原發(fā)性進行性失語的基因機制研究進展

封世文，李倩南，楊龍，邵可青

1.南通大學(xué)，江蘇南通市 226019；2.江蘇師范大學(xué)語言能力協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇徐州市 221009；3.江蘇省語言與認知神經(jīng)科學(xué)重點實驗室，江蘇徐州市 221009

隨著研究水平的發(fā)展，語言障礙的基因遺傳背景研究已成為近十多年來學(xué)者共同關(guān)心的話題。對相關(guān)基因的研究，既有利于了解某些疾病并發(fā)語言障礙的發(fā)病機理和神經(jīng)機制，從而加深對人類語言能力的了解，又有利于開展語言康復(fù)。

對原發(fā)性進行性失語(primary progressive aphasia,PPA)的臨床表現(xiàn)和分類等問題的研究已取得一定進展，但其發(fā)病機理仍不明晰。隨著遺傳基因?qū)W研究的發(fā)展，一些與PPA 密切相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，如肌萎縮性側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)和額顳葉癡呆(Frontotemporal dementia,FTD)研究的進展，以及發(fā)現(xiàn)與語言障礙相關(guān)的“語言基因”等，促進了PPA 研究的深入。對PPA 與基因的相關(guān)性研究不僅可以應(yīng)用于語言障礙的預(yù)防和康復(fù)，揭示人類大腦的語言能力，還可以為PPA的臨床診療服務(wù)。

1 PPA

Mesulam[1]于1982 年首次報道6 例以語言功能障礙為首發(fā)癥狀的PPA 患者，其中1 例在描述病情時有明顯的語法障礙，類似Broca失語；進一步測查發(fā)現(xiàn)，該患者并非是簡單的Broca失語，不存在明顯構(gòu)音障礙、偏癱等癥狀，且左Broca 區(qū)甚至其他腦區(qū)未見明顯腦血管損傷；與一般類型的失語癥不同，患者的記憶保持正常；活檢排除阿爾茨海默病的可能。Mesulam[1]將這種病癥命名為PPA，其中“原發(fā)性”依據(jù)患者在發(fā)病初期能否保留對近期事件、熟悉的面孔、事物或動作等的回憶來判斷，“進行性”指逐年變化。

家族病理臨床研究雖然表明PPA 有家族遺傳性，但只占小部分，大部分PPA 患者找不出家族遺傳性背景[2]。PPA 患者的語言障礙主要表現(xiàn)為突出的命名障礙、輕度語法缺失和口語流利性損傷[3]，同時還缺少對行為和物體識別的應(yīng)變能力[1]，其日常生活能力，記憶、推理和判斷等多數(shù)認知能力仍正常保留。雖然部分研究也發(fā)現(xiàn)該類患者認知功能存在一定障礙，但語言障礙始終是主要的，而且發(fā)生在其他認知功能缺失之前[4]。

依據(jù)語言障礙的不同表現(xiàn)，PPA 可分為3 類：非流利型、語義性和語音性。非流利型PPA 偶伴構(gòu)音障礙，主要表現(xiàn)為語法缺失嚴重，單詞理解能力相對保留[5-6]；語義性PPA又稱語義癡呆性PPA，主要表現(xiàn)為單詞理解能力差，尤其是對詞匯和事物命名的能力，語法流利性相對保留[7]；語音性PPA 的特征是由于詞頻而導(dǎo)致的流利性中斷，語音工作記憶損傷嚴重，句法和單詞理解能力相對完整[5,8]。

近年來，有大量研究聚焦于PPA 的語言障礙，如研究患者的語言網(wǎng)路[9]、語義變異[10-12]、言語產(chǎn)出障礙[13-14]等，涉及多種技術(shù)，如采用MRI研究命名障礙[15]，采用經(jīng)顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)研究患者語言康復(fù)過程中腦皮層體積的變化[14,16-17]等。研究發(fā)現(xiàn)，PPA的腦結(jié)構(gòu)改變突出表現(xiàn)為單側(cè)或雙側(cè)不對稱性腦萎縮，主要集中于左側(cè)額葉和顳葉[18]；其中非流利性和語音性PPA 患者常出現(xiàn)外側(cè)裂周圍區(qū)萎縮，而語義性PPA 患者則經(jīng)常于顳前、上皮質(zhì)出現(xiàn)萎縮[19-20]。國內(nèi)對PPA 的病例追蹤報道較多[21-22]，在影像學(xué)觀察、臨床語言障礙特征描述、臨床量表研制以及國外相關(guān)研究介紹方面取得不少進展[23-28]。

PPA 是臨床常見的退行性神經(jīng)系統(tǒng)性言語障礙疾病，發(fā)病年齡一般在65 歲之前，以45～65 歲最為集中，發(fā)病率(1～3)/1萬[29]。突出的臨床表現(xiàn)是行為改變和認知能力受損，語言功能進行性衰退[1]。由于PPA 與ALS 和FTD 等多種與基因變異有關(guān)的神經(jīng)疾病關(guān)系密切，近年來受到較高關(guān)注。

2 語言障礙的基因基礎(chǔ)

基因與語言腦機制的關(guān)系一直是學(xué)者討論的核心問題。早期關(guān)于語言基因突變的討論是叉頭框P2 (forkhead box p2,FOXP2)基因，源于對KE 家族的研究。FOXP2位于人第7 對染色體(7Q31)。

Hurst 等[30]發(fā)現(xiàn)，KE 家族三代人中，15 人受語言障礙困擾。Fisher等[31]進一步將KE 家族的語言障礙基因定位于第7 對染色體，這個位置被稱為言語-語言障礙1(speech-language disorder-1,SPCH1)。之后，Lai 等[32]發(fā)現(xiàn)小男孩CS 的語言障礙和KE家族相似，但與KE家族沒有任何關(guān)系；基因分析發(fā)現(xiàn)，他的第7 對染色體損傷，損傷位于含有蛋白質(zhì)編碼基因的中段，這個轉(zhuǎn)錄因子叉頭框基因群的新成員被稱為FOXP2。Vargha-Khadem 等[33]發(fā)現(xiàn)，發(fā)展性言語障礙(developmental verbal dyspraxia,DVD)也與FOXP2相關(guān)。故FOXP2被稱為“語言基因”。隨著研究深入，語言基因的說法受到越來越多質(zhì)疑：完整的基因組資料顯示，其他動物，甚至鳥類、魚類等較為低級的動物中，也存在類似的基因序列。Enard 等[34]推測，非洲黑猩猩和人類的FOXP2基因包含的兩種氨基酸不同，導(dǎo)致人類語言的進化。Konopka等[35]進一步證實，人類和大猩猩的FOXP2基因在兩個氨基酸上的不同，影響人類神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，這些基因?qū)е碌牡鞍踪|(zhì)變異讓人類能夠產(chǎn)生適合進化出語言的大腦結(jié)構(gòu)。Enard 等[36]將人類FOXP2突變基因植入小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠的行為改變，同時多巴胺水平以及某些神經(jīng)結(jié)構(gòu)如基底神經(jīng)節(jié)等也發(fā)生改變。這些研究表明FOXP2在基底神經(jīng)節(jié)的表達或許對人類語言的進化極其重要。

對FOXP2的研究被拓展到對基因性語言障礙的領(lǐng)域，PPA就是近來被關(guān)注較多的一種基因性語言障礙。研究發(fā)現(xiàn)[37]，F(xiàn)OXP2的變異也與PPA患者的顳葉和額葉等語言加工區(qū)的異常相關(guān)。

3 PPA的基因機制

3.1 基因突變

研究發(fā)現(xiàn)[38-39]，約20%～30%患者存在常染色體顯性遺傳，其中大多數(shù)患者的基因變異與微管相關(guān)蛋白-tau (microtubuleassociated protein tau,MAPT)、顆粒蛋白前體(progranulin,PGRN)、TAR DNA 結(jié)合蛋白43 (TAR DNA-binding protein 43,TARDBP/TDP43)、含纈酪肽蛋白(valosin containing protein,VCP)、動力蛋白激活蛋白1(dynactin subunit 1,DCTN-l)、肉瘤融合蛋白(fused in sarcoma,FUS)和帶電荷的多囊泡體蛋白2B(charged multivesicular body protein 2B,CHMP2B)等相關(guān)。

Snowden 等[40]發(fā)現(xiàn)，約20%家族性疾病致病原因與MAPT基因突變有關(guān)，其中又包含許多與PGRN基因相關(guān)的病例，這個致病基因位于MAPT上部17q21 肌紅蛋白處。Baker 等[41]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)337的曼徹斯特家族存在Q486X基因序列突變，F(xiàn)53家族存在Q130SfsX124 基因序列突變；他們還發(fā)現(xiàn)C31LfsX34 和T382SfsX29兩個序列的框架轉(zhuǎn)移以及位于8號外顯子的一個基因突變。Cruts 等[42]研究了一個龐大的比利時家族(DR8)中普遍存在的基因突變，發(fā)現(xiàn)在基因內(nèi)含子0的+5位置相關(guān)的第一個非編碼外顯子0中，存在G-C顛換(IVS0+5G＞C)。隨后的研究中又發(fā)現(xiàn)其他4 個基因突變，其中一個沒有意義(Q125X)，兩個存在框架轉(zhuǎn)移(P127RfsX1 和A237WfsX3)，另一個外顯子中的G-A 顛換破壞了甲基轉(zhuǎn)移酶1(methyltransferase 1,Met1)的轉(zhuǎn)錄起始密碼子。因此顆粒蛋白(granulin,GRN)突變造成的基因序列譯碼終止等可能是FTD發(fā)病的原因。Van Swieten等[43]綜述此類失語中GRN突變的臨床和病理學(xué)改變，以區(qū)別此類遺傳失語的不同類型。此外，GRN突變會導(dǎo)致TARDBP 積累的異常，但原因不明。

GRN突變引起的PPA 臨床表征受到關(guān)注。Caso 等[44]研究1例攜有GRN突變患者，發(fā)現(xiàn)主要癥狀為在日常交談中出現(xiàn)詞語提取困難，說話不流利，無法有效理解復(fù)雜或長句子等。依據(jù)現(xiàn)行標準，該患者臨床診斷為非流利性PPA。隨著研究深入，GRN突變近來還被用于臨床篩選PPA患者[45]。

Cruchaga 等[46]對發(fā)展性非流利失語的研究發(fā)現(xiàn)，進行性非流利性失語(progressive nonfluent aphasia,PNFA)患者GRN基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變異；進一步對比6例PNFA患者、4例基因突變攜帶者和9例對照的腦成像，基于體素的形態(tài)分析(voxel-based morphometry,VBM)發(fā)現(xiàn)，基因突變攜帶者大腦語言區(qū)明顯萎縮，主要為大腦額葉，尤其是左額葉灰質(zhì)減少；功能磁共振成像研究中，被試執(zhí)行將語音轉(zhuǎn)換成詞的任務(wù)，發(fā)現(xiàn)基因突變攜帶者注意力分散，工作記憶有所損失。研究結(jié)果表明，Cys521Tyr 突變所關(guān)聯(lián)的早期大腦損傷不限于語言區(qū)，與語言加工相關(guān)的認知功能也存在損傷。

3.2 C9基因序列重復(fù)擴增

C9基因與PPA 以及相關(guān)神經(jīng)退行性疾病間似乎存在緊密關(guān)聯(lián)[47-49]，其中最重要是C9基因序列重復(fù)擴增效應(yīng)。C9基因突變與PPA 發(fā)病機制的相關(guān)性不僅得到基礎(chǔ)研究證明，也獲得臨床數(shù)據(jù)支持。

ALS 和FTD 作為最常見的神經(jīng)退行性疾病與C9基因相關(guān)[49]。已報道的幾個患有常染色體顯性FTD和ALS的家庭，遺傳學(xué)上都與染色體9p21 區(qū)相關(guān)。這引發(fā)對于基因突變與PPA癥狀之間關(guān)系的探討。

Orr[50]的綜述提到，通過對相關(guān)患者的長期跟蹤調(diào)查，染色體9p21 區(qū)的突變，即C9基因序列中六核苷酸的重復(fù)擴增，可能是造成PPA 相關(guān)失語癥的主要原因。DeJesus-Hernandez等[48]對一個較大的FTD、ALS 家族(與染色體9p 有關(guān))進行的長期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，臨床存在不同程度語言障礙的患者，C9基因均存在一個非解碼的GGGGCC 六核苷酸重復(fù)擴增現(xiàn)象，即6 個DNA 堿基在不包含蛋白質(zhì)生成指令的基因部分不斷重復(fù)。正常情況下，六核苷酸可重復(fù)多達20 次，但一些患者卻有數(shù)十甚至數(shù)百次重復(fù)。C9基因突變導(dǎo)致4%的散發(fā)性病癥，某些群體中具有高遺傳性的病癥也由C9基因突變引起。

Renton等[49]發(fā)現(xiàn)，C9基因第一內(nèi)含子中存在六核苷酸重復(fù)擴增；在芬蘭患者中，46%家族性ALS和21.1%散發(fā)性ALS患者由于六核苷酸重復(fù)擴增變異導(dǎo)致；這些家族性ALS患者的歐洲遠系親屬中，1/3 也出現(xiàn)C9基因突變。證明FTD、ALS 等PPA相關(guān)病癥可能與C9基因突變有關(guān)。

但Majounie 等[47]對從全球17 個地區(qū)篩選出的4448 例ALS患者和1425 例FTD 患者，檢測六核苷酸重復(fù)擴增，并收集患者相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的家族史材料等，發(fā)現(xiàn)C9基因六核苷酸重復(fù)擴增現(xiàn)象的比例并不大，大部分是歐美種族，只有1 例亞洲家族性ALS 患者(共20 例)和2 例家族性FTD 患者(共3 例)存在C9基因突變。C9orf72 六核苷酸重復(fù)擴增與PPA 的關(guān)系需要進一步研究。

Haeusler 等[51]發(fā)現(xiàn)，C9基因六核苷酸重復(fù)擴增結(jié)構(gòu)的基因多態(tài)性是導(dǎo)致ALS 和FTD 的原因。該研究對ALS 和FTD 患者C9基因六核苷酸重復(fù)擴增的G-四鏈特性與ALS、FTD 病理缺陷的關(guān)系進行驗證，發(fā)現(xiàn)這些患者都會出現(xiàn)不同程度的言語障礙和其他行為障礙。表明在DNA 和RNA 水平上，顯著的C9基因六核苷酸重復(fù)擴增結(jié)構(gòu)多態(tài)性會引發(fā)導(dǎo)致ALS 和FTD 的分子級聯(lián)，從而引發(fā)相關(guān)神經(jīng)退行性病。Zhou 等[52]發(fā)現(xiàn)，C9基因中核苷酸多態(tài)性導(dǎo)致的轉(zhuǎn)錄失敗，是造成C9突變誘發(fā)ALS 和FTD 的潛在原因。這些研究證實C9 基因突變確實會導(dǎo)致ALS 和FTD 等PPA 相關(guān)疾病，表明C9基因突變是導(dǎo)致PPA相關(guān)疾病的關(guān)鍵因素。

3.3 C9基因序列重復(fù)擴增機制

C9基因突變導(dǎo)致PPA 等神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的具體機制目前仍然未知[53]。Xu 等[54]對果蠅和哺乳動物的實驗研究證實，RNA 代謝中的六核苷酸重復(fù)擴增是引發(fā)退行性神經(jīng)疾病的主要原因，其中嘌呤豐富元件結(jié)合蛋白(recombinant purine rich element binding protein,Pur-α)作為核苷酸重復(fù)的RNA 結(jié)合蛋白，與核苷酸重復(fù)，并以特定的順序互相作用。另外，復(fù)雙肽(dipeptide repeats,DPRs)蛋白也可能是病因之一。Mori 等[53]認為，從臨床癥狀來看，C9基因突變導(dǎo)致的FTD 與其他類型FTD 患者只有非常細微的差別。除了TDP43 病理學(xué)改變外，C9基因突變相關(guān)FTD 患者出現(xiàn)大量TDP43 陰性、泛素結(jié)合蛋白p62 (ubiquitin-binding protein p62,P62)陽性的點狀和星形包涵體，主要位于小腦、海馬和額顳葉皮層，可能由易于聚集的DPRs 蛋白組成，后者由非編碼的六核苷酸重復(fù)序列雙向翻譯形成，即RAN 翻譯。通過使用特異性針對正義和反義DPRs的抗體，研究證實在缺乏自噬相關(guān)蛋白(autophagy-related protein,ATG)起始密碼子時，六核苷酸擴增確實反向翻譯形成5 種DPRs 蛋白。通過對DPRs 和TDP43 病理神經(jīng)解剖學(xué)分布進行深入分析，發(fā)現(xiàn)DPRs包涵體病理學(xué)表現(xiàn)是C9基因重復(fù)擴增的直接結(jié)果；由RAN 翻譯所致的DPRs 聚集是C9基因相關(guān)PPA的主要病理學(xué)特征。Bonham 等[55]發(fā)現(xiàn)，PPA 患者與語義知識喪失有關(guān)的基因表達，不但與TDP43相關(guān)基因間相互作用發(fā)生的常規(guī)變異相關(guān)，還與細胞死亡等整個神經(jīng)系統(tǒng)變異相關(guān)。

六核苷酸重復(fù)序列與PPA 相關(guān)疾病的發(fā)病機制，主要表現(xiàn)為：①重復(fù)序列擴增可能干擾C9基因表達；②GGGGCC 序列可能會在某些RNA 位點聚集，阻斷RNA 結(jié)合蛋白，破壞RNA功能；③在RNA 六個閱讀框中的重復(fù)序列會被翻譯進入蛋白，且不依賴于起始密碼子ATG。這三者之間相互并不排斥，都有利于對PPA發(fā)病機制的探究。

3.4 其他基因變異

除了C9基因中非編碼的六核苷酸重復(fù)擴增外，還存在與PPA 發(fā)病基因突變相關(guān)的另外兩種解釋——MAPT和PGRN。Whitwell 等[56]對56 例行為變異型FTD 患者(C9突變19 例，MAPT突變25例，PGRN突變12例)和20例散發(fā)性FTD患者(包括50%的ALS)行MRI掃描，這些患者語言產(chǎn)出均存在缺陷，表現(xiàn)為不同程度語法缺失等。研究發(fā)現(xiàn)，C9、MAPT和PGRN突變所引發(fā)的大腦萎縮區(qū)域不同，與對稱萎縮有關(guān)的C9基因主要涉及背外側(cè)、內(nèi)側(cè)和眶額葉，以及顳葉、頂葉、枕葉和小腦；MAPT突變主要涉及前內(nèi)側(cè)顳葉萎縮；PGRN突變主要涉及顳頂葉。Zhang 等[57]提出，核質(zhì)運輸可以作為神經(jīng)退行性疾病的一個有效抑制器，提高蛋白質(zhì)的核輸入或抑制核輸出都可以抑制該類疾病，核質(zhì)運輸能力損傷將導(dǎo)致該類疾病發(fā)生。

4 小結(jié)

上述研究為PPA 的臨床診治以及相關(guān)藥物的開發(fā)提供了路徑。對額顳葉變性詳細的神經(jīng)病理學(xué)研究已經(jīng)引發(fā)對該類患者蛋白病理的研究。除明確C9基因序列中六核苷酸重復(fù)序列增加與PPA 存在直接關(guān)聯(lián)外，已有研究發(fā)現(xiàn)這種重復(fù)序列已經(jīng)形成新的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，而這種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)成為近期研究的熱點，甚至推測對新蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的探究可以為藥物治療PPA 及相關(guān)疾病提供很好的靶標[51,53]。

綜上所述，分子遺傳學(xué)研究確定了與PPA 相關(guān)的5 個致病基因，其中MAPT、GRN和功能未知的C9基因最常發(fā)生突變，在VCP和CHMP2B中也確認了罕見的突變。由于PPA 較為復(fù)雜，結(jié)合臨床特征、神經(jīng)影像、生物和基因生物指標建立詳細的診斷至關(guān)重要。

PPA 等神經(jīng)退行性疾病剝奪了患者說話的權(quán)利。隨著基因技術(shù)的飛速發(fā)展和臨床研究的不斷深入，PPA 等與基因變異密切相關(guān)失語癥的發(fā)病機制正被逐漸揭開。尋找與語言障礙緊密相關(guān)的基因及其作用方式，可以用于評估個體發(fā)展中存在的語言發(fā)展性障礙，對符合PPA 臨床和基因表現(xiàn)的個體做出早期干預(yù)，從臨床康復(fù)、基因治療等方面改善甚至恢復(fù)語言功能。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。