家族性肌萎縮側(cè)索硬化的相關(guān)基因研究現(xiàn)狀

家族性肌萎縮側(cè)索硬化的相關(guān)基因研究現(xiàn)狀

歷淑娟徐仁伵1

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院，江西南昌330006)

關(guān)鍵詞〔〕家族性肌萎縮性側(cè)索硬化；基因突變

中圖分類號(hào)〔〕R741〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A〔

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30560042，81160161)

通訊作者：徐仁伵 (1969-)，男，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，主要從事肌萎縮側(cè)索硬化和帕金森病的發(fā)病機(jī)制和防治研究。

1南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)科

第一作者：歷淑娟(1988-)，女，碩士，主要從事肌萎縮側(cè)索硬化的防治研究。

約50%肌萎縮性側(cè)索硬化(ALS)患者在3年內(nèi)因呼吸衰竭死亡〔1〕。絕大多數(shù)的ALS病例為散發(fā)性ALS(SALS)，無(wú)明確家族遺傳史；只有少數(shù)約5%～10%的ALS病例為家族性ALS(FALS)〔2〕。但是它們具有相同的臨床表現(xiàn)和組織病理學(xué)特點(diǎn)。FALS大多數(shù)表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳，因?yàn)橥怙@率的不完全性，家族成員在發(fā)病年齡和疾病進(jìn)程上表現(xiàn)出很大的差異〔3〕。目前FALS主要分為ALS1～20、ALS-額顳癡呆綜合征及TAU病等亞型，不同亞型各有相應(yīng)的致病基因。另外還存在一些“易感基因”，和環(huán)境的易感因素一起導(dǎo)致神經(jīng)元的退變和疾病的發(fā)生〔4〕。

1ALS1/SOD1基因

ALS1多成年起病，致病基因?yàn)殂~鋅SOD1(Cu/Zn-SOD1)?；騍OD1蛋白是人體內(nèi)的一種自由基清除酶，主要存在于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核和線粒體內(nèi)膜上，在神經(jīng)組織、肝臟、紅細(xì)胞中高表達(dá)，具有重要的抗氧化作用。目前約15%的FALS和3%的SALS與SOD1突變有關(guān)〔5〕，且主要為點(diǎn)突變，其中最多見(jiàn)的是錯(cuò)義突變，引起表達(dá)蛋白中某個(gè)氨基酸的替換；少數(shù)為非錯(cuò)義突變—早期終止突變，產(chǎn)生翻譯后蛋白分子的一段序列缺失。迄今，全世界已發(fā)現(xiàn)170種以上的突變類型。除D90A、D96A和D96N在不同人群中具有不同的遺傳方式，既可呈常染色體顯性也可呈隱性遺傳，而大部分的SOD1基因突變呈常染色體顯性遺傳。最常見(jiàn)的突變位點(diǎn)即A4V突變(北美基因型)，約占所有SOD1突變的50%，具有完全的外顯率〔6〕，家族成員在發(fā)病年齡和疾病進(jìn)程上表現(xiàn)出很大的差異。D90A(歐洲基因型)突變是最早被確定的隱性遺傳的突變基因〔7〕。另一種最常見(jiàn)的突變基因型為I113T，常見(jiàn)于蘇格蘭和其他歐洲國(guó)家ALS患者。就目前而言，不同的突變基因型在SOD1活性、發(fā)病年齡和生存時(shí)間、臨床表現(xiàn)和病理特點(diǎn)上都可有不同，又有各自的地域分布特點(diǎn)。關(guān)于FALS的突變基因研究中，對(duì)SOD1基因致病機(jī)制研究認(rèn)為ALS1是SOD1基因突變導(dǎo)致蛋白毒性功能獲得而不是功能喪失，但其具體的致病機(jī)制仍不十分清楚。近年來(lái)，SOD1對(duì)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用的機(jī)制可能與氧化損傷、線粒體的功能異常、特異蛋白的細(xì)胞毒性、蛋白質(zhì)的異常聚集、神經(jīng)生長(zhǎng)因子及谷氨酸興奮性中毒等有關(guān)〔8〕。

2ALS2/Alsin基因

ALS2是一種少見(jiàn)的常染色體隱性遺傳的肌萎縮側(cè)索硬化癥，它是以青少年發(fā)病為主，選擇性的上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元緩慢進(jìn)行性的退變、伴或不伴下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損害為特征，故又稱青少年型ALS(ALSJ或PLSJ)。2001年Hadano等〔9〕在ALS2的突尼斯家系中發(fā)現(xiàn)Alsin 基因突變，并與疾病表型共分離，同時(shí)在健康對(duì)照者染色體中未檢測(cè)到該基因突變，從而證實(shí)Alsin基因?yàn)锳LS2的致病基因。Alsin蛋白主要位于腦和脊髓神經(jīng)元中核內(nèi)體和中心體上，是一種GTP酶，含有3個(gè)鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換因子(GEFs)：ATS1/RCC1、RhoGEF以及VPS9。這3個(gè)GEFs能夠特異性地與小分子GTP酶Rab5結(jié)合，啟動(dòng)GEFs或激活Rab5，從而使核內(nèi)體、囊泡和膜發(fā)揮運(yùn)輸和融合的作用，并促進(jìn)神經(jīng)元中神經(jīng)突的生長(zhǎng)〔10〕。因此Alsin基因突變引起核內(nèi)體動(dòng)力學(xué)改變可能是導(dǎo)致常染色體隱性遺傳性青少年型ALS的主要原因。

到目前為止，全世界已發(fā)現(xiàn)了該基因的23種突變類型，包括缺失突變、無(wú)義突變、剪接突變等，基因突變導(dǎo)致過(guò)早的終止密碼子或替換進(jìn)化中高度保守的氨基酸，是致病的主要分子基礎(chǔ)。同時(shí)，Alsin基因突變尚見(jiàn)于家族性少年型原發(fā)性脊髓側(cè)索硬化和嬰兒期發(fā)病的遺傳性痙攣性截癱〔11〕。

3ALS3

ALS3是一種成人起病，呈常染色體顯性遺傳的FALS。它的基因既不在21號(hào)染色體上，又與SOD1基因突變無(wú)關(guān)〔12〕，而是位于18q21基因位點(diǎn)，基因組坐標(biāo)為Chr18：43500000-61600000。就目前而言，關(guān)于ALS3的基因突變類型至今仍不明確，相關(guān)報(bào)道也較少。

4ALS4/SETX基因

ALS4是一種罕見(jiàn)的常染色體顯性遺傳的青少年型肌萎縮側(cè)索硬化癥，以遠(yuǎn)端肌無(wú)力和肌萎縮、錐體束征陽(yáng)性、無(wú)感覺(jué)障礙為特征。ALS4的患者一般<25歲發(fā)病，病程進(jìn)展非常緩慢，一般不影響患者的正常壽命〔13〕。ALS4的致病基因于2004年被克隆出，被命名為Senataxin(SETX)基因，現(xiàn)定位于9q34.13，基因組坐標(biāo)為Chr9：135136827-135230372(-)。迄今，全世界已發(fā)現(xiàn)20種以上SETX基因突變類型，最常見(jiàn)的是錯(cuò)義突變，但與ALS4相關(guān)的基因突變類型報(bào)道較少，主要為L(zhǎng)389S、R2136H和T3I。另外，SETX基因也是共濟(jì)失調(diào)-眼運(yùn)動(dòng)不能Ⅱ型(AOA2)的致病基因，故也稱為AOA2基因〔14〕。

SETX基因含有24個(gè)編碼區(qū)外顯子，編碼1個(gè)含有2677個(gè)氨基酸、相對(duì)分子質(zhì)量為302800的蛋白質(zhì)。SETX蛋白具有DNA/RNA解旋酶功能，參與DNA的復(fù)制、修復(fù)、轉(zhuǎn)錄及重組和RNA的轉(zhuǎn)錄后穩(wěn)定、加工和翻譯啟動(dòng)等過(guò)程。因此，SETX基因突變導(dǎo)致其編碼的蛋白功能喪失，降低DNA/RNA解旋酶活性或影響RNA的合成，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的變性，是引起ALS4或AOA2等疾病的主要原因〔15〕。

5ALS5/SPG11基因

Spatacsin(SPG11)基因突變的是導(dǎo)致遺傳性痙攣性截癱伴胼胝體變薄最常見(jiàn)的致病基因〔16〕。最近，SPG11突變被確定同樣存在于常染色體隱性遺傳的青少年型ALS-ALS5〔17〕。它與ALS2具有相似的臨床特征，以下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元緩慢進(jìn)展的肌無(wú)力和肌萎縮為特征，通常由四肢末端最先出現(xiàn)損害，最終發(fā)展到延髓神經(jīng)元損傷。隨著病程的進(jìn)展，上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病的表現(xiàn)越來(lái)越明顯。ALS5的致病基因目前確定為SPG11，定位于染色體15q14，基因組坐標(biāo)為Chr15：44854894-44955876(-)，編碼一種含2 443個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為278868的蛋白質(zhì)。該蛋白是在DNA損傷后潛在的磷酸化跨膜蛋白。雖然認(rèn)為SPG11突變導(dǎo)致功能喪失，是ALS發(fā)的主要機(jī)制，但是該分子的生理功能尚不清楚。迄今，已發(fā)現(xiàn)12種相關(guān)突變類型。該亞型最多見(jiàn)于北非和歐洲發(fā)病家系中〔18〕。

6ALS6/FUS基因

ALS6是第三種常染色體顯性遺傳的成人型肌萎縮側(cè)索硬化癥，約占4%的FALS，平均在45歲起病，逐漸出現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷的征象，通常無(wú)延髓肌癥狀、認(rèn)知改變等〔19〕。迄今，已報(bào)道ALS6的致病基因?yàn)镕US基因，又稱肉瘤融合基因，基因突變?cè)贔ALS中的發(fā)生頻率為3%～5%，是僅次于SOD1的FALS亞組〔20〕，但在SALS中發(fā)生頻率僅為0.6%～0.7%。該基因定位于染色體16p11.2，基因組坐標(biāo)為Chr16：31191431-31206192(+)，有15個(gè)外顯子，編碼一種含526個(gè)氨基酸的相對(duì)分子量為53426的蛋白，在核內(nèi)、胞質(zhì)均有表達(dá)。目前已發(fā)現(xiàn)65種以上的基因突變類型，其中錯(cuò)義突變最為常見(jiàn)，大部分位于13～15號(hào)外顯子，多導(dǎo)致N端核定位信號(hào)(NLS)中斷，核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的入核途徑損害〔21〕，如G1542C、C1574T、K510R等；另外還有剪切突變等，如R495X等。

FUS基因編碼的蛋白是一種多功能蛋白，N末端有絲氨酸-酪氨酸-甘氨酸-谷氨酰胺(SYGQ)富集區(qū)，有2個(gè)RGG重復(fù)、RRM、甘氨酸富集區(qū)、半胱氨酸鋅指模體，C端有非經(jīng)典的核定位信號(hào)區(qū)〔22〕。它是由核不均一核糖核蛋白(hnRNP)組成的RNA結(jié)合蛋白。該蛋白最早是作為原癌基因融合成分從1個(gè)有染色體易位的脂肪肉瘤中分離的。FUS蛋白可在胞內(nèi)外穿梭，主要參與基因表達(dá)的調(diào)控、維持基因組的完整和mRNA/miRNA的加工；hnRNP主要參與前mRNA的剪接和完全處理的mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)的過(guò)程。如Belzil等〔23〕在研究無(wú)SOD1突變的ALS家系中發(fā)現(xiàn)FUS基因 3′端非翻譯區(qū)的14號(hào)內(nèi)含子的基因位點(diǎn)被替代后，導(dǎo)致最后的13個(gè)氨基酸未被翻譯，而翻譯了7個(gè)新的氨基酸類型，最終使得ALS6的疾病發(fā)生。FALS相關(guān)的FUS蛋白的發(fā)現(xiàn)是ALS研究的一個(gè)重大事件和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

7ALS7

ALS7是一種常染色體顯性遺傳的成人型FALS，基因定位于20ptel-p13，基因組坐標(biāo)為Chr20：0-5100000。其候選基因位于D20STelomere-D20S199 1 Mb區(qū)間內(nèi)〔4〕。目前有關(guān)ALS7的突變基因仍有待確證。

8ALS8/VAPB基因

ALS8是常染色體顯性遺傳的成人型FALS，它是以肌束顫動(dòng)、痛性痙攣和姿勢(shì)性震顫為特征，臨床病程多種多樣，有的病人可能呈一個(gè)快速、嚴(yán)重的病程，而有的人則表現(xiàn)出緩慢進(jìn)展的病程。發(fā)病年齡相對(duì)較輕，一般在25～45歲之間〔24〕。因此，了解ALS8的基因突變，對(duì)進(jìn)一步治療尤為重要。目前，已發(fā)現(xiàn)ALS8的致病基因?yàn)閂AMP，全長(zhǎng)56 kb，含有6個(gè)外顯子，定位于20q13.33，基因組坐標(biāo)為Chr20：56964175-57026157(+)，編碼一種含243個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為27228 的蛋白質(zhì)。VAPB蛋白是一個(gè)在血漿及胞內(nèi)囊泡中發(fā)現(xiàn)的IV型膜蛋白，高度保守，表達(dá)于所有真核生物，位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)。該蛋白是一個(gè)VAPA的同源二聚體或異質(zhì)二聚體，主要與VAMP1和VAMP2相互作用，誘導(dǎo)ERN1/IRE1反應(yīng)，加速細(xì)胞ER緩慢折疊產(chǎn)生的未折疊蛋白應(yīng)答(UPR)，促進(jìn)ER中蛋白的折疊和降解，下調(diào)所有蛋白質(zhì)的合成，從而導(dǎo)致軸突及囊泡運(yùn)輸發(fā)生變化，使細(xì)胞內(nèi)鈣維持穩(wěn)態(tài)〔25〕。

迄今，已報(bào)道的基因突變類型為2個(gè)，分別是P56S和T46I，均為錯(cuò)義突變。P56S為嘧啶轉(zhuǎn)換導(dǎo)致絲氨酸被脯氨酸替代，是在巴西的原始家系及另外6個(gè)ALS家系進(jìn)行DNA序列分析，在VAPB基因上發(fā)現(xiàn)的，同時(shí)在另外3個(gè)遲發(fā)型FALS及3個(gè)遲發(fā)型脊肌萎縮癥家系中亦檢出該突變〔24〕。隨后，將c.166C>T突變基因定位于囊泡相關(guān)膜蛋白相關(guān)蛋白-B/C。P56S突變并非只出現(xiàn)在南美洲，它還獨(dú)立于具有日本血統(tǒng)的德國(guó)家系中。當(dāng)發(fā)生P56S突變時(shí)，VAPB蛋白失去加速UPR的功能，當(dāng)UPR應(yīng)答不足時(shí)，可導(dǎo)致ALS8患者的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元變性，引起各種臨床癥狀和體征。同時(shí)，P56S被證實(shí)可以引起核膜腫脹，導(dǎo)致核膜缺陷：P56S突變導(dǎo)致運(yùn)輸核孔蛋白(Nups)和伊默菌素(EMD)至核膜的過(guò)程受阻，使得它們與細(xì)胞質(zhì)膜隔絕，而FFAT序列(在酸性環(huán)境中的兩個(gè)苯丙氨酸殘基)的過(guò)表達(dá)，對(duì)抗VAPB效應(yīng)，恢復(fù)核膜運(yùn)輸〔26〕。而T46I為最近發(fā)現(xiàn)的新的突變類型，由蘇氨酸突變?yōu)楫惲涟彼帷?010年Chen等〔27〕證明這兩種突變導(dǎo)致ALS8的機(jī)制有著廣泛的共同點(diǎn)，而T46I作為致病基因又進(jìn)一步增強(qiáng)和鞏固P56S的功能。

9ALS9/ANG基因

2006年Greenway等〔28〕在蘇格蘭和愛(ài)爾蘭家族性肌萎縮側(cè)索硬化病人進(jìn)行基因連鎖分析，將ALS9的致病候選區(qū)域定位于14q11.2，候選基因?yàn)檠苌伤?ANG)，通過(guò)序列篩選1 629例ALS9的病人，已確定了7個(gè)雜合的錯(cuò)義突變。2007年David等分析ANG基因的結(jié)構(gòu)，認(rèn)為這些錯(cuò)義突變導(dǎo)致ANG蛋白的功能喪失，在ALS9的發(fā)病過(guò)程中占有重要地位，并報(bào)道了3個(gè)新的突變類型〔20〕。目前，ALS9的致病基因已確定為ANG基因，定位于14q11.1，基因組坐標(biāo)為Chr14：21152336-21162345(+)。迄今，已報(bào)道了29種突變類型，K17I、S28N、P112L、I46V、K17E、R31K、V103I、D22G、V113I、R121C、R121H、K54E、T80S F100I、N49S、L35P、K60E等，其中絕大部分為錯(cuò)義突變。ANG基因編碼一種含147氨基酸、相對(duì)分子量為16 550的ANG蛋白，與血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)功能相似。該蛋白在人類的胎兒及成人時(shí)期的內(nèi)皮細(xì)胞和脊髓的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中均有表達(dá)，為誘導(dǎo)血管生成的tRNA-核糖核酸酶，具有三個(gè)催化活性殘基：His13、Lys40、His114〔30〕。Storkebaum等〔31〕在SOD1 G93A突變小鼠中證明用VEGF治療小鼠，可以改善運(yùn)動(dòng)功能、延緩疾病的發(fā)生、增加生存壽命，故認(rèn)為ANG蛋白可能對(duì)ALS患者具有保護(hù)作用。雖然Lambrechts等〔32〕在ALS病人中未發(fā)現(xiàn)VEGF突變，但認(rèn)為VEGF的多態(tài)性可能是SALS人群中的風(fēng)險(xiǎn)因素。ANG蛋白通過(guò)誘導(dǎo)新生血管的生成、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子分泌，維持正常的脈管系統(tǒng)，從而保護(hù)在缺氧等應(yīng)激環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。Wu等〔29〕已經(jīng)用ANG、核糖核蛋白體、核轉(zhuǎn)位試驗(yàn)證實(shí)ALS患者中ANG突變(K17I、S28N、P112L)與血管生成活性功能缺失相關(guān)。Baker等〔33〕和Cruts等同樣在額顳葉癡呆患者中發(fā)現(xiàn)另一個(gè)ANG蛋白(PGRN)的無(wú)效突變。

10ALS10/TARDBP基因

ALS10的臨床表型為常染色體顯性遺傳的經(jīng)典成人型ALS。ALS10的致病基因?yàn)門(mén)ARDBP基因，定位1p36.22，基因組坐標(biāo)為Chr1：11072679-11085549(+)，編碼一種含414個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為44740的蛋白質(zhì)TDP-43(TAR DNA binding protein-43)。該蛋白是一種低分子量的神經(jīng)微絲mRNA結(jié)合核蛋白。它最初被報(bào)道于1995，它能結(jié)合人免疫缺陷病毒(HIV)的DNA序列中的TAR序列，并抑制HIV的轉(zhuǎn)錄〔34〕。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，TDP-43蛋白的結(jié)構(gòu)類似于hnRNPA/B家族，包含2個(gè)RNA識(shí)別模體(RRMl、2)，N端有核定位信號(hào)(NLS)，C端有甘氨酸富集區(qū)，能結(jié)合DNA、RNA，穿梭于胞質(zhì)與核內(nèi)，有高度保守性，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、剪接、RNA加工、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞分裂、mRNA的穩(wěn)定，參與神經(jīng)元完整性和可塑性調(diào)節(jié)，廣泛分布于各種組織，定位于核內(nèi)，神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)位于神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、樹(shù)突，控制RNA轉(zhuǎn)錄的剪接〔22〕。2006年，在額顳葉癡呆和肌萎縮側(cè)索硬化的泛素陽(yáng)性的包涵體中發(fā)現(xiàn)TDP-43〔35〕。由此，TDP-43在變性疾病中的作用引起了高度關(guān)注。TDP-43正常存在于細(xì)胞的胞核內(nèi)，但是在死于ALS的病人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，TDP-43由胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移至了胞質(zhì)內(nèi)，并彌散分布于泛素陽(yáng)性的包涵體內(nèi)。2009年Corrado等〔36〕研究表明，在ALS病人中，當(dāng)TARDBP基因發(fā)生突變時(shí)，可能導(dǎo)致神經(jīng)組織的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定，甚至是非神經(jīng)組織。2008年Van Deerlin等〔37〕報(bào)道了2種新的突變類型：p.Gly290Ala和p.Gly298Ser。迄今，先后已報(bào)道50種突變類型，多累及甘氨酸富集區(qū)。但突變基因檢出頻率較低，F(xiàn)ALS檢出的頻率只有3%～5%，SALS的頻率為0.4%～1.5%，總的突變率為2.7%〔38〕。TARDBP基因很可能是繼SOD1基因后發(fā)現(xiàn)的又一種ALS的高突變基因。

11ALS11/FIG4基因

FIG4最初被報(bào)道為腓骨肌萎縮癥亞型4J(CMT4J)的相關(guān)致病基因，CMT4J是一種常染色體隱性遺傳的運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)神經(jīng)退行性疾病〔39〕。隨后，F(xiàn)IG4突變又被證實(shí)是常染色體顯性遺傳的家族性肌萎縮側(cè)索硬化癥即ALS11和散發(fā)性肌萎縮側(cè)索硬化癥的致病基因〔40〕。目前已知FIG4的染色體定位于6q21，基因組坐標(biāo)為Chr6：110012424-110146634(+)，該基因編碼一種含907個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為103 635的蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)屬于SAC囊域包含蛋白家族。SAC蛋白結(jié)構(gòu)域包含約400個(gè)氨基酸和7個(gè)高度保守的序列，已經(jīng)被證實(shí)具有磷酸肌醇磷酸酯酶活性，參與調(diào)節(jié)各種磷酸肌醇的功能，影響細(xì)胞功能的多樣化如肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架組成、高爾基體的功能和維持囊泡的形態(tài)等。在研究具有歐洲血統(tǒng)的發(fā)病人群的基因時(shí)，發(fā)現(xiàn)FIG4突變存在于2%的肌萎縮側(cè)索硬化和原發(fā)性脊髓側(cè)索硬化(PLS)的病人中〔40〕。迄今，已報(bào)道10種相關(guān)突變類型。其中，有2種突變類型為截?cái)嗤蛔?，?dǎo)致FIG4磷酸酶活性喪失〔40〕。FIG4轉(zhuǎn)錄翻譯的蛋白是一種磷酸肌醇-5-磷酸酶，可調(diào)節(jié)細(xì)胞核內(nèi)體的胞漿膜表面的脂質(zhì)信號(hào)分子——磷脂酰肌醇-3，5-二磷酸〔PI(3，5)P2〕，在真核生物細(xì)胞的囊泡運(yùn)輸中起著重要作用〔41〕。PI(3，5)P2可使溶酶體及核內(nèi)體的膜運(yùn)輸轉(zhuǎn)為逆向運(yùn)輸至高爾基體，從而參與細(xì)胞自噬，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞自噬〔42〕。

12ALS12/OPTN基因

ALS12既可表現(xiàn)為常染色體顯性遺傳又可表現(xiàn)為常染色體隱性遺傳。眾所周知，OPTN基因的突變與青光眼的發(fā)展密切相關(guān)。3種OPTN突變體已經(jīng)在日本FALS病人中所確證〔43〕，隨后又在日本和歐洲的人口分析中發(fā)現(xiàn)一些新的突變，并估計(jì)在FALS病人中突變率約為1%～4%〔44〕。目前，已證實(shí)ALS12的致病基因?yàn)镺PTN基因，染色體定位于10p13，基因組坐標(biāo)為Chr10：13142082-13180276(+)，該基因編碼一種含557個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為65 921的含卷曲螺旋結(jié)構(gòu)的視神經(jīng)蛋白。該蛋白在正常眼壓性青光眼和成人發(fā)病的原發(fā)性開(kāi)角型青光眼中均發(fā)揮重要作用。視神經(jīng)蛋白與腺病毒E3-14.7蛋白相互作用，可利用腫瘤壞死因子(TNF)-α或Fas配體途徑介導(dǎo)細(xì)胞凋亡、炎癥及血管收縮，在細(xì)胞形態(tài)和膜運(yùn)輸、囊泡運(yùn)輸、調(diào)控轉(zhuǎn)錄中均起著重要作用。雖然OPTN編碼的視神經(jīng)蛋白，可以通過(guò)多聚泛素化蛋白體RIP負(fù)調(diào)控TNF-α介導(dǎo)的核轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)激活，使得平衡偏向于誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的一側(cè)，從而影響細(xì)胞凋亡〔45〕。OPTN也可作為一種自噬受體，通過(guò)與肌球蛋白Ⅵ和Rab8(Ras-related in brain 8)作用，協(xié)調(diào)以肌動(dòng)蛋白及微管為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)功能，從而維持高爾基體的形態(tài)、膜運(yùn)輸和岀胞作用〔46〕。OPTN局部聚集在ALS病人的脊髓神經(jīng)元胞質(zhì)，形成泛素化的包涵體〔47〕，表明OPTN常參與各種ALS亞型的發(fā)病。迄今，已報(bào)道37種相關(guān)突變類型，如p.Gln398X、p.Glu478Gly、p.Ala481Val、p.Arg96Leu等。

13ALS13/ATXN2基因

常染色體顯性遺傳性脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)(ADCA)是一組異質(zhì)性的神經(jīng)退行性疾病，其特點(diǎn)是漸進(jìn)的小腦、腦干和脊髓的退行性變。在臨床上，ADCA被分成3種亞型：ADCA Ⅰ-Ⅲ。SCA 2屬于ADCAI型(ADCA I)，其特點(diǎn)是以小腦性共濟(jì)失調(diào)為主，結(jié)合視神經(jīng)萎縮、眼肌麻痹、延髓和錐體外系體征、周圍神經(jīng)病變和老年癡呆癥等臨床特點(diǎn)。其致病基因?yàn)锳TXN2(Ataxin-2)基因，染色體定位于12q23-q24.1，基因組坐標(biāo)為Chr12：111890018-112037480(-)，該基因編碼含1 313個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為140283的蛋白質(zhì)。該蛋白參與表皮生長(zhǎng)因子(EGF)受體(EGFR)運(yùn)輸，負(fù)調(diào)控細(xì)胞膜內(nèi)吞EGFR的內(nèi)在化作用。ATXN2基因與正常的等位基因(含17～29個(gè)CAG重復(fù)序列)相比，其包含37～50個(gè)CAG重復(fù)序列。CAG重復(fù)序列的病理性擴(kuò)增(>34重復(fù)序列)已被證實(shí)是ADCAⅡ型(SCA2)的發(fā)病機(jī)制。有報(bào)道稱中等長(zhǎng)度的擴(kuò)增(27～33谷氨酰胺殘基)可能增加ALS的易感性〔48〕。在后來(lái)的研究中，更長(zhǎng)的ATXN2重復(fù)序列(>29～32重復(fù)序列)均與該疾病有顯著的相關(guān)性〔49〕，CAG重復(fù)序列擴(kuò)增的越長(zhǎng)，則疾病發(fā)病的時(shí)間越早。且發(fā)現(xiàn)CAG重復(fù)序列(C32)存在于約2%的FALS和SALS病人中〔48〕。此外，擴(kuò)增的ATXN2重復(fù)序列也與進(jìn)行性核上性麻痹顯著相關(guān)〔50〕。病理分析表明，ATXN2編碼的蛋白是以彌散或細(xì)顆粒的形式在ALS脊髓神經(jīng)元的胞質(zhì)中聚集〔48〕。雖然ATXN2病理性擴(kuò)增引起ALS的病理機(jī)制尚不完全清楚，但CAG的重復(fù)擴(kuò)增可以增強(qiáng)ATXN2與TDP-43或FUS突變體之間的相互作用〔48〕。目前，只報(bào)道了1種突變類型。

14ALS14/VCP基因

ALS14為常染色體顯性的遺傳的ALS，其致病基因?yàn)閂CP基因，染色體定位于9p13，基因組坐標(biāo)為Chr9：35056065-35072739(-)，該基因編碼含806個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為89322的蛋白質(zhì)。VCP蛋白屬于ATP-結(jié)合蛋白，能夠參與囊泡運(yùn)輸和融合、26S蛋白酶體功能和過(guò)氧化物酶體的組成；作為一種結(jié)構(gòu)蛋白，可與網(wǎng)格蛋白、熱休克蛋白(Hsc70)形成復(fù)合物。高度保守的AAA-三磷酸腺苷酶——VCP已被證實(shí)與許多細(xì)胞事件相關(guān)，可以調(diào)控有絲分裂、同型膜融合、紡錘體極體的功能、自體吞噬和泛素依賴的蛋白質(zhì)降解過(guò)程等〔51〕。UFD1L-NPLOC4-VCP絡(luò)合物，結(jié)合泛素化蛋白，可使錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)從ER輸出到細(xì)胞質(zhì)中，從而被蛋白酶所降解；還可調(diào)控有絲分裂末紡錘體的分離，對(duì)封閉核膜的形成也是必不可少。VCP/p97-AMFR/gp78復(fù)合物可參與甾醇介導(dǎo)的泛素化過(guò)程的最后步驟和HMGCRER相關(guān)的降解過(guò)程(ERAD)，還可參與DNA損傷應(yīng)答，通過(guò)調(diào)控DNA聚合酶(POLH)，可防止DNA的過(guò)度合成和限制DNA損傷誘導(dǎo)的突變。VCP是自噬體成熟所必需的，而VCP突變破壞了這一過(guò)程〔52〕。目前，已確證VCP突變存在于早發(fā)Paget病和額顳葉癡呆的包涵體肌病(IBMPFD)的病人中〔53〕。此外，在1%～2% FALS伴或不伴IBMPFD 表型的病例(常染色體顯性遺傳)中亦發(fā)現(xiàn)了VCP突變〔54〕。現(xiàn)在，IBMPFD是指多系統(tǒng)蛋白疾病(MSP)，影響運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、大腦、骨骼肌和骨骼的功能結(jié)構(gòu)。迄今，已報(bào)道7種突變類型，即使是相同的突變體，VCP突變也可有不同的表型〔55〕。在VCP突變的患者中，可在病變神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)TDP-43陽(yáng)性的泛素化胞質(zhì)包涵體〔54〕。

15ALS15/UBQLN2基因

ALS15是一種罕見(jiàn)的X連鎖顯性遺傳的ALS。目前UBQLN2突變已被確定為是ALS15的致病基因〔56〕?？稍贏LS和ALS/FTLD病人的脊髓中發(fā)現(xiàn)UBQLN2陽(yáng)性包涵體，而這些包涵體中大多數(shù)含有TDP-43和FUS蛋白沉積〔56〕。此外，在SALS和FUS突變攜帶者的病理中亦可發(fā)現(xiàn)UBQLN2突變〔56〕。這些證據(jù)表明，UBQLN2參與ALS的發(fā)病。UBQLN2基因定位于Xp11.21，基因組坐標(biāo)為ChrX：56590026-56593443(+)，該基因編碼含624個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為65 696的蛋白質(zhì)-泛素樣蛋白(泛素)-泛素家族中的一種。該蛋白與酵母、老鼠和青蛙的泛素有很高的相似性。該泛素含有泛素化的N-末端和泛素相關(guān)的C-末端結(jié)構(gòu)域。已被證實(shí)它與Hsp-70的ATP酶結(jié)構(gòu)域相連。它們?cè)诠δ苌暇c蛋白酶體和泛素連接酶相關(guān)，形成泛素-蛋白酶體，參與自噬和體內(nèi)蛋白質(zhì)的降解過(guò)程〔57〕。據(jù)報(bào)道UBQLN2突變破壞了蛋白質(zhì)的降解過(guò)程，導(dǎo)致ALS15發(fā)病〔56〕。迄今，已報(bào)道6種突變類型。

16ALS16/SIGMAR1基因

ALS16為常染色體隱性遺傳的ALS。據(jù)報(bào)道，SIGMAR1基因與青少年型ALS相關(guān)。攜帶SIGMAR1突變的患者1～2年內(nèi)即可出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病的臨床表現(xiàn)—緩慢進(jìn)展的肌萎縮、肌無(wú)力等，沒(méi)有認(rèn)知障礙。SIGMAR1基因定位于染色體9p13，基因組坐標(biāo)為Chr9：34634719-34637768(-)，該基因編碼含223個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為25 128的蛋白質(zhì)——σ1受體(S1R)。迄今，只報(bào)道了1種突變類型。在沙特阿拉伯家族性肌萎縮側(cè)索硬化的病人中，可發(fā)現(xiàn)SIGMAR1基因的純合子錯(cuò)義突變—E102Q〔58〕。S1R最初被錯(cuò)誤的認(rèn)為是阿片類受體δ1(OPRS1)，而現(xiàn)在被認(rèn)為是一種非阿片類受體，一種非甾體類ER蛋白?，F(xiàn)在研究表明，S1R具有以下功能：①可參與ER的脂質(zhì)運(yùn)輸，通過(guò)調(diào)控質(zhì)膜上的脂質(zhì)微粒參與各種細(xì)胞功能；②參與BDNF信號(hào)和EGF信號(hào)的調(diào)控；③可調(diào)控離子通道的功能及神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，協(xié)同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中ITP3R依賴的ANK2調(diào)節(jié)鈣離子信號(hào)；④蛋白伴侶功能。S1R在細(xì)胞增殖、生存和凋亡中，均發(fā)揮著重要作用〔59〕。S1R在腦干(特別是海馬結(jié)構(gòu)與其他邊緣區(qū)域)和脊髓的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中高度表達(dá)，在各種外周組織中，如肝臟、腎臟、肺和肌肉中亦有表達(dá)。在血漿、線粒體和ER膜中，可發(fā)現(xiàn)這些單跨膜受體，而這些受體主要與神經(jīng)元的胞體和樹(shù)突有關(guān)。S1R突變的小鼠可出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能障礙〔60〕。這些證據(jù)均表明，SIGMAR1突變導(dǎo)致S1R功能缺失，使得運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)生退行性變。而對(duì)S1R突變體的組織病理學(xué)特征和功能分析仍有待進(jìn)一步研究。

17ALS17

ALS17的致病基因定位于染色體3p11.2，其具體致病基因仍未被克隆，相關(guān)致病機(jī)制有待研究。

18ALS18/PFN1基因

ALS18是常染色體顯性遺傳的FALS。在ALS18的病人中已被證實(shí)存在PFN1突變。盡管在274例FALS病人中已報(bào)道了4種突變類型〔61〕，但進(jìn)一步的分析表明攜帶該突變基因的患者在FALS中仍然非常罕見(jiàn)〔62～66〕。ALS18的致病基因?yàn)镻FN1基因，染色體定位于17p13.3，基因組坐標(biāo)為Chr17：4848945-4852381(-)，該基因編碼一種含140個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為15 054的蛋白質(zhì)—肌動(dòng)蛋白-1(Profilin-1)。該蛋白是G-肌動(dòng)蛋白單體轉(zhuǎn)化為F-肌動(dòng)蛋白單體并聚合形成絲狀肌動(dòng)蛋白，構(gòu)成細(xì)胞骨架所必不可少的〔67〕。它可通過(guò)調(diào)控肌動(dòng)蛋白的聚合，從而對(duì)細(xì)胞外信號(hào)做出應(yīng)答反應(yīng)。當(dāng)PFN1突變體在神經(jīng)2a細(xì)胞或初級(jí)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中過(guò)度表達(dá)時(shí)，可形式泛素化的胞質(zhì)聚合物，而這些聚合物絕大多數(shù)都含有與ALS發(fā)病相關(guān)的TDP-43蛋白〔61〕。此外，PFN1突變還可降低肌動(dòng)蛋白的結(jié)合能力，并抑制軸突的生長(zhǎng)，減少培養(yǎng)細(xì)胞或初級(jí)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中生長(zhǎng)錐的大小〔61〕。這些證據(jù)表明，PFN1突變通過(guò)調(diào)控肌動(dòng)蛋白的動(dòng)態(tài)平衡來(lái)參與ALS的發(fā)病。而且該基因突變還與Miller-Dieker綜合征、Huntington病有關(guān)。

19ALS19/ERBB4基因

ALS19是常染色體顯性遺傳的家族性肌萎縮側(cè)索硬化癥。在對(duì)FALS病人的全基因組測(cè)序和參數(shù)連鎖分析中已發(fā)現(xiàn)2種ERBB4基因突變類型—p.Arg927Gln和p.Arg1275Trp。目前，已明確ALS19的致病基因?yàn)镋RBB4基因，染色體定位在2q33.3-q34，基因組坐標(biāo)為Chr2：212240442-213403352(-)，該基因編碼含1 308個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為146 808的蛋白質(zhì)。該蛋白屬于酪氨酸蛋白激酶家族及ERFR亞家族的一員，富含多個(gè)半胱氨酸結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域、酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域、磷脂酰肌醇-3激酶結(jié)合位點(diǎn)和PDZ結(jié)構(gòu)域結(jié)合基序。酪氨酸蛋白激酶—作為神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白NRG1、NRG2、NRG3、NRG4和EGF家族成員BTC、EREG、HBEGF的細(xì)胞表面受體，誘導(dǎo)多種細(xì)胞應(yīng)答，在神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白和EGF家族中發(fā)揮重要作用。它可調(diào)節(jié)心臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和乳腺的發(fā)育，還可調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞增殖、分化、移行和凋亡。它在胚胎期中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育(尤其是正常神經(jīng)嵴細(xì)胞的遷移和軸突的生長(zhǎng))、心肌的正常分化、產(chǎn)后心肌細(xì)胞增殖和乳腺分化、誘導(dǎo)乳蛋白和泌乳中是必不可少的。配體與特定酪氨酸殘基結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合后可觸發(fā)受體發(fā)生二聚化和自身磷酸化，使得受體激活，驅(qū)動(dòng)了多種細(xì)胞應(yīng)答，包括基因表達(dá)的變化、細(xì)胞骨架的重排、抗凋亡和細(xì)胞的增殖。而選擇性剪接、蛋白水解加工，其他ErbB家族成員形成的異源二聚體可調(diào)控配體的特異性，從而形成可觸發(fā)配體特定細(xì)胞應(yīng)答的細(xì)胞內(nèi)磷酸酪氨酸聚合物，參與SHC1介導(dǎo)的磷酸化和MAP激酶的激活過(guò)程〔68〕。JM-A CYT-1和JM-B CYT-1亞型可使PIK3R1磷酸化，導(dǎo)致磷脂酰肌醇3-激酶和AKT1活化，并且可保護(hù)細(xì)胞免受凋亡，還可介導(dǎo)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的重組，促進(jìn)細(xì)胞對(duì)NRG1的移行應(yīng)答。JM-A CYT-2和JM-B CYT-2亞型缺乏磷酸化，與JM-ACYT-1和JM-B CYT-1亞型功能相反。此外，該基因突變也被證實(shí)與癌癥相關(guān)。而編碼不同亞型蛋白的選擇性剪接突變，并非都被充分表征。這項(xiàng)研究表明，ErbB4通路參與ALS的發(fā)病，很可能為創(chuàng)新性的治療策略提供依據(jù)，例如使用NRGs或其激動(dòng)劑上調(diào)ErbB4的功能。

20ALS20/ HNRNPA1基因

ALS20是一種常染色體顯性遺傳的ALS。其致病基因?yàn)镠NRNPA1基因，染色體定位于12q13.1，基因組坐標(biāo)為Chr12：54674488-54679030(+)，編碼一種含372個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為38 747的蛋白質(zhì)—核不均一核糖核蛋白(hnRNPs)。該蛋白屬于RNA結(jié)合蛋白，可與核不均一RNA(hnRNA)結(jié)合。該蛋白與細(xì)胞核內(nèi)的前mRNA相關(guān)，并影響前mRNA加工和mRNA代謝和運(yùn)輸?shù)确矫?。幾乎所有的hnRNPs均存在于細(xì)胞核中，但是似乎可以發(fā)現(xiàn)一些hnRNPs可穿梭于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間。hnRNP具有不同的核酸結(jié)合特性，因?yàn)樗哂?個(gè)與RNA結(jié)合的類RRM結(jié)構(gòu)域。迄今，只報(bào)道了1種突變—p.D262V。該突變可形成朊蛋白樣結(jié)構(gòu)域(PrLD)，可加速核和蛋白的聚合作用，參與ALS20的發(fā)病〔69〕。

21ALS-額顳葉癡呆綜合征/C9ORF72基因

ALS-額顳葉癡呆綜合征(ALS-FTLD)為罕見(jiàn)的FALS，發(fā)病率可能<5%，是常染色體顯性遺傳，好發(fā)于45～65歲年齡，以雙側(cè)額顳葉局限性腦萎縮為典型改變，其臨床表現(xiàn)為行為異常、語(yǔ)速減慢、記憶損害、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)損害為主要特征。2000年Hosler等〔70〕對(duì)ALS-FTLD家系進(jìn)行基因連鎖分析，將其致病基因定位于9q21-q22，候選基因位于D9S167和D9S301 17 Mb之間。隨后新的研究發(fā)現(xiàn)，ALS-FTLD家系的致病基因位于染色體9 p21.2，基因組坐標(biāo)為Chr9：27546543-27573864(-)，編碼含481個(gè)氨基酸、相對(duì)分子量為54328的蛋白質(zhì)。且在C9ORF72基因的非編碼外顯子1a和1 b間發(fā)現(xiàn)GGGGCC六核苷酸重復(fù)序列〔71〕。該基因在歐洲和北美白人中突變率較高：在FTLD、ALS和ALS/FTLD病人中分別高達(dá)29%、50%和88%〔72〕。尤其在歐洲北部病例中，甚至是在SALS中，該重復(fù)擴(kuò)增頻率可從12%增加到21%〔71〕。相反，在亞洲ALS患者中，該基因的重復(fù)擴(kuò)增序列非常少見(jiàn)〔73，74〕。伴C9ORF72擴(kuò)增序列的ALS患者通常以延髓癥狀和認(rèn)知障礙為主，部分可表現(xiàn)為帕金森綜合征或精神癥狀，如精神病或自殺傾向〔75〕。在攜帶該重復(fù)序列的病人中，采用RNA熒光原位雜交(FISH)分析，可觀察到富含C9ORF72的RNA熒光聚集點(diǎn)存在于25%脊髓和額葉皮質(zhì)神經(jīng)元中〔71〕。此外，該神經(jīng)元所含的二肽重復(fù)蛋白是由非ATG起使的內(nèi)含子重復(fù)區(qū)域翻譯生成的〔76〕。然而，這些在神經(jīng)元聚集的異常RNA及由C9ORF72重復(fù)擴(kuò)增轉(zhuǎn)錄翻譯的蛋白是否有助于神經(jīng)退行性變，這點(diǎn)仍有待確證。最新的研究表明，C9ORF72是一個(gè)與DENN(屬于Rab GEF，可調(diào)控Rab-GTP激酶的功能)相關(guān)的全長(zhǎng)型同源蛋白〔77〕。因?yàn)镽ab GTP激酶可調(diào)控膜運(yùn)輸，由此推測(cè)C9ORF72在神經(jīng)元活動(dòng)，如軸突運(yùn)輸和自噬-溶酶體系統(tǒng)中，可能起著至關(guān)重要的作用。

22ALS癡呆帕金森綜合征/ Tau基因

ALS癡呆帕金森綜合征(ALS-FTDP)就是同時(shí)出現(xiàn)癡呆、帕金森病及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損害的臨床表現(xiàn)，其中帕金森病癥狀和肌肉萎縮出現(xiàn)較晚。ALS-FTDP的致病基因?yàn)?Tau基因，含16個(gè)外顯子，外顯子1和14被轉(zhuǎn)錄而不被翻譯〔78〕。其染色體定位于17q21.11上，故又稱為染色體17相關(guān)的額顳葉癡呆帕金森綜合征(FTDP-17)。該基因編碼的Tau蛋白主要表達(dá)于神經(jīng)元中，可促進(jìn)微管蛋白聚集成微管并增強(qiáng)其穩(wěn)定性、維持細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育，且在神經(jīng)系統(tǒng)的形成和軸突的通訊傳導(dǎo)中起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)也在神經(jīng)變性疾病中扮演者重要角色〔79〕。目前大量的證據(jù)表明Tau基因突變可通過(guò)擾亂Tau蛋白與微管之間的相互作用，減少了Tau蛋白促進(jìn)微管聚集的能力；還可影響外顯子的選擇性剪接，產(chǎn)生Tau蛋白的重復(fù)異構(gòu)體，與軸突中微管的結(jié)合能力下降，導(dǎo)致中樞和外周軸突病變，引起神經(jīng)元死亡和肌肉萎縮〔80〕。在FALS病人神經(jīng)元內(nèi)可見(jiàn)神經(jīng)細(xì)絲積聚，主要由過(guò)度磷酸化的Tau蛋白組成。

23展望

綜上所述，雖然近年來(lái)對(duì)FALS的分子遺傳學(xué)、病理、診斷與治療有了較大進(jìn)展，但仍有一些致病基因有待確證，不同的FALS亞型各有相應(yīng)的致病基因，致病機(jī)制亦各不相同，而這些發(fā)病機(jī)制仍有待闡明。隨著對(duì)本病分子水平的深入研究，堅(jiān)信會(huì)對(duì)其致病基因及發(fā)病機(jī)制有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，將為治療和預(yù)防ALS提供更有效的策略。

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〔2014-11-09修回〕

(編輯袁左鳴)