FKBP5基因在精神分裂癥中的研究進(jìn)展

王 齊，馮磊光

(1.哈爾濱醫(yī)科大學(xué),哈爾濱 150081； 2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院檢驗(yàn)科，哈爾濱 150001)

精神分裂癥的發(fā)病機(jī)制至今尚未明確。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),很多基因的改變與精神分裂癥有關(guān)，如糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor,GR)相關(guān)基因FK506結(jié)合蛋白5(FK506 binding protein 5，F(xiàn)KBP5)基因[1]、兒茶酚胺-O-甲基轉(zhuǎn)移酶基因[2]、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子[3]、RELN基因[4]等。FKBP5基因編碼的FK506蛋白廣泛存在于人體器官和組織中，如大腦、肝臟、肌肉以及胸腺等。人類FKBP5基因位于染色體6p21[5],是親免素蛋白家族成員之一,可調(diào)節(jié)機(jī)體的多種生物學(xué)過(guò)程，如類固醇激素受體活化，免疫調(diào)節(jié)，蛋白質(zhì)合成、折疊和運(yùn)輸，細(xì)胞生存等[6]。FKBP5由一個(gè)FK506結(jié)合域組成，N端附著一個(gè)具有催化活性的FK506結(jié)合蛋白樣域和一個(gè)四肽重復(fù)域，C端包含一個(gè)鈣調(diào)蛋白結(jié)合位點(diǎn)[7]。FK506結(jié)合域有兩種不同的功能，一方面可以起到免疫抑制的作用，另一方面可與熱激蛋白90等分子伴侶蛋白結(jié)合形成復(fù)合體，通過(guò)其異構(gòu)酶活性發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，參與GR復(fù)合物的形成和調(diào)控[8]，進(jìn)而參與精神疾病的發(fā)生和發(fā)展。為便于研究者對(duì)FKBP5基因與精神分裂癥的關(guān)系進(jìn)行更深入的探索，現(xiàn)就FKBP5基因的功能、基因多態(tài)性、基因表達(dá)水平及基因甲基化水平等在精神分裂癥中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 FKBP5基因在應(yīng)激激素系統(tǒng)中的作用

下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)軸是機(jī)體兩大應(yīng)激激素系統(tǒng)之一，參與調(diào)節(jié)機(jī)體的許多重要活動(dòng)。當(dāng)機(jī)體受到威脅時(shí)，應(yīng)激系統(tǒng)就會(huì)被激活，刺激信號(hào)通過(guò)神經(jīng)中樞傳導(dǎo)到下丘腦的室旁核中，下丘腦釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素和精氨酸加壓素，觸發(fā)腦垂體前葉分泌促腎上腺皮質(zhì)激素，從而引發(fā)腎上腺皮質(zhì)合成和分泌以皮質(zhì)醇為主要成分的糖皮質(zhì)激素(glucocorticoids,GCs)，GCs作用于人體各個(gè)組織器官，從而及時(shí)對(duì)外界刺激作出反應(yīng)。在刺激信號(hào)的作用下，促腎上腺皮質(zhì)激素抑制促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素的作用產(chǎn)生了負(fù)反饋，GCs通過(guò)負(fù)反饋?zhàn)饔糜贕R，減少促腎上腺皮質(zhì)激素的釋放[9]。正是這一系列正、負(fù)反饋調(diào)節(jié)，保證了HPA軸在維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中的重要作用。

HPA軸是神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的重要組成部分，是調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)的重要系統(tǒng)，被認(rèn)為是很多精神疾病發(fā)病的共同通路。精神分裂癥及其他精神疾病患者表現(xiàn)為HPA軸失調(diào)癥，首次發(fā)病者HPA軸的活動(dòng)水平增高。此外，抗精神病藥物對(duì)HPA軸的活動(dòng)有影響[10]，且精神分裂癥患者腎上腺皮質(zhì)激素的水平升高[11]。Pereira等[12]的研究表明，一些伴有GCs水平升高的其他疾病的患者通常有精神分裂癥癥狀或躁狂表現(xiàn)，這進(jìn)一步支持HPA軸的功能與精神分裂癥有關(guān)。

在精神分裂癥患者的腦中，參與應(yīng)激調(diào)節(jié)的關(guān)鍵區(qū)域如杏仁核、海馬體以及前額皮質(zhì)等的體積縮小[13]。海馬體的體積與GCs的水平以及對(duì)刺激做出反應(yīng)的靈敏性呈負(fù)相關(guān)[14]。精神分裂癥患者的GR功能減低[15]，這可能是由于GCs的負(fù)反饋通路受損，引發(fā)機(jī)體處于過(guò)度和長(zhǎng)期的壓力狀態(tài)下，從而導(dǎo)致GR的敏感性降低[16]。FKBP5通過(guò)調(diào)控GR的活性實(shí)現(xiàn)對(duì)HPA軸的調(diào)節(jié)。GR是保守的核受體超家族中的一員，屬于核轉(zhuǎn)錄因子，其家族成員包括鹽皮質(zhì)激素受體、雄激素受體、甲狀腺激素受體、維生素D受體等。當(dāng)存在于細(xì)胞質(zhì)中的GR與GCs結(jié)合并形成受體配體復(fù)合物時(shí)激活，進(jìn)而轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中發(fā)揮作用。受體配體復(fù)合物作為轉(zhuǎn)錄因子與在基因轉(zhuǎn)錄中作為增強(qiáng)子或抑制因子[17]的細(xì)胞核中特定的DNA序列——GCs應(yīng)答元件結(jié)合。因此，GCs可觸發(fā)外界壓力刺激引起的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，導(dǎo)致基因表達(dá)的增加或減少。FKBP5能與GR結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)性抑制GCs與GR的結(jié)合，導(dǎo)致無(wú)法形成受體配體復(fù)合物，從而抑制受體配體復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，使其不能發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用。因此，F(xiàn)KBP5對(duì)GR起負(fù)性調(diào)節(jié)作用。FKBP5基因中包含多個(gè)DNA增強(qiáng)子和GCs應(yīng)答元件，當(dāng)GR與它們結(jié)合時(shí)會(huì)迅速誘導(dǎo)FKBP5基因表達(dá)。因此，F(xiàn)KBP5形成了對(duì)GR激活調(diào)節(jié)的超短負(fù)反饋回路[8]。

2 FKBP5與精神分裂癥的關(guān)系

2.1 FKBP5基因多態(tài)性與精神分裂癥 基因型的改變可能會(huì)引起轉(zhuǎn)錄、翻譯等蛋白質(zhì)合成過(guò)程的紊亂，從而引發(fā)相關(guān)分子通路及神經(jīng)功能障礙。FKBP5基因中一些位點(diǎn)的基因多態(tài)性改變可能與精神分裂癥有關(guān)。Mihaljevic等[18]對(duì)52例精神分裂癥患者(患者組)、55例精神分裂癥患者的一級(jí)親屬(兄弟姐妹組)及51例健康人(對(duì)照組)外周血中FKBP5基因9個(gè)位點(diǎn)的基因型分布、等位基因以及單倍型頻率進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，患者組與對(duì)照組相比有2個(gè)位點(diǎn)(rs3800373位點(diǎn)的G等位基因和rs9296158位點(diǎn)的A等位基因)的基因頻率有明顯差異，兄弟姐妹組與對(duì)照組相比無(wú)明顯差異。遺傳和環(huán)境因素相互作用會(huì)導(dǎo)致基因型變異，患者的兄弟姐妹未發(fā)生明顯變化說(shuō)明精神分裂癥的基因型變異可能主要受環(huán)境因素影響。具體來(lái)說(shuō)，不良環(huán)境因素如兒童時(shí)期被忽視或遭受暴力虐待可能在FKBP5基因型的變異中起重要作用。Ajnakina等[19]對(duì)218例健康人和291例首發(fā)精神分裂癥患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，兩組研究對(duì)象FKBP5基因rs1360780位點(diǎn)的基因型分布和等位基因頻率有明顯差異。分層分析表明，早年有與父母分離經(jīng)歷的受試者rs1360780位點(diǎn)的基因型分布與其他人有顯著差異[19]。同時(shí)，rs1360780位點(diǎn)的基因多態(tài)性改變與兒童期受虐待經(jīng)歷可能對(duì)認(rèn)知能力和注意力有重要影響。Green等[20]對(duì)444例精神分裂癥和444例健康人進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在精神分裂癥中，與rs1360780位點(diǎn)的其他基因型相比，有受虐待經(jīng)歷的CC基因型受試者注意力較差，TT基因型受試者的認(rèn)知能力較差。由此可推斷rs1360780位點(diǎn)的不同基因型可能在機(jī)體各種精神神經(jīng)功能如認(rèn)知、情感、意志以及行為等的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮著不同的作用。

有學(xué)者對(duì)rs1360780位點(diǎn)基因型變異引發(fā)的精神疾病的分子機(jī)制進(jìn)行了深入研究。Klengel等[21]的染色質(zhì)構(gòu)象捕獲實(shí)驗(yàn)顯示，rs1360780的基因型變異促進(jìn)了下游增強(qiáng)子與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的相互作用，導(dǎo)致GR活化后FKBP5基因的信使RNA轉(zhuǎn)錄活動(dòng)增強(qiáng)。這可能是由于基因多態(tài)性的改變導(dǎo)致TATA盒結(jié)合蛋白的結(jié)合功能增強(qiáng)，而TATA盒結(jié)合蛋白能夠促進(jìn)增強(qiáng)子區(qū)域與RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合[22]。rs1360780基因變異型會(huì)增強(qiáng)FKBP5對(duì)GR的抑制作用，從而導(dǎo)致精神疾病患者應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)、HPA軸過(guò)度激活以及應(yīng)對(duì)外界刺激時(shí)皮質(zhì)醇開(kāi)始發(fā)揮作用的反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)[23-25]。這些研究在分子水平上支持了精神分裂癥的發(fā)生和發(fā)展與FKBP5基因rs1360780位點(diǎn)的多態(tài)性改變相關(guān)。

FKBP5基因多態(tài)性的改變與情緒處理、學(xué)習(xí)、記憶功能相關(guān)的大腦區(qū)域的功能和結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)[26-27]。Fani等[28]研究發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楹ｑR體功能的過(guò)度激活，有FKBP5基因型變異的受試者即風(fēng)險(xiǎn)等位基因攜帶者在應(yīng)對(duì)環(huán)境帶來(lái)的壓力時(shí)表現(xiàn)得更為敏感。Holz等[29]認(rèn)為，F(xiàn)KBP5風(fēng)險(xiǎn)等位基因攜帶者和兒童期遭受虐待者大腦杏仁核功能的激活程度增加。后扣帶是一種與海馬體相連的白質(zhì)束，其促進(jìn)了中樞和扣帶皮質(zhì)間的交流。有研究表明，后扣帶結(jié)構(gòu)連通性的差異可能取決于rs1360780位點(diǎn)的等位基因狀態(tài)[24]。大腦是支配人類精神活動(dòng)的重要器官，海馬體和杏仁核功能的改變必然導(dǎo)致意識(shí)和行為發(fā)生變化，因此FKBP5基因的改變?cè)谝欢ǔ潭壬嫌绊懼X部功能。

2.2 FKBP5基因表達(dá)與精神分裂癥 FKBP5表達(dá)的增加會(huì)減弱GR的功能，導(dǎo)致HPA軸的負(fù)反饋階段延遲，從而使皮質(zhì)醇在機(jī)體遇到外界壓力刺激時(shí)做出反應(yīng)的時(shí)間延長(zhǎng)。Sinclair等[15]研究表明,精神分裂癥患者大腦前額葉皮質(zhì)的FKBP5基因的表達(dá)水平增加，這種情況會(huì)破壞FKBP5基因?qū)ζべ|(zhì)醇的調(diào)節(jié)功能。Darby等[30]也發(fā)現(xiàn)，在精神分裂癥、雙相情感障礙者的大腦海馬體和眼窩前額皮質(zhì)中，F(xiàn)KBP5基因的表達(dá)明顯增加。FKBP5基因表達(dá)的增加可能會(huì)促使GR誘導(dǎo)的FKBP5中GCs應(yīng)答元件的DNA去甲基化增加，也會(huì)增加額外的表觀遺傳轉(zhuǎn)錄抑制，從而導(dǎo)致FKBP5的表達(dá)水平隨時(shí)間的推移進(jìn)一步升高[20]。換個(gè)角度來(lái)說(shuō)，由于遺傳和表觀遺傳學(xué)的疊加效應(yīng)，在壓力刺激下FKBP5調(diào)控穩(wěn)態(tài)的功能被破壞，這可能會(huì)導(dǎo)致情緒調(diào)節(jié)中相關(guān)神經(jīng)回路的慢性改變，最終導(dǎo)致精神疾病的發(fā)生。

2.3 FKBP5基因甲基化水平與精神分裂癥 FKBP5基因的去甲基作用與精神分裂癥的發(fā)病有關(guān)[1]。在兒童時(shí)期有過(guò)長(zhǎng)期受虐待的經(jīng)歷會(huì)導(dǎo)致DNA甲基化發(fā)生改變，而這種表觀遺傳學(xué)特征上的改變也被認(rèn)為是精神分裂癥發(fā)病的原因之一。Klengel等[1]對(duì)30例兒童期有過(guò)受虐待經(jīng)歷的個(gè)體和46例兒童期無(wú)受虐待經(jīng)歷的個(gè)體進(jìn)行外周血基因組DNA甲基化分析，結(jié)果表明，兒童期受虐待組FKBP5基因啟動(dòng)子區(qū)域和內(nèi)含子的大部分區(qū)域甲基化的水平明顯降低。Tyrka等[31]對(duì)174個(gè)家庭的兒童進(jìn)行了研究，其中69個(gè)家庭的兒童在過(guò)去的6個(gè)月中曾受到中度至重度的虐待，研究檢測(cè)了FKBP5 基因內(nèi)含子7中兩個(gè)位點(diǎn)的甲基化水平，與沒(méi)有受虐待經(jīng)歷的兒童相比，受虐待兒童兩個(gè)位點(diǎn)的甲基化水平明顯降低。由此可見(jiàn)，F(xiàn)KBP5基因的甲基化水平與兒童期受虐經(jīng)歷有關(guān)，同時(shí)可以推斷FKBP5基因的去甲基化可能是兒童遭受不良環(huán)境因素的一種生物學(xué)效應(yīng)機(jī)制。

Nadja等[32]對(duì)精神分裂癥患者及健康對(duì)照者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥患者早期的生活創(chuàng)傷多于健康對(duì)照者，rs1360780風(fēng)險(xiǎn)基因型T發(fā)生率更高。外界刺激會(huì)引起GR的激活，從而誘導(dǎo)包括FKBP5基因在內(nèi)的GCs應(yīng)答元件DNA甲基化水平的改變[33]。由此可推斷兒童期遭受過(guò)虐待的FKBP5風(fēng)險(xiǎn)等位基因攜帶者皮質(zhì)醇會(huì)過(guò)度釋放，以致包括FKBP5基因在內(nèi)的GCs應(yīng)答元件表觀遺傳學(xué)改變，進(jìn)而導(dǎo)致平衡FKBP5基因功能與GR活動(dòng)這一超短負(fù)反饋回路的持續(xù)破壞。這必然會(huì)導(dǎo)致應(yīng)激激素系統(tǒng)功能失調(diào)，最終增加精神疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。精神分裂癥患者每個(gè)CpG位點(diǎn)都有FKBP5甲基化水平降低的情況。Nadja等[32]發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥患者中FKBP5的去甲基化伴隨著FKBP5蛋白表達(dá)水平的提高。具體來(lái)說(shuō)，僅在風(fēng)險(xiǎn)等位基因攜帶者中FKBP5的CpG位點(diǎn)甲基化狀態(tài)的改變會(huì)伴隨蛋白表達(dá)水平的變化。這表明，F(xiàn)KBP5基因的甲基化水平與蛋白表達(dá)水平之間是基因型依賴性的。

Joshua等[34]研究闡釋了精神分裂癥患者rs1360780位點(diǎn)基因型和早期壓力生活經(jīng)歷的交互作用對(duì)FKBP5基因內(nèi)含子2甲基化水平的影響，結(jié)果表明，具有風(fēng)險(xiǎn)等位基因同時(shí)兒童期有受虐經(jīng)歷的精神分裂癥患者FKBP5基因內(nèi)含子2的甲基化水平明顯降低。通過(guò)以上研究可以推斷，兒童期的受虐經(jīng)歷、FKBP5基因rs1360780位點(diǎn)的基因型變異、甲基化水平降低、基因表達(dá)水平的增加共同導(dǎo)致精神分裂癥的發(fā)生和發(fā)展。因而，一方面FKBP5可作為一種壓力緩解因子，調(diào)節(jié)不良生活事件對(duì)機(jī)體的負(fù)面影響；另一方面FKBP5也是精神疾病發(fā)生與發(fā)展的危險(xiǎn)因素。

3 小 結(jié)

FKBP5基因?qū)C(jī)體HPA軸功能的調(diào)節(jié)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而且與精神疾病的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)。FKBP5基因中rs1360780位點(diǎn)的單核苷酸多態(tài)性的功能變體很可能與精神分裂癥的發(fā)病相關(guān)，并且與個(gè)體的注意力和認(rèn)知能力有關(guān)。此外，F(xiàn)KBP5基因區(qū)域內(nèi)可能還有其他位點(diǎn)的多態(tài)性與精神分裂癥相關(guān)。FKBP5基因表達(dá)水平增高、FKBP5基因中CpG島和部分內(nèi)含子區(qū)域的甲基化水平降低以及兒童期有過(guò)受虐待經(jīng)歷等都會(huì)增加精神分裂癥的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。以上證據(jù)表明，F(xiàn)KBP5基因很可能是精神分裂癥的易感基因。未來(lái)需要在更大樣本量、不同膚色和不同民族的人群中進(jìn)行全基因組檢測(cè)及基因多態(tài)性、基因表達(dá)和甲基化水平分析，探討機(jī)體與FKBP5基因有關(guān)因子的分子生物學(xué)機(jī)制，從而深入探索精神分裂癥的發(fā)病原因。