帕金森病相關(guān)基因研究進(jìn)展

李瑞 李斯琴

【關(guān)鍵詞】帕金森病；SNCA基因；LRRK2基因；散發(fā)型基因

【中圖分類(lèi)號(hào)】R365 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B 【文章編號(hào)】1005-0019（2018）10-293-01

帕金森病（Parkinson′s disease，PD）是發(fā)病率僅次于阿爾茨海默病的中樞神經(jīng)退行性疾病。研究表明遺傳易感性和環(huán)境因子都可以導(dǎo)致PD的發(fā)生，但是引起PD的主要原因現(xiàn)在仍無(wú)法確定。PD以散發(fā)性（idiopathic Parkinson′s disease，iPD）為主，約 10%～15%呈現(xiàn)家族性（familial Parkinson′s disease，fPD）。目前發(fā)現(xiàn)的PD致病基因，大部分是在fPD家系中被篩查出來(lái)的[1， 3-7]。隨著基因檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，iPD患者的相關(guān)基因研究亦廣泛展開(kāi)。目前已發(fā)現(xiàn)超過(guò)20個(gè)易感基因突變位點(diǎn)。綜合歷年來(lái)研究成果，導(dǎo)致帕金森病的生物通路一般認(rèn)為有突觸的神經(jīng)信號(hào)傳遞異常、細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)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(fā)病相關(guān)[8， 9]。不同的PD致病基因通過(guò)不同的途徑、方式，作用于不同地區(qū)的不同人群，致使PD患者間的臨床表型存在異質(zhì)性。本文參閱以往關(guān)于帕金森病基因檢測(cè)方面的諸多文獻(xiàn)，對(duì)目前研究比較深入的基因突變類(lèi)型加以綜述，從分子水平對(duì)PD進(jìn)行描述。

1 家族型PD相關(guān)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(chēng)作PARK1/4。是在1997年發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)和fPD相關(guān)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(xiàn)為錯(cuò)義突變、多倍體重復(fù)突變。A53T（第53位丙氨酸突變?yōu)樘K氨酸）是被鑒定出的第一個(gè)錯(cuò)義突變類(lèi)型。隨后研究者又發(fā)現(xiàn)了另外兩個(gè)突變A30P（第30位丙氨酸突變?yōu)楦彼幔┖虴64K（第46位谷氨酸突變?yōu)橘?lài)氨酸）。后續(xù)研究中，在PD家系的這個(gè)基因座上又發(fā)現(xiàn)有雙倍或者三倍的重復(fù)序列，存在三倍重復(fù)序列的家族發(fā)病更早[10-16]。

α-synuclein基因編碼一個(gè)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(dòng)物腦組織中廣泛表達(dá)并且在突觸前富集[17， 18]。α-synuclein蛋白主要作用：（1）調(diào)控突觸囊泡的再生和多巴胺傳遞；（2）通過(guò)保護(hù)脂質(zhì)免受水解而調(diào)控脂代謝，并且調(diào)控突觸前囊泡庫(kù)大小；（3）抑制磷脂酶D2活性，從而在信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞骨架動(dòng)態(tài)調(diào)整等方面發(fā)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(zhuǎn)變。α-synuclein蛋白，是Lewy小體和神經(jīng)突觸的重要組成部分，這個(gè)蛋白有功能獲得性毒性。有研究表明α-synuclein蛋白的過(guò)度聚集可以導(dǎo)致多巴胺神經(jīng)元細(xì)胞凋亡，而突變的α-synuclein蛋白有聚集的趨勢(shì)并形成聚合物，是Lewy小體內(nèi)重要的組成部分。聚集的α-synuclein蛋白可引起神經(jīng)元線粒體功能障礙而導(dǎo)致神經(jīng)元受損，還可引起泛素-蛋白酶體功能障礙從而導(dǎo)致相關(guān)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(rèn)為在PD發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮核心作用，主要依據(jù)表現(xiàn)在：（1）α-synuclein突變體A53T、A30P、E46K可以在不同PD家系中被鑒定出來(lái)[21-23]；（2）α-synuclein基因序列重復(fù)和PD發(fā)病密切相關(guān)；（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(guò)獲得性功能（gain-of-function）毒性導(dǎo)致PD的發(fā)生、發(fā)展，這與其顯性遺傳性狀表現(xiàn)一致。一般認(rèn)為α-synuclein基因過(guò)表達(dá)或突變引起α-synuclein蛋白聚集，會(huì)產(chǎn)生細(xì)胞毒性而引起多巴胺神經(jīng)元壞死，繼而導(dǎo)致PD。

α-synuclein基因突變所致fPD患者的主要臨床特點(diǎn)為：①染色體顯性遺傳，每代連續(xù)發(fā)病；②發(fā)病年齡（age at onset，AAO）早，平均46歲；③病情進(jìn)展快，平均病程<9年；④具有運(yùn)動(dòng)遲緩、靜止性震顫、強(qiáng)直等典型PD臨床表現(xiàn)，常伴有如共濟(jì)失調(diào)、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(fā)生率；⑥病理檢查，除典型的帕金森樣改變?nèi)鏛ewy小體形成外，還有非特異的皮質(zhì)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(xiàn)存在差異[24]。

1.2 LRRK2基因（PARK8） LRRK2基因，即PARK8。是第二個(gè)被發(fā)現(xiàn)與PD相關(guān)的基因，定位于染色體12q12。目前已經(jīng)在PD患者中發(fā)現(xiàn)有100多種LRRK2突變類(lèi)型，但是這其中僅僅只有7個(gè)突變被證明與PD疾病發(fā)生相關(guān)。最常見(jiàn)的LRRK2突變是Gly2019Ser。Arg1441Cys、Gly2019Ser也是LRRK2常見(jiàn)的突變形式[25， 26]。

LRRK2蛋白由2527個(gè)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(zhì)，通過(guò)轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)到其他蛋白的方式激活這些蛋白的活性。目前對(duì)這個(gè)蛋白的功能還不能完全明了。現(xiàn)有研究表明它在保持神經(jīng)突的正常形態(tài)、參與調(diào)控突觸囊泡內(nèi)吞過(guò)程、促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和分化、調(diào)控自噬/溶酶體通路等方面有重要作用。

LRRK2基因突變通過(guò)以下幾個(gè)方面發(fā)揮其致病作用：（1）維持神經(jīng)突觸正常形態(tài)功能失調(diào)。PD相關(guān)LRRK2突變會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)突長(zhǎng)度和分支進(jìn)行性縮短，而LRRK2缺失表現(xiàn)為神經(jīng)突長(zhǎng)度和分支增長(zhǎng)；（2）降低突觸囊泡內(nèi)吞過(guò)程。LRRK2和調(diào)控內(nèi)吞過(guò)程的蛋白R(shí)ab5b相互作用，LRRK2突變會(huì)削弱突觸內(nèi)吞過(guò)程，使突觸囊泡內(nèi)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(huì)影響有絲分裂原激酶的活性，進(jìn)而影響細(xì)胞的正常分裂過(guò)程；（4）調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和分化功能受損。體外研究表明，干擾人神經(jīng)母細(xì)胞LRRK2基因可以降低其向多巴胺神經(jīng)的正常分化，并且上調(diào)與細(xì)胞周期有關(guān)的多種標(biāo)志基因；（5）微管的穩(wěn)定性降低。在微管相關(guān)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(wěn)定性，LRRK2基因突變會(huì)降低此作用，導(dǎo)致微管穩(wěn)定性變差；（6）調(diào)控自噬功能失調(diào)。現(xiàn)有研究顯示LRRK2基因表達(dá)被干擾時(shí)，會(huì)增強(qiáng)細(xì)胞的自噬活性，同時(shí)會(huì)阻止由于自噬被抑制而導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡；（7）磷酸化α-synuclein功能增強(qiáng)。PD相關(guān)LRRK2基因Gly2019Ser突變型比野生型具有更強(qiáng)的磷酸化能力，由此推測(cè)LRRK2基因Gly2019Ser突變通過(guò)過(guò)度磷酸化α-synuclein而導(dǎo)致PD[27-33]。

LRRK2基因作為一種近發(fā)現(xiàn)的遲發(fā)型常染色體顯性遺傳PD的致病基因，fPD患者的臨床表現(xiàn)只要為：①晚發(fā)型（其最重要的特征，AAO>40歲）；②病程較長(zhǎng)；③具有典型PD臨床癥狀，如不對(duì)稱(chēng)性靜止性震顫、肌強(qiáng)直、軀體麻痹、動(dòng)作遲緩等；④對(duì)左旋多巴治療反應(yīng)良好；⑤不能與特發(fā)性PD相鑒別。不同的突變類(lèi)型間臨床表型也可能存在一定差別[34]。

2 散發(fā)型PD相關(guān)致病基因

近些年來(lái)，采用全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）方法尋找基因座，通過(guò)眾多的病例對(duì)照組尋找出大量的基因多態(tài)位點(diǎn)，逐步更新了對(duì)散發(fā)性PD的基因特性的了解。通過(guò)GWAS研究及對(duì)之前有關(guān)文獻(xiàn)的meta分析，得出四個(gè)與PD發(fā)病有關(guān)的可能性最大的基因，分別是SNCA、MAPT、GBA和LRRK2。

SNCA基因多態(tài)性最初在基因連鎖分析中發(fā)現(xiàn)與PD有相關(guān)性，后續(xù)大樣本GWAS研究中進(jìn)一步加以印證。SNCA的致病性表現(xiàn)為α-突觸核蛋白的高表達(dá)，而且與基因劑量相關(guān)。

LRRK2突變通常被認(rèn)為與亞洲人群散發(fā)性PD有關(guān)。其基因位點(diǎn)G2385R，在亞洲PD患者中被報(bào)道存在多態(tài)性。

MAPT基因編碼微管相關(guān)性蛋白tau，可以與微管相連并參與組成細(xì)胞骨架，對(duì)維持細(xì)胞形態(tài)、穩(wěn)定性有重要作用。MAPT發(fā)生突變可引起額顳葉癡呆表現(xiàn)為PD癥狀。GBA基因編碼的產(chǎn)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(xiàn)在的研究表明GBA突變與散發(fā)性PD相關(guān)，部分GD患者后來(lái)發(fā)展為帕金森病[35]。除了上述這四個(gè)基因，目前通過(guò)大量GWAS研究和meta分析，找出的還有很多與PD發(fā)病可能有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)基因，為我們今后的科研工作開(kāi)辟了廣闊渠道，但同時(shí)也使PD的基因研究更加繁雜。

3 結(jié)語(yǔ)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(fù)雜的評(píng)分量表，隨著研究的深入，逐步結(jié)合了病理學(xué)檢查、細(xì)胞分子學(xué)檢查等客觀指標(biāo)，對(duì)疾病的診斷、分類(lèi)愈加清晰。特別是近代基因檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使得人們對(duì)其的認(rèn)識(shí)深入到分子水平，發(fā)現(xiàn)了許多和PD相關(guān)的基因突變。人體基因檢測(cè)、體外細(xì)胞研究以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等方法的介入，不但展現(xiàn)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(fā)病間的關(guān)系。為徹底闡明PD發(fā)病機(jī)制、早期診斷PD開(kāi)創(chuàng)了全新途徑，最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)基因治療預(yù)防、根治PD的目標(biāo)。介于當(dāng)前基因檢測(cè)仍處于探索初期，對(duì)于PD的研究來(lái)說(shuō)這可能僅僅是處于起點(diǎn)階段，可能還有更多的PD相關(guān)治病基因未被發(fā)現(xiàn)，這些基因組成的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通路也有待進(jìn)一步探明。但是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，相信我們一定可以從微觀角度徹底認(rèn)識(shí)PD，并創(chuàng)立全新治療技術(shù)，有效治療PD，提高患者的生活質(zhì)量。

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