脊髓延髓肌萎縮癥臨床及分子生物學(xué)的研究進展

崔小雪+歐陽嶷+董一嬌+閻雪晶+陳永振+封宇+劉穎+何志義

[摘要] Kennedy病又稱脊髓延髓肌萎縮癥，是一種X-連鎖隱形遺傳的晚發(fā)性運動神經(jīng)元病，該病的主要臨床癥狀為肌肉無力、萎縮及男性雄激素不敏感，一般僅有男性受累。作為第一個被發(fā)現(xiàn)的多聚谷氨酰胺疾病，Kennedy病同其他PolyQ疾病類似，其發(fā)病機制為位于X染色體的雄激素受體基因1號外顯子三核苷酸（CAG）序列重復(fù)數(shù)目異常增加。目前認為，Kennedy病的發(fā)病機制既包含了正常的雄激素受體功能的缺失，又包含了異常的AR蛋白會對運動神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用。隨著近年來對Kennedy病分子致病機制的進一步研究，一些關(guān)鍵的途徑和機制成為新的治療靶點，目前的治療策略可以分為以下四類：雄激素剝奪療法；基因沉默療法；增加蛋白質(zhì)降解和控制蛋白質(zhì)質(zhì)量；調(diào)節(jié)雄激素受體功能。本文擬針對Kennedy病的臨床及分子生物學(xué)的最新研究進展進行回顧。

[關(guān)鍵詞] Kennedy病；多聚谷氨酰胺疾病；基因診斷；雄激素受體；藥物治療

[中圖分類號] R744 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）03（b）-0045-04

Research progress of clinical and molecular biology of spinal and bulbar muscular atrophy

CUI Xiaoxue OUYANG Yi DONG Yijiao YAN Xuejing CHEN Yongzhen FENG Yu LIU Ying HE Zhiyi

Department of Neurology， the First Affiliated Hospital of China Medical University， Liaoning Province， Shenyang 110001， China

[Abstract] Kennedy disease， also known as spinal and bulbar muscular atrophy， is an X-linked recessive， late-onset neuromuscular disease. Phenotypically， patients present with weakness and atrophy of muscle and male androgen insensitivity. The disease exclusively affects adult males. Kennedy disease， which is the first polyglutamine disease discovered， is caused by an expanded CAG repeat in the androgen receptor gene on the X chromosome. The mutant androgen receptor protein causes both a loss and gain of androgen receptor function. Over the past decade， the deeper understanding of the pathomechanisms that play a role in Kennedy disease has increased dramatically. Some of the key pathomechanisms become the new therapeutic strategies， which can be divided into the following four categories： androgen deprivation； gene silencing； increased protein degradation and protein quality control； modulation of androgen receptor function. This paper discusses the recent advances in clinical and molecular biology of Kennedy disease.

[Key words] Kennedy disease； Polyglutamine disease； Gene diagnosis； Androgen receptor； Pharmacotherapy

Kennedy病又稱脊髓延髓肌萎縮癥（spinal and bulbar muscular atrophy，SBMA），是一種X-連鎖隱形遺傳的晚發(fā)性運動神經(jīng)元病，美國醫(yī)生Kennedy于1968年首先報道此病[1]，其主要臨床表現(xiàn)為延髓支配的肌肉及肢體近端肌肉的無力、萎縮和震顫，多伴有不育癥及乳房發(fā)育等不完全性雄激素不敏感綜合征，也可累及感覺神經(jīng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)。1991年La Spada等[2]將該病致病基因定位于Xql1-12，其發(fā)病機制為X染色體上的雄激素受體（AR）基因1號外顯子三核苷酸（CAG）序列重復(fù)數(shù)目異常增加。一般僅有成年男性受累，女性多為無癥狀的攜帶者。即使女性AR攜帶突變的純合子，也不出現(xiàn)或出現(xiàn)較輕的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀[3]。目前雖然有實驗證實亮丙瑞林等雄激素剝奪藥物能起到阻止或延緩Kennedy病動物模型病情進展的作用，但Kennedy病的臨床治療研究仍處于起步階段[4]。本文著重闡述近年來國際上關(guān)于Kennedy病發(fā)病機制、臨床特點的研究進展以及治療方面的展望。

1 Kennedy病的發(fā)病機制

Kennedy病是第一種被發(fā)現(xiàn)的多聚谷氨酰胺疾病，其后證實亨廷頓病、齒狀核紅核蒼白球丘腦底核萎縮和6種類型的脊髓小腦性共濟失調(diào)也屬于該類疾病[5]。

1.1 致病基因

1991年La Spada等[2]對35個無血緣關(guān)系的Ken-nedy病患者進行研究，從而確定該病是由于AR基因CAG三核苷酸重復(fù)擴增所致。正常健康人AR基因第1外顯子CAG重復(fù)次數(shù)為11～36次，Kennedy患者則多達38～62次[6]。最新的歐洲神經(jīng)科學(xué)聯(lián)合會（EFNS）指南將患者AR基因第1個外顯子三核苷酸CAG重復(fù)序列數(shù)目≥35次作為診斷的依據(jù)[7]。研究表明，CAG重復(fù)次數(shù)的多少與Kennedy病的進展速度無關(guān)，而與該病的發(fā)病年齡成負相關(guān)[8]，Kennedy病存在遺傳早現(xiàn)現(xiàn)象。此外，最近關(guān)于神經(jīng)傳導(dǎo)與CAG重復(fù)次數(shù)關(guān)系的研究表明，CAG的重復(fù)次數(shù)越多，患者的運動神經(jīng)癥狀越明顯，反之，則感覺神經(jīng)癥狀明顯[9]。由此有學(xué)者提出將CAG重復(fù)次數(shù)≥47次歸為運動主型，將CAG重復(fù)次數(shù)<47次歸為感覺主型，感覺主型的患者往往伴隨大腿的姿勢性震顫[10]。

1.2 雄激素受體的結(jié)構(gòu)和功能

AR蛋白屬于類固醇/甲狀腺激素受體家族，通過與靶基因的雄激素反應(yīng)元件結(jié)合從而介導(dǎo)雄激素的功能和調(diào)節(jié)靶基因的表達。現(xiàn)已證實，突變的AR蛋白的毒性是配體依賴性的，換言之，Kennedy病屬于雄激素依賴性疾病[11]。在生理狀態(tài)下，AR蛋白是一種配體依賴性轉(zhuǎn)錄因子，在未激活情況下位于胞漿中，與熱休克蛋白Hsp90和Hsp70結(jié)合并形成復(fù)合體，阻止AR蛋白向細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移。而配體睪酮及雙氫睪酮存在時，AR蛋白就會與熱休克蛋白Hsp90和Hsp70分離，分離后的睪酮-AR蛋白復(fù)合物被激活并轉(zhuǎn)移至細胞核內(nèi)，識別并結(jié)合特異基因，AR蛋白作為一個配體激活轉(zhuǎn)錄因子來改變靶基因的表達[12]。

1.3 致病機制

在其他因基因突變產(chǎn)生異常AR的疾病中，患者會出現(xiàn)雄激素不敏感的表現(xiàn)，但不會出現(xiàn)進行性的肢體無力。因此有學(xué)者推測突變的AR蛋白通過以下兩點機制致病：①正常AR功能的缺失使患者出現(xiàn)雄激素不敏感的表現(xiàn)。同時，運動神經(jīng)元缺少正常的AR蛋白會產(chǎn)生變性及壞死；②異常的AR蛋白會對運動神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用[12]。

在過去的10年中，對于Kennedy病的病理機制研究有了突破性的進展，目前認為相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄失調(diào)、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激反應(yīng)及神經(jīng)元軸突運輸障礙也是Kennedy病發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。最新的研究表明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在Kennedy病發(fā)病過程中起重要作用，同時也為Kennedy病的治療提供新的靶點[13]。

2 Kennedy病的臨床特點

Kennedy病一般累及成年男性，發(fā)病率為1/40 000[6]。該病的主要臨床表現(xiàn)為延髓所支配的肌肉及四肢肌肉的無力、萎縮及震顫，同時伴有腱反射的減弱或消失，病理征陰性，其原因推測與腦干及脊髓的下運動神經(jīng)元功能退化有關(guān)。患者的癥狀通常出現(xiàn)在四肢肌肉的近端，偶爾會出現(xiàn)不對稱的肌肉無力。肌肉無力的癥狀一般出現(xiàn)在30～60歲之間，但大部分患者在此之前數(shù)年就存在非特異性的姿勢性震顫及肌束震顫[14]。多數(shù)患者同時伴有雙側(cè)面肌和咬肌的無力、懸雍垂及軟腭運動的減少以及舌肌的萎縮和纖顫等，并且隨著疾病的進展，逐漸出現(xiàn)吞咽困難。患者偶爾會出現(xiàn)喉痙攣，進而出現(xiàn)突發(fā)的呼吸困難，危及生命，研究表明伴有喉痙攣的患者在聲帶振動是伴有混亂的噪音[15]。少數(shù)病例可伴有自主神經(jīng)功能障礙、認知功能障礙及小腦性共濟失調(diào)等癥狀[16]。Kennedy病多數(shù)患者伴有不育癥及男性女乳等不完全性雄激素不敏感綜合征，腹部肥胖在Kennedy病中亦比較常見。

在Kennedy病的電生理研究中，肌電圖檢查常顯示神經(jīng)源性改變及遠端潛伏期延長，大多數(shù)病例會出現(xiàn)運動單位的減少，感覺神經(jīng)的動作電位和誘發(fā)電位減弱或消失[17]。內(nèi)分泌方面的檢驗結(jié)果顯示多數(shù)患者有血清肌酸激酶水平的升高[18]。一些患者同時伴有高脂血癥、肝功能異常和葡萄糖耐受不良，但上述異常在臨床中并不特異。

3 Kennedy病的治療現(xiàn)狀及展望

根據(jù)近年來對Kennedy病分子致病機制的進一步研究，目前的治療策略可以分為以下四類：雄激素剝奪療法；基因沉默療法；增加蛋白質(zhì)降解和控制蛋白質(zhì)質(zhì)量；調(diào)節(jié)雄激素受體功能[19]。

3.1 雄激素剝奪療法

亮丙瑞林是一種促黃體生成素釋放激素類似物，可以抑制雌激素和雄激素的合成和分泌。隨機對照臨床研究發(fā)現(xiàn)，Kennedy病患者越早使用亮丙瑞林進行治療，預(yù)后越好[20]。度他雄胺為5-α還原酶抑制劑，可以阻止睪酮轉(zhuǎn)變成更有活性的二氫睪酮[21]。Fernández-Rhodes等[22]開展的隨機雙盲對照研究結(jié)果顯示，對照組患者與治療前相比定量肌肉評估（quantitative muscle assessment，QMA）下降4.5%，而治療組則增加1.3%，但兩組間差異并無統(tǒng)計學(xué)意義。該研究表明度他雄胺在治療Kennedy病方面可能并無作用。不過上述實驗樣本量過小，治療周期相對較短，仍需要進一步實驗驗證度他雄胺在治療Kennedy病方面是否有效。

3.2 基因沉默療法

基因沉默療法治療目標是抑制突變蛋白的產(chǎn)生，是目前針對Kennedy病及其他多聚谷氨酰胺疾病比較有前景的一種治療方法。其中基于RNA的治療方法蘊含著巨大的潛力，比如RNA干擾技術(shù)（RNA interference，RNAi）和抗寡核苷酸轉(zhuǎn)錄療法（antisense oligonucleotides，AONs）。但是目前這種治療方法依然存在技術(shù)障礙而未應(yīng)用于臨床。

在向Kennedy病小鼠模型的腦室內(nèi)給予AONs后，小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的突變體基因的表達被抑制，并且推遲了運動功能障礙的發(fā)病和進展[23]。而若是在Kennedy病小鼠模型的皮下給予AONs后，AONS僅在周圍神經(jīng)對突變基因的表達有抑制作用，而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中并無此作用，而且研究還發(fā)現(xiàn)皮下給予AONs后可以延長Kennedy病小鼠模型的壽命，并增加肌肉的重量及力量[24]。

3.3 增加蛋白質(zhì)降解和控制蛋白質(zhì)質(zhì)量

突變的AR蛋白在細胞內(nèi)的聚集是Kennedy病的關(guān)鍵病理特征，因此，增加突變AR蛋白降解和控制蛋白質(zhì)質(zhì)量成為目前較有吸引力的治療方法，其中包括蛋白質(zhì)分子伴侶和熱休克應(yīng)答（heat shock response，HSR）。分子伴侶的功能是穩(wěn)定地展開錯誤折疊的蛋白質(zhì)并幫助他們正確折疊成天然構(gòu)象。最新的研究報道，一種叫做芍藥苷化合物可以增強分子伴侶的表達，并提高泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin-proteasome system，UPS）和自噬通路[25]。同時內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激也被證明可以有效地降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)的細胞凋亡[13]。

3.4 調(diào)節(jié)雄激素受體功能

近年來，對于Kennedy病及其他多聚谷氨酰胺疾病的研究表明，相較于異常AR蛋白對運動神經(jīng)元產(chǎn)生的毒性作用，正常AR蛋白性質(zhì)的改變對于Kennedy病的發(fā)病起決定性作用，所以，治療重點是使異常AR蛋白表達正常AR蛋白的功能。有研究表明，氨基末端-羧基末端（N/C）的相互作用是異常的AR蛋白在細胞內(nèi)聚集并對細胞產(chǎn)生毒性的必要過程，選擇性的雄激素受體調(diào)節(jié)劑可以阻止N/C的相互作用，從而可以恢復(fù)AR蛋白的正常功能，并減少異常AR蛋白在細胞內(nèi)聚合和對細胞產(chǎn)生的毒性作用，這種治療方案不僅可以改善Kennedy病患者的臨床癥狀，同時也保留了AR的轉(zhuǎn)錄功能[26]。

3.5 克侖特羅

Querin等[27]開展了一項克倫特羅治療Kennedy病的16例自身對照實驗，結(jié)果顯示，克倫特羅可提高Kennedy患者3個月和12個月的6 min步行能力約12%，但不能使患者肌萎縮側(cè)索硬化功能評分（ALSFRS-R）獲得改善，還可導(dǎo)致血中肌酶水平明顯增高。克倫特羅是β2受體激動劑，具有較強的促進肌肉合成和降解脂肪的作用，理論上對Kennedy病的發(fā)病機制并無影響，只是被動增加肌肉合成，因此難以延緩病情進展，而且克侖特羅毒性作用較大，因此克倫特羅對Kennedy病的治療是否有療效還需要進一步進行大規(guī)模隨機雙盲對照實驗來驗證。

由于Kennedy病的發(fā)病機制尚未完全闡明，故現(xiàn)有的治療方案大都只停留在動物模型實驗階段。在上述治療方法中，只有雄激素剝奪治療方案已應(yīng)用到臨床試驗[4]。雄激素剝奪治療雖可改善病情，但會降低血清睪酮水平，影響患者性功能及生育能力。因此，進一步研究上述其他治療方法會為Kennedy病的臨床治療帶來新的希望。

綜上所述，隨著近年來對Kennedy病的發(fā)病機制、臨床特點、診斷及治療研究的逐步深入，學(xué)者們對Kennedy病有了更為深刻的認識。AR基因受體的基因分析大大降低了該病的誤診及漏診率，而確診后通過亮丙瑞林等藥物的早期干預(yù)可能對患者的癥狀改善有益。由于目前Kennedy病尚無真正可以應(yīng)用于臨床的有效治療藥物，因此今后對該病發(fā)病機制的進一步研究將會為治療帶來新的突破。

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