体可能诱导黑色素聚合。也有可能部分儿茶酚在轴突中被隔离到自噬小泡中，不过黑色素聚合发生在细胞体，这里有成熟的溶酶体和丰富的儿茶酚胺储存。
溶酶体对黑色素的隔离与脂滴形成是分开的。在黑质多巴胺能神经元中，脂滴约占颗粒的 35%，主要包含多萜醇，还有甘油磷脂、鞘脂和胆固醇等。黑质神经黑色素中的多萜醇和多萜醇酸浓度高于蓝斑和基底神经节中的神经黑色素。多萜醇合成酶不存在于神经黑色素颗粒中，脂滴可能在内质网中形成，但其从内质网运输到神经黑色素颗粒的机制尚不清楚。有一种假设认为，脂滴被隔离到自噬溶酶体中是神经黑色素形成的最后一步，但脂滴在溶酶体中会发生脂噬降解，而神经黑色素颗粒中的脂滴很稳定，且大多数颗粒周围没有膜，因此脂滴与神经黑色素的黑色素成分不太可能在自噬溶酶体或溶酶体中结合。另一种可能是，溶酶体跨膜蛋白 LIMP - 2 可将胆固醇转运到脂滴中，在神经黑色素颗粒中可能也存在类似机制，因为 LIMP2 存在于神经黑色素中，且脂滴中含有一些胆固醇。
脂滴和其他结构特征使黑质神经黑色素与蓝斑神经黑色素有所区别。对去甲肾上腺素能神经黑色素的了解较少，但已发现一些差异。蓝斑神经黑色素颗粒中的脂滴比黑质中的少，且在相同年龄下，其色素看起来更暗、更大。此外，蓝斑色素神经元中含有密集的蛋白质小体，这些蛋白质小体呈完美的圆形，有电子致密的核心和双层膜，而黑质神经元中的蛋白质小体则较小且较少。有研究认为蛋白质小体是去甲肾上腺素的储存囊泡，因为其膜上有 VMAT2，核心中有将多巴胺转化为去甲肾上腺素的酶 —— 多巴胺 β - 羟化酶。实验表明，蓝斑神经元细胞体区域的多巴胺可快速转化为去甲肾上腺素，且大部分胺类存在于储存囊泡中。与黑质黑色素神经元中 DAT 对多巴胺的摄取不同，蛋白质小体可直接为神经黑色素合成提供去甲肾上腺素，这表明蓝斑神经黑色素在发育和衰老过程中可能有不同的黑色素生成途径。
2. 神经黑色素在健康衰老中的功能：黑色素神经黑色素部分会发生与年龄相关的变化。神经黑色素形成后，会继续变暗并积累，其强度与年龄密切相关。在多巴胺能神经元中，神经黑色素颗粒在成年早期就已完全成熟，其强度的增加反映了黑色素部分的细胞内变化。已知细胞毒性醌和活性金属会与黑色素部分结合，在黑质色素神经元中，神经黑色素中的金属会随年龄线性积累，这表明黑质神经元中神经黑色素的变暗可能是一种螯合金属、减少氧化应激的神经保护过程。不过，这种螯合特性在所有儿茶酚胺能神经元中并不相同，且会随年龄在不同区域发生变化。
年龄相关的铁积累与黑质神经黑色素色素沉着有关。从黑质中提取的神经黑色素，其铁的积累随年龄增长更为陡峭，且铁的总体浓度高于蓝斑神经黑色素。同时，黑质色素神经元中酪氨酸羟化酶在蛋白质和 mRNA 水平上随年龄下降，导致多巴胺生成减少，但神经黑色素色素强度却随年龄增加，这说明年龄相关的神经黑色素色素沉着并非由酶介导的多巴胺可用性决定，而是多巴胺代谢产物可能起了作用，因为铁可催化多巴胺氧化为醌。随着年龄增长，铁积累会使神经黑色素颗粒中的有毒代谢产物浓度增加，作为一种补偿机制，黑质神经黑色素中的抗氧化真黑素部分比例最高，所以在健康衰老过程中，尽管铁浓度增加，黑质中的色素神经元仍能保持稳定。
蓝斑神经黑色素随年龄的变暗似乎并非由金属驱动，因为蓝斑中的铁和其他金属含量较少，且蓝斑中铜的含量总体随年龄下降，所以也不是由铜驱动。蓝斑神经黑色素的变暗更可能与颗粒的积累和成熟，以及去甲肾上腺素的储存有关。与黑质不同，人类或大鼠蓝斑神经元中的酪氨酸羟化酶蛋白不会随年龄减少，去甲肾上腺素储存蛋白小体在衰老过程中仍然丰富，且老年个体的蓝斑活动也没有功能下降，因此，去甲肾上腺素能神经元中儿茶酚胺的合成和储存可能有助于蓝斑神经黑色素随年龄变暗。
黑质和蓝斑中与年龄相关的神经黑色素积累都需要溶酶体的完整性。黑质神经黑色素颗粒在 20 岁后停止形成，蓝斑中的在 50 岁后停止形成，但神经黑色素的聚合似乎是一个终生过程。在黑质中，铁可介导多巴胺氧化和醌的形成，醌是所有黑色素神经黑色素部分的主要成分，且黑质神经黑色素中的铁浓度随年龄线性增加，这会诱导黑质神经元中黑色素的逐步聚合，但这些神经元中神经黑色素颗粒的面积在成年早期后不再增加。溶酶体除了在发育过程中隔离醌，还可能在衰老过程中抑制神经黑色素颗粒的增大。LAMP - 3 与黑质中的神经黑色素共定位，参与未折叠蛋白反应，其在黑质神经元中部分神经黑色素颗粒周围有染色，但分布不均匀，这表明 LAMP - 3 介导了黑质神经黑色素颗粒的周转。成熟溶酶体向轴突的顺行运输也可能有助于维持神经黑色素的大小，所以溶酶体在衰老过程中对维持神经黑色素的结构有重要作用。
脂滴也有助于维持黑质神经黑色素的稳定性和神经元在整个生命周期中的功能。多萜醇对 N - 糖基化至关重要，这是一种蛋白质翻译后修饰机制。部分神经黑色素蛋白参与糖基化，这表明神经黑色素脂滴可能是额外的 N - 糖基化储存库。LAMPs 必须进行糖基化以防止降解，局部脂滴糖基化储存库可确保溶酶体的功能，维持神经黑色素的稳定性。此外，糖基化通过调节功能性 DAT 来维持细胞内多巴胺水平，Parkin 可通过降解未糖基化的 DAT 来促进糖基化 DAT 在细胞表面的表达，但随着年龄增长，不溶性 Parkin 增加，这种机制可能失调。衰老的人类大脑中酪氨酸羟化酶和 DAT 减少，神经黑色素脂滴可能通
