帕金森基因位點研究進展

陳新新黃建平

帕金森基因位點研究進展

陳新新1黃建平2

帕金森；基因；遺傳

帕金森（parkinson disease，PD）是一種老年神經退化的疾病，由中腦黑質多巴胺能神經元減少為主要原因，表現(xiàn)為一系列進行性的運動與非運動癥狀。隨著醫(yī)學發(fā)展，采用不同的遺傳分析方法及基因篩查技術可以發(fā)現(xiàn)PD致病的基因因素，這將有助于發(fā)掘PD潛在的病因病機，對PD的預防及治療有很重要的幫助。目前發(fā)現(xiàn)的單基因有PARK1～PARK18等多種基因，其中α-synuclein（α-syn）基因等已經可以被克隆。本文從PD相關基因突變位點、遺傳性、作用機制等方面進行綜述。

1 PARK1（α-syn基因）

α-syn基因最早發(fā)現(xiàn)于一個意大利PD家系，定位于染色體4q21～q23。其突變表現(xiàn)為α-syn蛋白的折疊及神經元細胞的死亡，最終導致PD。α-syn基因本身也可以誘導氧化應激反應，其功能的過度表達會影響線粒體的功能,同時也會伴有氧自由基水平的增加，從而影響神經元細胞對氧化應激的敏感性。Hoffman等[1]對629例PD患者進行SNCA基因篩查，其中30%的患者為家族性PD，其α-syn基因位點a18t和a29s突變分別導致輕度自主神經功能障礙、認知功能障礙和不安腿綜合征、精神癥狀。Proukakis 等[2]對PD患者大腦樣本進行SNCA基因的篩查，發(fā)現(xiàn)位點h50q會導致突變散發(fā)性PD，其PD臨床特征為伴有認知功能障礙。研究[3-5]發(fā)現(xiàn)，位點g51d的突變患者表現(xiàn)為早發(fā)性PD，且進展迅速，伴有錐體束癥、精神癥狀與認知功能障礙。而位點e46k、g50q和a53t突變表現(xiàn)為嚴重而急進型PD，伴有認知能力下降與精神癥狀。

2 PARK2基因（PARKIN基因）

PARKIN蛋白基因突變是常染色體隱性遺傳性少年型帕金森綜合征的致病基因，定位于染色體6q25.2～q27，它是一種E3泛素連接酶，參與錯誤折疊、可溶性蛋白的降解，可減少多巴胺神經元的死亡。Yin等[6]認為，PARKIN的基因變異將降低E3泛素-蛋白連接酶的活性，從而影響線粒體的自噬系統(tǒng)，引起氧化應激反應，導致神經元的缺失。Bao等[7]認為PARKIN基因的外顯子1、4、6、7的突變與早發(fā)性PD有關，且PARKIN基因的點突變大多數(shù)散發(fā)性PD，而其基因外顯子的缺失突變與位移突變主要表現(xiàn)為家族性PD。

3 PARK3

目前還未能發(fā)現(xiàn)PARK3的致病基因及編碼產物，其定位于染色體2p13，在對白種人PD家系的研究中發(fā)現(xiàn)神經元胞質中出現(xiàn)了廣泛的lewy小體?？上У氖乾F(xiàn)存的研究發(fā)現(xiàn)均來自德國北部及丹麥[8]，雖其證明了有一定的家族性PD的統(tǒng)一發(fā)病機制，但在我國內并無相似的發(fā)現(xiàn)。

4 PARK4

PARK4基因是家族性PD的一個候補基因，最初發(fā)現(xiàn)于一美國PD家族，研究發(fā)現(xiàn)其與α-syn基因的重復突變相關，定位于染色體4q21。其致病機制與α-syn基因相似，故有學者認為PARK4與PARK1是同一種基因[9]。

5 PARK5（UCH-L1基因）

泛素C端水解酶L1（UCH-L1），定位于染色體4p14，是一個半胱氨酸蛋白酶，能通過泛素酶C末端甘氨酸能催化酰胺、酯和硫酯鍵的水解。應用這種方式，在單體形式下UCH-L1有生成和穩(wěn)定自由泛素單體的作用，使泛素單體能夠循環(huán)利用[10-11]。有趣的是，UCH-L1有一個相反的水解酶活性，能在二聚體催化下加入泛素單體形成以泛素C末端和K63相連接的新泛素鏈，使α-syn蛋白難以降解[12]。在一個常染色體顯性遺傳的PD家族中發(fā)現(xiàn)UCH-L1基因I93m突變，可以導致泛素水解酶活性的減弱，引起UPS蛋白水解的異常及神經元中蛋白的堆積，引起神經變性[13]，但在其他學者的研究中并未發(fā)現(xiàn)上述結果。在UCH-L1基因多態(tài)性變異中，S18y變異編碼了一種使UCH-L1不能二聚化的蛋白，防止了α-syn蛋白的聚集。此蛋白酶同時擁有連接酶活性和UCHL1水解酶活性，能參與蛋白質在大腦中的降解，這是一個保護神經的關鍵過程[14]。

6 PARK6（PINK1）

PINK1是遺傳性PD常見的突變基因，定位于染色體1p36，其編碼的蛋白具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性，存在于線粒體外膜。作為PINK1的上游分子，其突變導致的PINK1/PARKIN通路紊亂所引起的線粒體自嗜系統(tǒng)的異常，將會阻礙細胞清除過多的線粒體及受損線粒體，從而產生過多的氧自由基，導致神經的毒性作用。在PINK1突變的果蠅實驗中，Morais 等[15]發(fā)現(xiàn)早期PINK1突變會影響線粒體呼吸鏈復合物I的功能，減弱果蠅神經肌肉接頭處線粒體膜傳輸能力，但可以通過補充突觸末端ATP來恢復線粒體功能。Tanaka等[16]研究發(fā)現(xiàn)PINK1突變后的果蠅產生了帕金森的運動障礙，而在敲除PINK1基因后果蠅并無明顯的線粒體異常。這些實驗研究說明了PINK1對維持線粒體正常功能及緩解帕金森疾病上的作用。

7 PARK7（DJ-1基因）

DJ-1被認為是導致隱性家族遺傳性PD的發(fā)病原因之一，首次發(fā)現(xiàn)于小鼠NIH3T3細胞的癌基因產物，位于染色體1P36.2～P36.3，特點是早期發(fā)病和進展緩慢。DJ-1蛋白是一種多功能蛋白，在轉錄調節(jié)中發(fā)揮抗氧化應激作用，它可以保護神經元免于氧化應激所導致的細胞死亡。DJ-1可以調節(jié)磷酸酶和張力同源物（PTEN）的活性，而PTEN是各種神經元細胞損失和死亡的關鍵。DJ-1通過轉亞硝基反應來抑制PTEN磷酸酶活性，即使一個蛋白質的半胱氨酸殘基轉移到另一個一氧化氮基團（DJ-1基因106位半胱氨酸轉變成半胱氨酸亞磺酸）。DJ-1通過這種反應增強抗氧化應激作用。有研究通過X射線晶體學及定點誘變發(fā)現(xiàn)了Cys106位點，其位點的突變會使DJ-1功能難以抑制PTEN的活性，造成神經元損傷[17]。

8 PARK8（LRRK2基因）

亮氨酸重復序列激酶（PARK8）被發(fā)現(xiàn)于一個日本家族性PD，定位于染色體12pll.2～q13.1。在LRRK2基因編碼的多結構蛋白中，各種顯性突變都集中在蛋白質的中央?yún)^(qū)域。中央?yún)^(qū)域包括復RAS （ROC）-GTPase蛋白結構域和激酶結構域，其中ROC結構域包含一個殘基，可以有多個突變點（R1441C/G/H），而COR結構域包含有一個突變點y1699c和激酶結構域包含有兩相鄰殘基突變點G2019S與i2020t。LRRK2突變的病理作用可能涉及α-syn蛋白和tau蛋白，是α-syn蛋白聚集與lewy產生的原因。Daher等[18]認為，LRRK2突變是遲發(fā)性PD的發(fā)病原因之一，而G2019S是最常見的LRRK2基因突變點，造成LRRK2的活性的提高，由于G2019S-LRRK2蛋白過度表達而產生毒性，從而引起α-syn蛋白的堆積和神經元的損失[19]。在一項LRRK2基因敲除大鼠的實驗中，其結果顯示敲除LRRK2基因可以防止神經的退行性變化[20]。

9 PARK9（ATP13a2基因）

PARK9基因的突變可導致的kufor-rakeb綜合征，定位于染色體1p36，為常染色體隱性遺傳，常伴隨著三種少年型PD的臨床癥狀：痙攣、核上性凝視麻痹、癡呆。Park等[21]在11個獨立的家族純合子或復合雜合子ATP13a2基因突變表現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了純合子F182L、G504R和G877R錯義突變會改變蛋白穩(wěn)定性,而雜合子T12M、G533R和A746T突變會損傷ATP13a2的ATP酶活性。其證明了ATP13a2基因表達的改變會導致溶酶體功能缺陷，進而引起α-syn蛋白的累積與線粒體功能的障礙。

10 PARK10

PARK10基因位于染色體lp32，與遲發(fā)性PD有關。目前PAEK10基因突變并不是常見的PD致病方式，也沒明確的致病機制，有學者猜測其突變與PD發(fā)病的時間和易感性有關[22]。

11 PARK11（GIGYF2基因）

PARK11基因位于染色體2q36-37，GIGYF2基因定位于36.1，是PARK11的候選基因。張雯雯[23]對中國300例散發(fā)PD患者進行基因檢測，發(fā)現(xiàn)了8個新的GIGYF2基因突變位點，分別為c.G766A，c. Cll3OA，c.C1417T，c.C1555T，Cgg1474-1475AA，c.C1738A，c.C2935T，c.G3208C，其中GIGYF2基因在中國漢族散發(fā)性遲發(fā)型PD人群中的突變頻率為2.7%，但是GIGYF2基因致病機制仍未明確，有待進一步研究。

12 PARK12

PARK12基因定位于染色體xq21～q25，目前階段未能克隆此基因，其編碼蛋白及致病機制仍未知，其相關研究報道缺乏。

13 PARK13（Omi/HtrA2基因）

Omi基因位于染色體2p13.1，主要編碼一種位于線粒體的絲氨酸蛋白酶，是一種促凋亡蛋白，能降解錯誤折疊的蛋白，其功能缺陷會導致蛋白聚集和線粒體功能障礙而引發(fā)PD。Wang等[24]研究404名中國PD患者，發(fā)現(xiàn)IVS5+29T＞A和c.G77A突變可能是PD的致病因素之一。Chao等[25]研究提出p.g399s突變所導致的PD在亞洲人中是罕見的，然而在歐洲PD患者中被認為是重要致病因素。

14 PARK14（PLA2G6基因）

PLA2G6基因定位于染色體22q13.1，其突變與小兒營養(yǎng)不良、腦內鐵沉積相關的神經退行性疾病和卡拉克綜合征有關。Paisan等[26]將PLA2G6確定為一組常染色體隱性遺傳的早發(fā)性肌張力障礙PD的致病基因，其病理檢查顯示廣泛的lewy小體產生和過度磷酸化的tau蛋白累積。在Beck等[27]的研究中，鼠PLA2G6基因敲除模型表現(xiàn)出線粒體和突觸膜的結構異常，包括線粒體呼吸鏈功能障礙、ATP合成減少、線粒體形態(tài)異常等PD致病條件。Zhou等[28]認為PLA2G6基因突變導致相關Ca2+信號通路的障礙會觸發(fā)自噬功能障礙，引起多神經元在黑質致密部的逐漸丟失。在一些常染色體隱性遺傳的早發(fā)性PD患者的基因檢測中發(fā)現(xiàn)p.d331y型純合子突變[29]，這是PLA2G6常見的突變方式。

15 PARK15（FBXO7基因）

遺傳性PARK15型PD又稱為帕金森-錐體束綜合征（PPS）或白球錐體束?。≒PD），定位于染色體22q12～q1322，是指患者除有帕金森病震顫麻痹表現(xiàn)外還合并有痙攣狀態(tài)、腱反射亢進、病理征陽性等錐體束征表現(xiàn)。目前FBXO7作用機制未完全明確，Burchell等[30]認為，F(xiàn)BXO7參與線粒體功能，通過PINK1和Parkin直接作用在Parkin介導的線粒體自噬機制，在缺乏FBXO7表達的細胞顯示線粒體功能缺陷。Di Fonzo等[31]研究發(fā)現(xiàn)FBXO7基因R378G、R498X型突變會導致遺傳性PARK15型PD。

16 PARK16

PARK16是近幾年新發(fā)現(xiàn)的可能與PD發(fā)病相關的位點,定位于染色體 1q32。RARK16包括：SLC45A3、NUCKS1、RAB7LI、SLC4IA1和PM20D1五個候選基因。其中SLC4IA1（rs11240569）的突變被認為和PD的發(fā)病存在相關性，可降低中國散性PD的發(fā)病率[32]。Xia等[33]在研究中國PD人群中發(fā)現(xiàn)單核苷酸rs947211的多態(tài)性是會增加PD的發(fā)病率，也可降低PD發(fā)生的可能性。但目前RARK16基因變異導致PD的機制仍不清楚，仍需要深入研究。

17 PARK17（GAK基因）

PARK17基因編碼的蛋白是一個絲氨酸/蘇氨酸激酶，位于染色體4p16，通過修飾α-syn蛋白的表達和毒性水平而影響PD的發(fā)病率。在臺灣PD患者的基因篩查中發(fā)現(xiàn)GAK基因rs11248051位點突變會增加PD風險[34]。Zhou等[35]研究發(fā)現(xiàn)GAK rs11248051位點和rs3129882位點的突變?yōu)橹袊巳荷l(fā)性PD的重要危險因素。

18 PARK18（HLA-DRA基因）

PARK18基因定位于染色體6q21，目前對于HLA-DRA基因的篩查對象大多數(shù)為白種人，在中國少有發(fā)現(xiàn)，且其發(fā)病機制也有待進一步研究。

除此之外近年來新發(fā)現(xiàn)了 VPS35、NR4A2、CHCHD2等新PD易感基因[36-38]。CHCHD2發(fā)現(xiàn)于日本PD家族，但在對于現(xiàn)中國PD家族的基因篩查中并未發(fā)現(xiàn)CHCHD2基因突變。NR4A2基因相關的轉錄因子會影響中腦多巴胺神經元的存活，在中國PD患者基因篩查中發(fā)現(xiàn)NR4A2外顯子2、3的突變與PD疾病有關[38]。VPS35突變會引起常染色體顯性遺傳的晚發(fā)型PD。VPS35形成retromer復合體核心組成部分，它可以介導高爾基體或質膜膜蛋白的修復，而D620n突變將導致線粒體功能障礙引起PD[37]。但目前VPS35突變和retromer的作用機制尚未明確。

綜上所述，從分子遺傳學、分子生物學的角度來研究PD的致病因素，其成果對于PD的早期診斷也將逐漸成熟，隨著研究的深入，PD致病基因將慢慢被發(fā)現(xiàn)，其發(fā)病機制也將逐漸清晰，這對于PD患者的治療有很大的幫助。

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（收稿：2016-02-20 修回：2016-04-25）

浙江省自然科學基金資助項目：（No：LY14H280002）

1浙江中醫(yī)藥大學第三臨床醫(yī)學院，（杭州310053）；2浙江省溫州市中醫(yī)院神經內科（溫州 325000）

黃建平，Tel：13738718777；E-mail：dr.hjp@163.com