帕金森病易感基因研究進展

文潔，許順良，孫琳，畢建忠

·綜述·

帕金森病易感基因研究進展

文潔，許順良，孫琳，畢建忠

帕金森病(PD)是中老年人常見的CNS退行性疾病，其病理特點是中腦黑質致密部多巴胺神經元變性缺失及殘余神經元胞質路易小體的形成。臨床主要特征為靜止性震顫，運動遲緩，肌強直和姿勢平衡[1]。據(jù)統(tǒng)計，PD在65歲以上西方人群中的患病率約0.1%～0.25%，在中國患病率約1.7%[2]。由于影響PD發(fā)病的因素多且復雜，至今對于其病因仍未完全了解，目前多認為是遺傳因素與環(huán)境因素共同作用的結果。同時，氧化應激、線粒體功能障礙、泛素蛋白酶系功能障礙、興奮性氨基酸毒性及細胞凋亡等都有可能參與其發(fā)病[3]。

大多數(shù)PD患者呈散發(fā)性，其中約10%～15%的患者有家族史[4]，闡明家族性PD的遺傳機制有助于深入研究PD的分子機制。隨著全基因組關聯(lián)性研究(GWAS)的不斷發(fā)展，使PD遺傳致病機制的研究取得了很大進步，目前已發(fā)現(xiàn)超過20個易感基因突變位點。但只能解釋一小部分PD，大多數(shù)PD的遺傳學致病機制仍不清楚[5]。隨著下一代基因測序、全外顯子測序、全基因測序、RNA測序等基因測序技術的發(fā)展以及基因測序數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析技術的提高，將會進一步促進對PD分子學發(fā)病機制的研究，提高基因學診斷的能力，從而找出更加有效的預防及治療措施。本文就目前為止發(fā)現(xiàn)的與家族性PD相關的易感基因作一簡述。

1 常染色體顯性遺傳型PD

對于常染色體顯性遺傳型PD，目前發(fā)現(xiàn)的基因突變有SNCA、LRRK2及VPS35、EIF4G1、DCTN1、GBA、DNAJC13。見表1。其中，α-突觸核蛋白基因(SNCA)編碼的α-突觸核蛋白是PD殘留神經元胞質中嗜酸性包涵體即路易小體的主要成分，該基因突變可致其異常聚集[6]。在家族遺傳型PD中，該基因突變類型有：點突變和基因多倍體(二倍體和三倍體)，其中二倍體突變在1%～2%的PD家系中得到證實，而三倍體與點突變相對比較罕見[5]。SNCA基因三倍體使SNCA的拷貝數(shù)比正常人多一倍，且研究[7]認為SNCA的拷貝數(shù)與發(fā)病年齡、臨床癥狀的嚴重性呈正相關。SNCA點突變包括在希臘家族中發(fā)現(xiàn)的Ala53Thr以及在單個德國及西班牙家系中分別發(fā)現(xiàn)的Ala30Pro與Glu46Lys[8]。最近有研究[5,9-11]通過基因測序發(fā)現(xiàn)新的點突變——His50Gln和Gly51Asp。其中，Gly51Asp[5,9,11]在法國、美國及日本的PD家系中都得到證實，且其臨床癥狀及病理類型與典型PD都相似，認為其是PD的致病突變之一；但在英國散發(fā)性PD及加拿大的一個家系中發(fā)現(xiàn)的His50Gln[5,10]，由于缺乏基因共分離的證據(jù)以及在電腦模擬軟件中發(fā)現(xiàn)其有可能是一種良性突變，因此與PD發(fā)生的相關性可能還需要更多的證據(jù)。

富亮氨酸重復激酶Ⅱ(LRRK2)編碼的dardarin蛋白是一種類似激酶的蛋白，可通過添加磷酸基團到其他蛋白上從而激活這些蛋白的活性。研究[12]認為，其可能通過干擾多巴胺神經元生長及誘導產生非正常的內含體，參與PD病理結構的形成。目前發(fā)現(xiàn)，LRRK2的7種基因突變類型(Asn1437His, Arg1441Cys, Arg1441Gly，Arg1441His，Tyr1699-Cys，Gly2019Ser和Ile2020Thr)與PD的發(fā)生有關[13]，其中Gly2019Ser是最常見的突變類型，其次是Arg1441Cys與Gly2019Ser[14]。

表1 PD相關易感基因的變異類型及遺傳方式定位基因染色體突變類型常染色體顯性遺傳 SNCA4q21p.A53T、p.A30P、p.E46K,SNCAtriplication/duplication LRRK212q12Asn1437His、Arg1441Cys、Arg1441Gly、Arg1441His、Tyr1699Cys、Gly2019Ser、Ile2020Thr EIF4G13q27.1A502V、R1205H VPS3516q12Asp620Asn、p.P316S、p.Y507F、p.E787K DCTN12p13p.Phe52Leu DNAJC133q22.1p.Asn855Ser ATX212q24.1CAGrepeat常染色體隱性遺傳 Parkin6q25.2-q27R402C、T173M、V244I、A82E、P437L、P37P、IVS2+248c>t、IVS7-60g>c、IVS7-58a>g、IVS8+93c>t DJ-11p36.23L166P、M26I PINK11p36Ala168Pro、Arg68Pro、Pro296Leu、Ile442Thr、Glu476Lys、Asp525Asn、Cys92Phe、Arg464His、R246X、H271Q、E417G、L347P、Q239X、R492X ATP13A21p36Gly504Arg、Thr12Met、Gly533Arg PLA2G622q13.1p.T572 FBXO722q12.3R378G、Arg498Stop、Thr22Met DNAJC61p31.3Q734X、AK4p.S61C常染色體性顯/隱性遺傳 GBA1q21N370S、L444P、84GG、IVS+1、V394L、R496H

空泡蛋白35(VPS35)編碼的蛋白是一種多亞基寡聚體復合物，即retromer復合體，主要負責胞內蛋白質從吞噬小體到溶酶體的逆向運輸。該基因突變會使內吞小體的轉運發(fā)生障礙，影響凋亡細胞的清除，使其胞內含物外滲致神經元損傷。在兩項獨立的全外顯子測序[15-16]中發(fā)現(xiàn)同一突變體Asp620Asn，提示其與遲發(fā)型PD的發(fā)病相關。最近，Nuytemans等[17]對213例患者進行全外顯子測序時發(fā)現(xiàn)，VPS35新的三種突變類型——p.P316S、p.Y507F和p.E787K可能通過影響氨基酸的編碼引起PD。

EIF4G1即真核翻譯起始因子4γⅠ，其作為一種“支架蛋白”使其他與翻譯起始相關的因子與之結合而發(fā)揮各自的作用。該基因突變會降低mRNA的轉錄水平，影響細胞代謝、線粒體功能、氧化應激等過程。Chartier-Harlin等[18]對法國的一個PD家系進行全基因連鎖分析時發(fā)現(xiàn)，該基因的突變體為A502V 和R1205H。但是之后的基因測序研究都沒有發(fā)現(xiàn)該基因的突變與家族遺傳型及散發(fā)性PD的關聯(lián)性。

動力蛋白激動蛋白Ⅰ(DCTN1)是一個重要的微管相關的馬達蛋白，它通過激活動力蛋白而參與遷移、細胞骨架再組裝以及細胞內物質輸送等重要的細胞生命活動。DCTN1是動力蛋白激活蛋白重要亞單位之一，其功能低下與多種神經變性疾病如家族性運動神經元病、帕金森綜合征、額顳葉萎縮等都有關[8]。目前發(fā)現(xiàn)突變類型有：G59S、G71R、G71E、G71A、T72P及 Q74P[8]。最近，Araki等[19]在一個日本家系的基因分析中發(fā)現(xiàn)新的雜合突變——Phe52Leu。

已知共濟失調蛋白Ⅱ(ATXN2)5′編碼區(qū)多聚谷氨酰胺殘基即CAG三核苷酸重復序列的異常擴增與肌萎縮側索硬化癥(ALS)及脊髓小腦共濟失調Ⅱ型(SCA2)的發(fā)生有關[14]。Gwinn-Hardy等[20]在對一個亞裔美國PD家系進行基因分析時發(fā)現(xiàn)，ATXN2 CAG三核苷酸序列的異常擴增，但擴增次數(shù)少于典型SCA2的擴增。目前對于該基因與PD相關性的內在機制仍然不清楚。

熱休克蛋白40同源亞型13(DNAJC13)編碼的蛋白參與早期核內體的轉運、內吞小泡循環(huán)、溶酶體酶解途徑等。目前認為，這些過程的分子缺陷與PD的發(fā)病直接相關。Vilario-Güell等[2]通過對來源于加拿大、挪威、臺灣、突尼斯及美國的2928例PD患者進行基因測序發(fā)現(xiàn)，突變p.Asn855Ser與其發(fā)病密切相關。最近，Gustavsson等[21]對201例PD患者進行基因測序發(fā)現(xiàn)，存在的變異體有：p.E1740Q、p.R1516H、p.N855S、p.N855S、p.L2170W、p.P336A、p.V722L、p.N855S、p.R1266Q，其中除p.N855S外，其他的罕見變異類型可能會增加疾病的易感性。

葡糖腦甘酯酶(GBA)突變會使葡糖腦苷脂在肝、脾、骨骼和CNS的單核-巨噬細胞內蓄積，最初是在戈謝病的研究[22]中發(fā)現(xiàn)的 。Aharon-Peretz等[23]在對德系猶太人群中戈謝病、PD及Alzheimer’s病患者進行基因分析發(fā)現(xiàn)，GBA突變體N370S, 84GG, R496H與PD的發(fā)生有相關性。對中國大陸402例散發(fā)性PD的GBA進行分析發(fā)現(xiàn)，突變體L444P，會增加PD的發(fā)病率[24]。目前多認為，葡糖腦苷脂的聚集會增加神經元細胞內鈣離子的活性，使其對某些抗原更加敏感，更易凋亡。但對戈謝病患者更易罹患PD的發(fā)病機制、遺傳型及表型的聯(lián)系及不同民族的種族差異性，仍需要更多研究去探索[23]。

2 常染色體隱性遺傳、臨床癥狀典型的PD

對于常染色體隱性遺傳、早發(fā)型及臨床癥狀典型的PD，已知的致病基因有：parkin(PRKN, PARK2), PTEN (PINK1或PARK6)及 DJ-1 (PARK7)(表1)。

其中，PRKN編碼的parkin蛋白具有EⅢ泛素-蛋白連接酶活性，在維持多巴胺能神經元的正常功能中發(fā)揮作用。該基因突變比較常見，尤其是在早發(fā)型PD中可占約50%左右。目前發(fā)現(xiàn)的該基因相關的突變有100多種，包括缺失突變及雙倍體，但對于其引起PD發(fā)生的機制仍不清楚[25]。有研究[26]認為，PARK2的雜合突變與PD的發(fā)生也有關，但這種突變在對照組與病例組都存在，因此要確定這種關聯(lián)性，目前證據(jù)尚不足。

PTEN誘導激酶Ⅰ(PINK1)編碼的蛋白質具有絲氨酸-蘇氨酸激酶活性，在細胞氧化應激過程中有保護線粒體的功能。目前認為，PINK1可通過調控多巴胺的合成酶(酪氨酸羥化酶和多巴脫羧酶)的表達而影響多巴胺的合成，參與PD的發(fā)生。Valente等[27]在西班牙PD家系中發(fā)現(xiàn)突變體G11185A及在2個意大利家系中發(fā)現(xiàn)的純合突變G15600A。

PARK7即DJ-1，其編碼的蛋白在腦內呈區(qū)域特異性分布，主要分布在皮層中的神經膠質細胞，以及黑質、紋狀體中的神經元。已知黑質和紋狀體是PD發(fā)病的兩個腦區(qū)，提示其可能在這些區(qū)域直接發(fā)揮抗氧化應激作用。Bonifati等[28]分別對荷蘭及意大利家族早發(fā)型PD進行基因測序發(fā)現(xiàn)了PARK7的純合缺失突變以及錯義突變。該基因突變比較罕見，目前多認為其通過影響突觸前多巴胺遞質功能而發(fā)揮作用[14,29]。

3 常染色體隱型遺傳、非典型臨床癥狀的PD

最近被發(fā)現(xiàn)，在一些復雜的常染色體隱性遺傳型PD中存在ATP13A2(PARK9)、PLA2G6(PARK14)、FBXO7(PARK15)及DNAJC6的突變(表1)。這些患者除具有PD的典型癥狀外，還具有認知功能障礙、肌張力障礙、錐體系癥狀等附加癥狀[30-33]。

其中，P型ATP酶(ATP13A2)編碼的溶酶體膜蛋白突變可影響左旋多巴胺轉運相關基因及膜泡運輸、胞吐相關基因表達，抵抗α-突觸核蛋白引起細胞毒性作用致神經元凋亡[34]。攜帶該基因突變的患者青少年期發(fā)病，對多巴胺反應良好，同時可伴有核上性凝視麻痹、視動性眼球震顫、視幻覺等癥狀[14]。2006年，Ramirez等[35]在一個非近親結婚的智利人家系中發(fā)現(xiàn)，ATP13A2突變可能是引起Kufor-Rakeb綜合征的原因。之后越來越多的研究[36-39]證實，該基因突變與PD發(fā)生有相關性，目前確定的突變體包括Ala249Val、Ser282Cys、Ile946Phe、Arg980His、Arg294Gln、Arg449Gln等[38]。

磷脂酶A2(PLA2G6)編碼的蛋白參與磷脂改造、花生四烯酸的釋放、白三烯和前列腺素的合成與凋亡等過程，因此其與多種疾病的發(fā)生相關。該基因最初是在研究嬰兒神經軸索營養(yǎng)不良及腦內鐵沉積中發(fā)現(xiàn)的。最近，在中國漢族人群中52位早發(fā)型PD(<50歲)的基因測序中發(fā)現(xiàn)PLA2G6的突變體：c.G991T、c.G2036T和c.C511T[40]。

FBXO7即PARK15，其編碼的蛋白質是泛素化連接酶家族底物的特異性亞單位，其變異可影響底物的正常泛素化。該基因突變可引起帕金森-錐體束綜合征，除具有PD樣表現(xiàn)外尚合并痙攣狀態(tài)、腱反射亢進、病理征陽性等錐體束征表現(xiàn)。Shojaee等[41]在對合并有足內翻畸形的伊朗家系的全基因組連鎖分析中發(fā)現(xiàn)一純合錯義突變：R378G。Di Fonzo等[42]在一意大利家族中發(fā)現(xiàn)了另一純合突變Arg498Stop，同時還在一荷蘭家系中發(fā)現(xiàn)其雜合錯義突變Thr22Met。推測，這些突變可能通過干擾黑質-紋狀體中多巴胺的功能而參與發(fā)病[42]。

熱休克蛋白40同源亞型Ⅵ DNAJC6編碼的輔助蛋白是神經元特異性的網(wǎng)格蛋白，主要聚集在神經元的突觸末端。該基因突變會影響HSP40的ATP酶活性，干擾網(wǎng)格蛋白介導的內吞作用。最近，Koroglu等[33]通過外顯子測序發(fā)現(xiàn)，變體Q734X及AK4p.S61C與早發(fā)型PD相關。

還有一些罕見的基因突變如GCH1、MAPT、UCHL1、PANK2、SYNJ1、GIGYF2、SPG11、POLG等，其與PD發(fā)生的相關性可能還需要更進一步的研究去證實。

3 總結

PD是一種復雜的異質性神經系統(tǒng)變性疾病，已知多種基因、基因間的作用以及基因與環(huán)境的相互作用都對其發(fā)生、進展及對左旋多巴的反應性等有影響。隨著基因檢測技術的不斷提高及新的易感基因不斷發(fā)現(xiàn)，將進一步促進人們對PD分子學發(fā)病機制的了解，幫助找到新的診斷及治療疾病的措施。

目前用于PD的治療手段，不管是藥物還是手術，都只能改善癥狀，并不能阻止病情的進一步發(fā)展，更不可能治愈。但是，隨著基因檢測技術的發(fā)展以及對PD發(fā)病機制研究的深入，其被認為是CNS中最適合基因治療的疾病之一，可通過導入編碼多巴胺合成過程中所需的酶類基因，導入抗凋亡蛋白基因及編碼神經營養(yǎng)因子的基因，調整基底節(jié)環(huán)路的功能活性以及與干細胞聯(lián)合應用，從分子學層面上徹底治療疾病，這些方法對PD動物模型的行為均有改善。因此，多基因聯(lián)合治療及與干細胞的聯(lián)合治療被認為是PD基因治療的趨勢[43]。

[1]李敦輝, 吳麗, 周海燕, 等. 臨床神經病學雜志, 2015, 28: 312.

[3]高靚, 張玉虎, 王麗娟. 臨床神經病學雜志, 2014, 27: 234.

[4]劉珂, 滕繼軍, 王修海. 青島大學醫(yī)學院學報，2009,45: 104.

[5]Bonifati V. Parkinsonism Relat Disord， 2014, 20 (Suppl 1): S23.

[6]Olanow CW, Brundin P. Mov Disord, 2013, 28: 31.

[7]Singleton A, Gwinn-Hardy K. Lancet, 2004, 364: 1105.

[8]Singleton AB, Farrer MJ, Bonifati V. Mov Disord, 2013, 28: 14.

[9]Lesage S,Anheim M,Letournel F,et al.Ann Neurol,2013,73:459.

[10]Appel-Cresswell S, Vilarino-Guell C, Encarnacion M, et al. Mov Disord, 2013, 28:811

[11]Kiely AP,Asi YT,Kara E,et al.Acta Neuropathol,2013,125:753.

[12]Macleod D,Dowman J,Hammond R,et al.Neuron,2006,52:587.

[13]Gasser T. Expert Rev Mol Med , 2009, 11: e22.

[14]Houlden H, Singleton AB. Acta Neuropathol, 2012, 124: 325.

[15]Zimprich A, Benet-Pagès A, Struhal W, et al. Am J Hum Genet, 2011, 89: 168.

[17]Nuytemans K, Bademci G, Inchausti V, et al. Neurology, 2013, 80: 982.

[18]Chartier-Harlin MC, Dachsel JC, Vilario-Güell C, et al. Am J Hum Genet, 2011, 89: 398.

[19]Araki E,Tsuboi Y,Daechsel J,et al.Mov Disord,2014,29:1201.

[20]Gwinn-Hardy K,Chen JY,Liu HC,et al.Neurology,2000,55:800.

[21]Gustavsson EK, Trinh J, Guella I, et al. Mov Disord, 2015,30:273.

[22]Neudorfer O, Giladi N, Elstein D, et al. QJM, 1996, 89: 691.

[23]Aharon-Peretz J, Rosenbaum H, Gershoni-Baruch R. N Engl J Med, 2004, 351: 1972.

[24]孫啟英. GBA基因突變與中國人群帕金森病相關性研究[D].中南大學,2010.

[25]Ghazavi F, Fazlali Z, Banihosseini SS, et al. Mov Disord, 2011, 1: 80.

[26]Kay DM, Moran D, Moses L, et al. Ann Neurol, 2007, 61: 47.

[27]Valente EM, Abou-Sleiman PM, Caputo V, et al. Science, 2004, 304: 1158.

[28]Bonifati V,Rizzu P,Van Baren MJ,et al.Science,2003,299:256.

[29]Bonifati V,Rizzu P,Squitieri F,et al.Neurol Sci,2003,24:159.

[30]Bras J, Verloes A, Schneider SA, et al. Hum Mol Genet, 2012, 21: 2646.

[31]Paisán-Ruiz C, Li A, Schneider SA, et al. Neurobiol Aging, 2012, 33: 814.

[32]Zhao T, Severijnen LA, Van Der Weiden M, et al. Neuropathol Exp Neurol, 2013,72:482.

[33]Koroglu C, Baysal L, Cetinkaya M, et al. Parkinsonism Relat Disord, 2013, 19: 320.

[34]鄭文, 梁卉, 鄧昊. 基礎醫(yī)學與臨床, 2011,31: 1161.

[35]Ramirez A, Heimbach A, Grundemann J, et al. Nat Genet,2006,38: 1184.

[36]Di Fonzo A,Chien HF,Socal M,et al.Neurology,2007,68:1557.

[37]Ning YP,Kanai K,Tomiyama H,et al.Neurology,2008,70:1491.

[38]Djarmati A, Hagenah J, Reetz K, et al. Mov Disord, 2009, 14: 2104.

[39]Schneider SA, Paisan-Ruiz C, Quinn N P, et al. Mov Disord, 2010,25: 979.

[40]史成河. 早發(fā)型帕金森綜合征患者PLA2G6基因突變分析及突變體PLA2G6蛋白活性測定[D].中南大學, 2011.

[41]Shojaee S, Sina F, Banihosseini SS, et al. Am J Hum Genet, 2008, 82: 1375.

[42]Di Fonzo A, Dekker MC, Montagna P, et al. Neurology, 2009, 72: 240.

[43]吳妍, 彭蓉. 中國臨床康復, 2005,9:107.

山東省自然科學基金項目(ZR2015HM024);山東大學第二醫(yī)院種子基金(S2014010006)

250033濟南，山東大學第二醫(yī)院神經內科

許順良

R742.5

A

1004-1648(2017)01-0068-04

2015-07-30

2016-03-19)