帕金森病相關基因研究進展

李瑞 李斯琴

【關鍵詞】帕金森病；SNCA基因；LRRK2基因；散發型基因

【中圖分類號】R365 【文獻標志碼】B 【文章編號】1005-0019（2018）10-293-01

帕金森病（Parkinson′s disease，PD）是發病率僅次于阿爾茨海默病的中樞神經退行性疾病。研究表明遺傳易感性和環境因子都可以導致PD的發生，但是引起PD的主要原因現在仍無法確定。PD以散發性（idiopathic Parkinson′s disease，iPD）為主，約 10%～15%呈現家族性（familial Parkinson′s disease，fPD）。目前發現的PD致病基因，大部分是在fPD家系中被篩查出來的[1， 3-7]。隨著基因檢測技術的進步，iPD患者的相關基因研究亦廣泛展開。目前已發現超過20個易感基因突變位點。綜合歷年來研究成果，導致帕金森病的生物通路一般認為有突觸的神經信號傳遞異常、細胞內的物質運輸障礙、溶酶體的自噬作用、線粒體異常等，有幾十種基因與帕金森發病相關[8， 9]。不同的PD致病基因通過不同的途徑、方式，作用于不同地區的不同人群，致使PD患者間的臨床表型存在異質性。本文參閱以往關于帕金森病基因檢測方面的諸多文獻，對目前研究比較深入的基因突變類型加以綜述，從分子水平對PD進行描述。

1 家族型PD相關致病基因

1.1 SNCA基因（PARK1/4） SNCA基因（α-突觸核蛋白基因，α-synuclein），又被稱作PARK1/4。是在1997年發現的第一個和fPD相關的致病基因片段，定位在染色體4q21-q23上。其致病基因改變主要表現為錯義突變、多倍體重復突變。A53T（第53位丙氨酸突變為蘇氨酸）是被鑒定出的第一個錯義突變類型。隨后研究者又發現了另外兩個突變A30P（第30位丙氨酸突變為脯氨酸）和E64K（第46位谷氨酸突變為賴氨酸）。后續研究中，在PD家系的這個基因座上又發現有雙倍或者三倍的重復序列，存在三倍重復序列的家族發病更早[10-16]。

α-synuclein基因編碼一個140氨基酸組成的蛋白，屬于突觸核蛋白家族。α-synuclein蛋白在哺乳動物腦組織中廣泛表達并且在突觸前富集[17， 18]。α-synuclein蛋白主要作用：（1）調控突觸囊泡的再生和多巴胺傳遞；（2）通過保護脂質免受水解而調控脂代謝，并且調控突觸前囊泡庫大小；（3）抑制磷脂酶D2活性，從而在信號傳導、細胞骨架動態調整等方面發揮功能；（4）抑制酪氨酸羥化酶活性，從而影響酪氨酸向左旋多巴的轉變。α-synuclein蛋白，是Lewy小體和神經突觸的重要組成部分，這個蛋白有功能獲得性毒性。有研究表明α-synuclein蛋白的過度聚集可以導致多巴胺神經元細胞凋亡，而突變的α-synuclein蛋白有聚集的趨勢并形成聚合物，是Lewy小體內重要的組成部分。聚集的α-synuclein蛋白可引起神經元線粒體功能障礙而導致神經元受損，還可引起泛素-蛋白酶體功能障礙從而導致相關底物的降解受阻，這可能也是Lewy小體形成的原因[19， 20]。

基于以上研究成果推斷，α-synuclein基因被認為在PD發病過程中發揮核心作用，主要依據表現在：（1）α-synuclein突變體A53T、A30P、E46K可以在不同PD家系中被鑒定出來[21-23]；（2）α-synuclein基因序列重復和PD發病密切相關；（3）纖維狀α-synuclein蛋白是PD患者Lewy小體的主要成分。α-synuclein突變通過獲得性功能（gain-of-function）毒性導致PD的發生、發展，這與其顯性遺傳性狀表現一致。一般認為α-synuclein基因過表達或突變引起α-synuclein蛋白聚集，會產生細胞毒性而引起多巴胺神經元壞死，繼而導致PD。

α-synuclein基因突變所致fPD患者的主要臨床特點為：①染色體顯性遺傳，每代連續發病；②發病年齡（age at onset，AAO）早，平均46歲；③病情進展快，平均病程<9年；④具有運動遲緩、靜止性震顫、強直等典型PD臨床表現，常伴有如共濟失調、精神癥狀、錐體系損害等非典型PD癥狀；⑤具有較高的癡呆發生率；⑥病理檢查，除典型的帕金森樣改變如Lewy小體形成外，還有非特異的皮質海綿樣改變。但是，基因變異的位置、方式不同可使fPD患者間的臨床表現存在差異[24]。

1.2 LRRK2基因（PARK8） LRRK2基因，即PARK8。是第二個被發現與PD相關的基因，定位于染色體12q12。目前已經在PD患者中發現有100多種LRRK2突變類型，但是這其中僅僅只有7個突變被證明與PD疾病發生相關。最常見的LRRK2突變是Gly2019Ser。Arg1441Cys、Gly2019Ser也是LRRK2常見的突變形式[25， 26]。

LRRK2蛋白由2527個氨基酸組成，是一種具有激酶活性和GTPase活性雙重作用的dardarin蛋白質，通過轉移磷酸基團到其他蛋白的方式激活這些蛋白的活性。目前對這個蛋白的功能還不能完全明了。現有研究表明它在保持神經突的正常形態、參與調控突觸囊泡內吞過程、促進細胞有絲分裂、調節細胞周期和分化、調控自噬/溶酶體通路等方面有重要作用。

LRRK2基因突變通過以下幾個方面發揮其致病作用：（1）維持神經突觸正常形態功能失調。PD相關LRRK2突變會導致神經突長度和分支進行性縮短，而LRRK2缺失表現為神經突長度和分支增長；（2）降低突觸囊泡內吞過程。LRRK2和調控內吞過程的蛋白Rab5b相互作用，LRRK2突變會削弱突觸內吞過程，使突觸囊泡內吞延緩；（3）有絲分裂原激酶活性減低。體外研究顯示LRRK2具有磷酸化有絲分裂原激酶3、4、6、7的作用，LRRK2基因突變會影響有絲分裂原激酶的活性，進而影響細胞的正常分裂過程；（4）調節細胞周期和分化功能受損。體外研究表明，干擾人神經母細胞LRRK2基因可以降低其向多巴胺神經的正常分化，并且上調與細胞周期有關的多種標志基因；（5）微管的穩定性降低。在微管相關蛋白存在的情況下，LRRK2可以磷酸化小鼠腦？微管從而提高其穩定性，LRRK2基因突變會降低此作用，導致微管穩定性變差；（6）調控自噬功能失調。現有研究顯示LRRK2基因表達被干擾時，會增強細胞的自噬活性，同時會阻止由于自噬被抑制而導致的細胞凋亡；（7）磷酸化α-synuclein功能增強。PD相關LRRK2基因Gly2019Ser突變型比野生型具有更強的磷酸化能力，由此推測LRRK2基因Gly2019Ser突變通過過度磷酸化α-synuclein而導致PD[27-33]。

LRRK2基因作為一種近發現的遲發型常染色體顯性遺傳PD的致病基因，fPD患者的臨床表現只要為：①晚發型（其最重要的特征，AAO>40歲）；②病程較長；③具有典型PD臨床癥狀，如不對稱性靜止性震顫、肌強直、軀體麻痹、動作遲緩等；④對左旋多巴治療反應良好；⑤不能與特發性PD相鑒別。不同的突變類型間臨床表型也可能存在一定差別[34]。

2 散發型PD相關致病基因

近些年來，采用全基因組關聯分析（GWAS）方法尋找基因座，通過眾多的病例對照組尋找出大量的基因多態位點，逐步更新了對散發性PD的基因特性的了解。通過GWAS研究及對之前有關文獻的meta分析，得出四個與PD發病有關的可能性最大的基因，分別是SNCA、MAPT、GBA和LRRK2。

SNCA基因多態性最初在基因連鎖分析中發現與PD有相關性，后續大樣本GWAS研究中進一步加以印證。SNCA的致病性表現為α-突觸核蛋白的高表達，而且與基因劑量相關。

LRRK2突變通常被認為與亞洲人群散發性PD有關。其基因位點G2385R，在亞洲PD患者中被報道存在多態性。

MAPT基因編碼微管相關性蛋白tau，可以與微管相連并參與組成細胞骨架，對維持細胞形態、穩定性有重要作用。MAPT發生突變可引起額顳葉癡呆表現為PD癥狀。GBA基因編碼的產物為葡萄糖腦苷脂酶，其突變可引起葡萄糖腦苷脂聚集在溶酶體中，造成Gaucher病（GD），它是一種常染色體隱性遺傳的溶酶體貯存積癥。現在的研究表明GBA突變與散發性PD相關，部分GD患者后來發展為帕金森病[35]。除了上述這四個基因，目前通過大量GWAS研究和meta分析，找出的還有很多與PD發病可能有關的風險基因，為我們今后的科研工作開辟了廣闊渠道，但同時也使PD的基因研究更加繁雜。

3 結語與展望

PD作為一種歷史悠久的疾病，最初的診斷方法僅僅是依靠癥狀描述及復雜的評分量表，隨著研究的深入，逐步結合了病理學檢查、細胞分子學檢查等客觀指標，對疾病的診斷、分類愈加清晰。特別是近代基因檢測技術的發展，使得人們對其的認識深入到分子水平，發現了許多和PD相關的基因突變。人體基因檢測、體外細胞研究以及動物實驗等方法的介入，不但展現了這些基因的正常功能，更有效顯示了突變后的基因與PD發病間的關系。為徹底闡明PD發病機制、早期診斷PD開創了全新途徑，最終實現通過基因治療預防、根治PD的目標。介于當前基因檢測仍處于探索初期，對于PD的研究來說這可能僅僅是處于起點階段，可能還有更多的PD相關治病基因未被發現，這些基因組成的相關網絡通路也有待進一步探明。但是隨著科學技術的進步，相信我們一定可以從微觀角度徹底認識PD，并創立全新治療技術，有效治療PD，提高患者的生活質量。

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