PRRT2基因突變致病機制與相關疾病的研究進展☆

劉鵬鵬 劉亞青 令調文 宮玉哲黨小利 王天成

富含脯氨酸的跨膜蛋白2（Proline-rich transmembrane protein 2，PRRT2）是位于16號染色體的一個小基因，內部包含4個外顯子，2～4號外顯子編碼包含340個氨基酸的多域蛋白，是由國內學者鑒定出的第一個發(fā)作性運動誘發(fā)性運動障礙的致病基因[1]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，PRRT2基因突變與多種發(fā)作性疾病相關。PRRT2存在多樣突變類型，包括移碼突變、錯義突變、無義突變，多數(shù)突變可導致PRRT2截短蛋白的出現(xiàn)，這種短截蛋白極易被細胞中的蛋白酶體降解，造成功能缺失，從而致病[2]。無論是在散發(fā)性還是家族性病例中，對發(fā)作性運動誘發(fā)性運動障礙（paroxysmal kinesigenic dyskinesia，PKD）、良性家族性嬰兒癲癇（benign familial infantile epilepsy，BFIE）、發(fā)作性舞蹈動作性嬰兒驚厥（infantile convulsions with paroxysmal choreoathetosis，ICCA）等患者基因篩查都可見PRRT2突變，這三種綜合征是PRRT2相關疾病最常見和最主要的表型[3]。鑒于PRRT2基因突變多樣性、蛋白功能多樣性、疾病表型多樣性，盡可能闡明其致病機制對于相關疾病診治具有重大意義。

1 PRRT2基因突變的致病機制

對PRRT2突變所致疾病發(fā)病機制的研究一直在不斷發(fā)展中，已有的很多研究表明，其最終都是通過PRRT2功能缺失致病，而臨床表型的不同，與基因、環(huán)境等多種因素相關。

1.1 影響神經系統(tǒng)發(fā)育CHEN等[1]對PRRT2蛋白進行了組織定位，發(fā)現(xiàn)在鼠中樞神經系統(tǒng)如大腦皮質、基底節(jié)和小腦中該基因呈高表達，而且小鼠腦組織體外實驗顯示這些部位PRRT2基因表達水平隨鼠齡而改變，在胚胎期前16 d表達水平低，生后7 d出現(xiàn)大量表達，至生后14 d達高峰，隨后又逐漸下降，成年期呈低表達。這說明PRRT2在鼠中樞神經系統(tǒng)發(fā)育過程中，組織中的含量是變化的。VALENTE等[4]通過慢病毒轉染和免疫熒光技術，發(fā)現(xiàn)PRRT2的表達與突觸形成和重塑的時間平行。由此看來，在整個神經系統(tǒng)發(fā)育中，PRRT2蛋白發(fā)揮著重要的作用。

有動物研究表明，干擾PRRT2基因表達后，初級神經元向皮層的遷移延遲，而在敲除細胞中表達PRRT2，可以部分的改善這種異常[5-6]。通過觀察樹突棘的密度，可以對突觸連接進行評估[7]，與正常對照組相比，shRNA干擾PRRT2表達后的小鼠神經元樹突棘密度明顯降低[5]。利用體細胞重編程技術，李春等[8]成功建立攜帶PRRT2突變PKD患者特異的誘導多能干細胞 （induced pluripotent stem cell,iPSC）系，采用不同神經誘導體系誘導其分化，通過免疫熒光技術等檢測到其神經元發(fā)育異常，這可能是PRRT2突變導致PKD的病理生理機制。PRRT2敲除鼠神經元遷移延遲和突觸發(fā)育缺陷[5]，在臨床上，具有PRRT2等位基因突變或純合突變的患者具有更嚴重的表型，如合并智力障礙等[9]，說明PRRT2蛋白在神經發(fā)育中起重要作用，推測PRRT2純合突變通過影響神經系統(tǒng)發(fā)育導致了癥狀更復雜多樣的PRRT2相關疾病。但是通過何種分子機制如何發(fā)揮作用仍不清楚。

1.2 蛋白錯誤定位野生型PRRT2蛋白是一種突觸蛋白，很多研究表明，該蛋白定位于突觸前膜和軸突末梢[2,4]，但也有研究發(fā)現(xiàn)突觸前膜及突觸后膜均可發(fā)現(xiàn)其存在，且定位于興奮性突觸[5]。這種亞細胞定位決定了它在突觸處發(fā)揮作用，而且因為膜拓撲結構的不同會有不同的蛋白相互作用[10]。正常的亞細胞定位是其發(fā)揮功能的前提條件。突變體PRRT2定位異常，不再主要定位于細胞膜，與其他突觸相關蛋白的作用減弱或消失。此外，PRRT2蛋白的C端屬保守序列，TSAI等[11]研究了多個PRRT2突變體，發(fā)現(xiàn)發(fā)生在C端的錯義突變（8/13）最終更容易導致PRRT2蛋白的錯誤定位，這類突變多為致病性。ZHAO等[12]的研究也認為致使C端氨基酸序列改變的突變引起蛋白的錯誤定位，出現(xiàn)功能喪失。而且他們的功能研究中發(fā)現(xiàn)的蛋白定位發(fā)生改變的PRRT2錯義突變主要來源于PKD的基因篩查。因此，鑒于PRRT2蛋白本身特殊的拓撲結構，發(fā)生在C端的突變可能會導致該蛋白錯誤定位，進而致病。

1.3 影響通道功能PRRT2突變相關疾病大多是通道病，突變蛋白影響膜上離子和非離子通道的功能，出現(xiàn)膜內外各離子分布不均，造成細胞膜電位異常，神經元興奮性發(fā)生改變，最終致病。

1.3.1 鈉離子通道 鈉離子通道是細胞膜上主要的離子通道之一，存在眾多亞型，涉及眾多神經及心臟疾病[13]。癲癇以神經元異常同步放電為特點，與各類型離子通道密切相關，尤其是鈉離子通道[14]，而PRRT2相關疾病是一類具有發(fā)作性特點的疾病，其中包括部分類型癲癇，如已有研究表明，有些BFIE患者存在SCN2A基因突變[15]。最近有研究表明，PRRT2蛋白對Na+I.V 1.2/1.6起負調控作用，降低了Na v 1.2/Na v 1.6通道的膜暴露和Na+電流，來源于攜帶雜合或純合熱點突變（c.649dupC）的誘導多能干細胞中PRRT2突變體缺乏對鈉通道的負調控，從而增加細胞的興奮性[16]，這可能是PRRT2相關疾病的發(fā)病機制之一，尤其是攜帶c.649dupC的疾病。雖然大多數(shù)研究并未進行詳細的致病機制的分子研究，但在臨床實踐中，PKD和BFIE患者對鈉離子通道阻滯劑卡馬西平反應良好，這側面說明了在這兩類疾病中，PRRT2突變可能正是通過影響Na v 1.2/Na v 1.6通道而致病。

1.3.2 鈣離子通道 鈣離子觸發(fā)囊泡融合是突觸遞質釋放的啟動過程。在突觸連接處，突觸相關蛋白（synaptotagmin1/2）可作為一種Ca2+感受器，與PRRT2蛋白相互作用，參與同步神經遞質釋放[4]。利用shRNA干擾初級神經元中PRRT2表達，導致其與synaptotagmin1/2相互作用減弱，同步釋放急劇減低[4]。此外，很多研究表明，PRRT2蛋白在突觸前膜與SNAP25相互作用，參與突觸囊泡融合和神經遞質釋放，推測PRRT2與SNAP25的相互作用也涉及了鈣離子通道[4,17]。因此，基因突變所致異常蛋白可能通過影響鈣離子通道而致病，但還需進一步的研究來闡釋這種異常是如何導致大腦的發(fā)作性疾病的。

1.3.3 AMPA受體通道 AMPA受體是一種離子型谷氨酸受體，而GRIA1是AMPA受體復合物的主要亞基之一。一項對天然AMPA受體復合物的高分辨率蛋白組學研究發(fā)現(xiàn)，在新鑒定的21中組分中包括PRRT2蛋白[5,18]。有研究利用免疫共沉淀技術，發(fā)現(xiàn)PRRT2蛋白可能是不止存在于突觸前膜，突觸后膜也存在[5]。高分辨率的蛋白組學發(fā)現(xiàn)PRRT2與位于突觸后膜AMPA受體復合物的亞基GRIA1相互作用，抑制谷氨酸的釋放和功能，PRRT2突變體導致谷氨酸信號轉導功能障礙和GRIA1膜分布異常，增加了神經元興奮性，從而導致了PKD的發(fā)生[19]。有研究認為，PRRT2基因是一個腦網絡穩(wěn)定基因，而PRRT2突變會打破突觸連接處興奮性和抑制性電位平衡，使其處于高興奮狀態(tài)[20]。

綜上所述，對于PRRT2基因突變的致病機制的研究主要來源于PKD患者中發(fā)現(xiàn)的突變，但PRRT2相關疾病相似卻各有特點。因此，在BFIE和ICCA等其他PRRT2相關疾病中的致病機制研究也有待進行。

2 PRRT2基因突變相關疾病

PRRT2基因突變最常見的為移碼突變（c.649dupC為其突變熱點），此外，還包括無義突變、錯義突變、剪接突變等[16]。DARIUS等[21]于2015年對過往病例報道總結，共存在73種不同的疾病相關的PRRT2突變(35種截斷突變，22種錯義突變，3種延伸突變，6種推測的剪接位點變化，以及7種導致PRRT2完全缺失的突變)。后來又有學者對過往報道進行總結，發(fā)現(xiàn)有87項研究共報告了97種不同的PRRT2突變[22]。隨著后續(xù)研究的不斷推進，F(xiàn)LORIANA等[16]于2018年也提出存在超過70種的PRRT2突變，其中有95%為移碼或無義突變。但PRRT2相關疾病并不存在基因型-表型對應關系，存在著明顯的表型異質性[3]。如攜帶相同PRRT2突變的家系成員經常表現(xiàn)出不同的表型，每個人都患有不同的疾病，即使是同一個體的不同年齡，其表型也可能不同[23]。這一結果，可能是PRRT2年齡依賴性表達、基因的劑量效應、多個基因劑量的失衡，或是PRRT2蛋白本身存在多種作用所致，同時，也不除外突變以外的其他因素。

2.1 發(fā)作性運動誘發(fā)性運動障礙PKD是一種較少見運動障礙性疾病，PRRT2突變相關運動障礙中最常見為PKD，是一種常染色體顯性遺傳病，主要表現(xiàn)為不自主的運動發(fā)作，如肌張力障礙、舞蹈樣動作、手足徐動[1]。PRRT2基因已明確為PKD的致病基因。通過對有陽性家族史的PKD患者進行基因篩查，發(fā)現(xiàn)51個PKD家系中有存在12種不同的PRRT2突變類型，包括移碼突變、無義突變等[22]。通過對家系和散發(fā)病例的研究，發(fā)現(xiàn)在家族性PKD/ICCA病例中有50%（5/10）發(fā)生了PRRT2突變，包括插入突變、重復突變；散發(fā)病例中16.2%(6/37）發(fā)生了突變[24]。動物實驗中，PRRT2敲除鼠表現(xiàn)為PKD樣表型[2]。在家系研究中，也觀察到了常染色體顯性遺傳和不完全外顯的特點[1]。這些研究都說明PRRT2基因的突變或缺失與PKD密切相關。對PKD中檢測出的這些突變進行體外功能研究發(fā)現(xiàn)，他們會出現(xiàn)神經發(fā)育異常、蛋白錯誤定位、離子通道和受體異常，表明可能是多種機制參與了PKD。

2.2 良性家族性嬰兒癲癇良性家族性嬰兒癲癇BFIE或BFIC則為嬰兒期常見的一種常染色體顯性遺傳的特發(fā)性癲癇綜合征[25]。其臨床特點為：起病年齡3～12個月，發(fā)作類型多為局灶性發(fā)作或繼發(fā)性全面強直-陣攣發(fā)作，對精神運動發(fā)育無影響，頭顱影像學檢查及發(fā)作間期腦電圖正常，有嬰兒期癲癇家族史，預后良好，多在3～5歲以內發(fā)作自行終止或抗癲癇藥物可良好控制[25]。ZENG等[15]在對78個BFIE家系進行致病基因篩查，發(fā)現(xiàn)有49個（49/78，62.8%）家系存在PRRT2基因突變，包括錯義突變、移碼突變、重復突變等突變類型，其中29個表現(xiàn)為c.649dupC[p.Arg217Profs*8]。由此可見，BFIE中，突變類型多樣，推測可能多種致病機制參與該疾病的發(fā)生。

2.3 嬰兒驚厥伴陣發(fā)性舞蹈性手足徐動癥嬰兒驚厥伴陣發(fā)性舞蹈性手足徐動癥ICCA是一種同時合并嬰兒驚厥發(fā)作及舞蹈手足徐動的發(fā)作性疾病。楊小玲等[26]對11個ICCA家系及1個ICCA散發(fā)病例進行基因測序，結果表明，不論是家系還是散發(fā)ICCA病例，均存在PRRT2突變，突變c.649_650insC(p.R217PfsX8)最常見。HERON等[27]在 5/6的ICCA家系中發(fā)現(xiàn)了PRRT2突變的存在。因此，PRRT2突變可能是是ICCA的主要致病基因。

2.4 其他相關疾病還有報告提出其他PRRT2相關性疾病還包括發(fā)作性非運動性運動障礙（PNKD）、發(fā)作性過度運動誘發(fā)性運動障礙、發(fā)作性共濟失調、偏癱性偏頭痛[28]。MAINI等[29]報告了一例早期表現(xiàn)為嬰兒癲癇，后來發(fā)展為良性嬰兒肌陣攣的PRRT2突變病例，其突變類型為雜合突變（c.649dupC），最終導致了截斷蛋白(p.Arg217Profs*8)的出現(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)擴大了PRRT2疾病譜。

總的來說，基因突變類型及位點眾多，且基因型與表型之間并不是一一對應關系。此外，表型差異與突變程度密切相關。單個突變的患者精神運動發(fā)育幾乎不受影響，影像學、腦電圖及精神心理測試正常。DELCOURT等[9]對患有發(fā)作性神經系統(tǒng)疾病的患者進行PRRT2突變篩選，發(fā)現(xiàn)五名攜帶純合或復合雜合突變的患者具有更嚴重的臨床表型，出現(xiàn)極少見的持續(xù)性共濟失調、合并智力障礙等表現(xiàn)。LABATE等[23]研究中也發(fā)現(xiàn)攜帶PRRT2（C.649dupC）純合突變的PKD/BFIE患者同時合并智力障礙、發(fā)作性共濟失調、失神等表現(xiàn)。這體現(xiàn)了基因劑量效應，但也有可能是多基因異常。如有研究發(fā)現(xiàn)丟失16P11.2片段的患者和小鼠同時存在其他臨床表現(xiàn)，而這一區(qū)域還存在其他基因突變[30]。因此，進行PRRT2突變的篩查，對這一系列疾病的診斷及治療有重大意義。

3 總結與展望

在多種神經系統(tǒng)發(fā)作性疾病的致病基因篩查中，PRRT2基因突變較為常見。該基因具有不完全外顯和多效性的特點，這可能是其臨床表型范圍廣的原因。同時，在各種動物實驗中，也證實PRRT2突變與這類疾病相關。

綜上所述，PRRT2蛋白具有多種功能，但主要在突觸處發(fā)揮作用，影響神經遞質傳遞，突變則通過各種途徑導致該蛋白功能缺失，進而致病。PRRT2相關疾病范圍較廣，涉及眾多神經系統(tǒng)疾病，其中對PKD的研究最多，但突變以哪一種或幾種機制致病并未有的更詳細的研究。臨床工作中，診治發(fā)作性疾病時，尤其在家族史陽性時，可進行PRRT2基因篩查，可為明確診斷提供重要證據(jù)。同時，在治療方面，攜帶PRRT2突變的患者藥物療效更好，而且抗癲癇藥物如卡馬西平可有效治療PKD可能提示它們存在共同的致病通路。PRRT2疾病有些表現(xiàn)為良性發(fā)展過程，但攜帶純合突變或復合雜合突變的患者有更嚴重的臨床表型，常伴有精神發(fā)育異常，其預后欠佳。更值得深入研究的是，PRRT2相關的部分疾病具有特定的發(fā)病年齡和自愈性，基因的年齡依耐性表達、機體自身的基因修復是否為可能的機制。PRRT2基因及其功能研究，對相關疾病致病機制的研究尤為重要，但具體每種疾病的分子通路機制還需進一步研究。