LINGO基因与帕金森病和原发性震颤的相关性研究进展

王蕾 丁健青

帕金森病(Parkinson disease，PD)和原发性震颤(essential tremor，ET)是中枢神经系统常见的运动障碍性疾病，在65岁以上人群中，二者的发病率分别为1%～2%和3%～6%[1-2]。PD是一种进展缓慢，原发于黑质-纹状体通路的神经病变，主要为黑质致密部的多巴胺能神经元大量退化和丢失，某些残留的多巴胺能神经元胞质内含有被称为Lewy小体的嗜酸性包涵体。临床表现为肌强直、肢体震颤、运动减少和姿势平衡反射消失等症状。ET是一种常染色体显性遗传的运动障碍性疾病，又称特发性震颤，以姿势性震颤为主要临床表现。PD和ET的发生都与年龄、环境因素及遗传因素有关，二者在流行病学、临床表现、影像诊断等多方面存在相似性。例如，ET患者较健康人更容易发展为PD，部分PD患者在发病前常有手部姿势性震颤，部分ET患者影像学检查发现存在多巴胺能缺陷，在一些家系研究中发现同时存在PD和ET患者等[3-4]，且PD和ET的震颤可通过丘脑腹内侧核手术消除，以上现象表明二者之间可能存在某种关联，而这种关联很可能与遗传有关。近年来，全基因组分析发现了一种与PD、ET的发生均可能相关的高风险基因——LINGO1基因，同时随着研究的深入发现，LINGO2基因也可能是与PD、ET发生均相关的高风险基因。LINGO1及LINGO2基因是富含亮氨酸重复序列和免疫球蛋白结构域的与Nogo受体相互作用的蛋白(Leucine-rich repeat and immunoglobulin domain-containing Nogo receptor-interacting protein，LINGO)基因家族中的重要成员，它们与PD及ET间存在的可能关联为进一步研究LINGO家族在神经退行性疾病发病机制中的作用及相关的诊疗途径提供了有效的线索。

1 LINGO家族

Carim等首次鉴定的LINGO基因家族由3个成员组成：LINGO1/Lrrn6A (基因组序列No.NP_851419)、LINGO2/Lrrn6B(基因组序列No.NP_780725)和LINGO3/Lrrn6C(基因序列No.NP_001013780)[5]，后来LINGO4/Lrrn6D (基因组序列No.NP_796224) 被进一步发现，所以目前LINGO基因家族主要包括4个成员。LINGO家族编码一类主要表达于中枢神经系统的跨膜蛋白，该蛋白包含N端12个富含亮氨酸重复序列、一个Ig区域，一个跨膜区和一个传导信号功能的胞内尾端。LINGO家族编码的4种蛋白在小鼠胚胎组织中均可检测到，并随胚胎的生长而表达量增多，然而在成年鼠脑组织中仅发现LINGO1和LINGO2的表达[6]。LINGO1基因位于染色体15q24，含有5个外显子，主要表达于大脑皮质、海马、丘脑和杏仁核等处的神经元和少突胶质细胞[7]。在中枢神经系统，LINGO1与NgR1(Nogo-66 receptor 1) 、信号转导亚单位p75相互结合形成一个抑制髓鞘生长的功能受体复合物。由于，NgR1是一种GPI锚定蛋白，不能将信号传递到细胞质中，其必须和其他蛋白形成复合物而激活RhoA ( ras homolog gene family member A)信号传导通路发挥功能。所以，LINGO1通过与NgRI、p75或TROY组成受体复合物，在MAG、OMGp、Nogo-66等抑制因子存在情况下，激活胞内RhoA信号，其作用于下游的效应器ROCK，激活cAMP引起细胞内信号传递，负性调节轴突生长和神经元的存活，从而导致神经生长抑制[8-9]。Inoue等研究发现，在PD神经毒性动物模型的腹侧中脑神经元和PD患者的黑质中LINGO1表达明显升高，且过表达LINGO1会加速多巴胺能神经元的变性死亡[10]。有研究发现LINGO1能抑制少突胶质细胞的分化和成熟过程[11]。在LINGO1缺失的动物模型中发现，神经元和少突胶质细胞的存活、少突胶质细胞的分化、轴突和髓鞘的再生均明显改善[10]。通过阻断LINGO-1和NgR1的结合可明显促进神经轴突生长、改善少突胶质细胞和神经元的生长状况[8]。另外，LINGO1拮抗剂能逆转内源性LINGO1的许多抑制性作用，例如逆转由髓磷脂引起的神经元轴突抑制，逆转其和NgR1的结合所导致的RhoA信号的产生，促进神经元的生长和少突胶质细胞的分化[8,12-13]。以上结果表明抑制LINGO1能产生神经保护作用并刺激神经元的轴突生长。所以，LINGO1的异常表达可能影响了轴突的生长，对于维持相关神经元结构和功能的完整性起到了负性调节作用。目前，有关LINGO2的功能尚不清楚，鉴于LINGO2和LINGO1的结构很相似，同源性达到61%，推测LINGO2可能具有和LINGO1相似的生物学功能，即通过和某些蛋白质的相互作用而负性调节神经元的生长，其具体机制还需进一步研究。

2 LINGO家族与PD和ET的相关性研究

2.1LINGO1和PD、ET之间的研究Stefansson等应用全基因组扫描技术首次发现LINGO1 rs9652490和ET的发生存在相关性[14]。随后，在德国和法国人群中进行的有关LINGO1的10个基因多态性位点的系统分析发现，LINGO1的3个基因位点rs8030859、rs9652490和rs11856808均可增加ET的患病风险[15]。北美的一项研究也发现LINGO1 rs177008、rs13313467和rs8028808与早发性ET的发病有关[16]。此外，在新加坡人群的研究中发现，LINGO1 rs9652490和家族型ET的发生密切相关，而和散发性ET的发生关联不大[17]。而在西班牙人群的一项研究中，没有发现LINGO1上述两个基因位点和ET发生的关联性[18]。在中国，有两项研究亦未发现LINGO1 rs9652490、 rs11856808和散发性ET的发生存在相关性[19-20]，而在另一项研究中，研究者将入组的ET患者进行性别分组后分析发现，LINGO1 rs2271397和ss491228439的C等位基因突变与女性ET患者的发病显著相关[21]。在PD患者和动物模型中明显增高的LINGO1提示其可能参与了PD的发病，研究者们开始关注LINGO1与PD发生的关系。Vilario-Güell等对北美患者的研究中发现LINGO1 rs9652490可增加ET、PD的发病风险，为LINGO1与PD、ET的发生均相关提供了依据[22]。在567例意大利PD患者和468例对照组的研究中，也发现了LINGO1在PD的发生中起重要作用，是PD发生的一个潜在致病基因[23]。在西班牙的一项PD相关研究中发现，LINGO1 rs11856808对PD的发病具有重要作用，尤其对非强直性运动障碍亚型而言[24]。Guo等在对中国大陆人群的研究中，没有发现LINGO1 rs9652490基因位点和PD之间存在相关性[25]。在台湾地区和新加坡进行的两个独立样本研究中也没有揭示出LINGO1 rs9652490和PD之间的关系[26]。另外，在德国的一项病例研究中(1798例PD患者和1482例对照组)，也没有发现LINGO1基因位点和PD之间的相关性[27]。上述研究结果存在差异，提示对于LINGO1基因位点的筛选需综合分析，例如应考虑地域、种族、疾病亚型以及性别等对相关研究结果产生的影响。

2.2LINGO家族其他成员和PD、ET之间的研究LINGO家族另一个成员LINGO2与LINGO1很相似，有不少研究已经发现其和PD、ET之间存在相关性。Vilario-Güell等在北美1247例ET患者、633例PD患者和642例对照组的研究中发现，LINGO2 rs141229、rs10968280分别与ET、PD的发生相关[28]。在亚洲，对436例PD患者、327例ET患者和499例对照组的研究中发现，LINGO2 rs7033345和PD、ET的发生均相关，LINGO2 rs10812774和ET的发生相关，提示LINGO2可能也是PD、ET的易感基因[29]。但在台湾地区人群中，一项对457例PD患者和378例对照组的研究中未发现LINGO2 rs109668280对PD的发生存在患病风险[30]。目前对于LINGO3、LINGO4的研究甚少，Liang等对450例中国汉族人(77例家族型ET患者、73例散发性ET患者、300例对照组)的研究尚未发现LINGO4对ET的发生存在易感风险[31]。

PD和ET均是中枢神经系统常见的运动障碍性疾病，二者存在多种相似性，LINGO基因作为二者可能的共同致病基因而引起关注。有关LINGO1的体内外实验以及不同人群LINGO基因的研究已经发现LINGO基因家族在PD和ET的发病中具有重要作用。尽管，目前的基因研究结果尚不稳定，其研究结果可能受多种因素的影响：如基因多态性可能存在着地域和种族特异性的差异，疾病类型的不同、疾病诊断标准的差异、对照组的不匹配、样本数的大小以及研究中存在的不确定的误差等也会影响研究结果的准确性，其确切结果还有待进一步研究，但已有证据提示LINGO1、LINGO2是PD和ET发病的共同相关基因。有关LINGO家族更深入的分子生物学研究，如分析基因变异部位、研究基因修饰、表达变化、建立新的基因动物模型、明确基因多态性与所编码蛋白质功能缺陷间关系等，将有助于深刻揭示LINGO基因改变在PD、ET发病中的作用及其相关分子机制。

[1]Lang AE, Lozano AM. Parkinson’ disease[J]. N Engl J Med, 1998, 339:1044-1053.

[2]Louis ED, Thawani SP, Andrews HF. Prevalence of essential tremor in a multiethnic, community based study in northern Manhattan, New York, N.Y. [J]. Neuroepidemiology, 2009, 32:208-214.

[3]Whaley NR, Putzke JD, Baba Y, et al. Essential tremor: phenotypic expression in a clinical cohort [J]. Parkinsonism Relat Disord, 2007, 13:333-339.

[4]Samii A, Nutt JG, Ransom BR. Parkinson’s disease [J]. Lancet, 2004, 363:1783-1793.

[5]Carim TL, Escarceller M, Estivill X, et al. LRRN6A/LERN1 (leucine‐rich repeat neuronal protein 1), a novel gene with enriched expression in limbic system and neocortex [J]. Eur J Neurosci, 2003, 18: 3167-3182.

[6]Haines BP, Rigby PWJ. Expression of the Lingo/LERN gene family during mouse embryogenesis [J]. Gene Expr Patterns, 2008, 8: 79-86.

[7]Llorens F, Gil V, Iraola S, et al. Developmental analysis of Lingo-1/Lern1 protein expression in the mouse brain: interaction of its intracellular domain with Myt1l[J]. Dev Neurobiol, 2008, 68: 521-541.

[8]Mi S, Lee X, Shao Z, et al. LINGO-1 is a component of the Nogo-66 receptor/p75 signaling complex [J]. Nat Neurosci, 2004, 7: 221-228.

[9]Mi S, Sandrock A, Miller RH. LINGO-1 and its role in CNS repair [J]. Int J Biochem Cell Biol, 2008, 40: 1971-1978.

[10]Inoue H, Lin L, Lee X, et al. Inhibition of the leucine-rich repeat protein LINGO-1 enhances survival, structure, and function of dopaminergic neurons in Parkinson’s disease models [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2007, 104: 14430-14435.

[11]Lee X, Yang Z, Shao Z, et al. NGF regulates the expression of axonal LINGO-1 to inhibit oligodendrocyte differentiation and myelination [J]. J Neurosci, 2007, 27: 220-225.

[12]Zhao XH, Jin WL, Wu J, et al. Inactivation of glycogen synthase kinase-3beta and up-regulation of LINGO-1 are involved in LINGO-1 antagonist regulated survival of cerebellar granular neurons [J]. Cell Mol Neurobiol, 2008, 28: 727-735.

[13]Mi S, Miller RH, Lee X, et al. LINGO-1 negatively regulates myelination by oligodendrocytes [J]. Nat Neurosci, 2005, 8: 745-751.

[14]Stefansson H, Steinberg S, Petursson H, et al. Variant in the sequence of the LINGO1 gene confers risk of essential tremor [J]. Nat Genet, 2009, 41: 277-279.

[15]Thier S, Lorenz D, Nothnagel M, et al. LINGO1 polymorphisms are associated with essential tremor in Europeans [J]. Mov Disord, 2010, 25: 717-723.

[16]Clark LN, Park N, Kisselev S, et al. Replication of the LINGO1 gene association with essential tremor in a North American population [J]. Eur J Hum Genet, 2010, 18:838-843.

[17]Tan EK, Teo YY, Prakash KM, et al. LINGO1 variant increases risk of familial essential tremor [J]. Neurology, 2009, 73: 1161-1162.

[18]Lorenzo-Betancor O, García-Martiín E, Cervantes S, et al. Lack of association of LINGO1 rs9652490 and rs11856808 SNPs with familial essential tremor [J]. Eur J Neurol, 2011, 18: 1085-1089.

[19]Zuo X, Jiang H, Guo J, et al. Screening for two SNPs of LINGO1 gene in patients with essential tremor or sporadic Parkinson’s disease in Chinese population [J]. Neurosci Lett, 2010, 481: 69-72.

[20]Wu Y, Rong T, Li HH, et al. Analysis of Lingo1 variant in sporadic and familial essential tremor among Asians [J]. Acta Neurol Scand, 2011, 124: 264-268.

[21]Liang H, Song Z, Deng X, et al. Genetic analysis of the leucine-rich repeat and lg domain containing Nogo receptor-interacting protein 1 gene in essential tremor [J]. Mol Neurosci, 2013, 51:403-407.

[23]Annesi F, De Marco E, Rocca F, et al. Association study between the LINGO1 gene and Parkinson’s disease in the Italian population [J]. Parkinsonism Relat Disord, 2011, 17: 638-641.

[24]Lorenzo BO, Samaranch L, García-Martín E, et al. LINGO1 gene analysis in Parkinson’s disease phenotypes [J]. Mov Disord, 2011, 26:722-727.

[25]Guo Y, Jankovic J, Song Z, et al. LINGO1 rs9652490 variant in Parkinson disease patients [J]. Neurosci Lett, 2011, 487: 174-176.

[26]Wu YR, Tan EK, Chen CM, et al. Genetic analysis of “leucine-rich repeat (LRR) and immunoglobulin (Ig) domain-containing, Nogo receptor-interacting protein-1 (LINGO1)” in two independent Chinese parkinson’s disease populations [J]. Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet, 2011, 156: 99-103.

[27]Klebe S, Thier S, Lorenz D, et al. LINGO1 is not associated with Parkinson’s disease in German patients [J]. Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet, 2010, 153: 1173-1178.

[29]Wu YW, Prakash K, Rong TY, et al. Lingo2 variants associated with essential tremor and Parkinson’s disease [J]. Hum Genet, 2011, 129: 611-615.

[30]Su FC, Chen CM, Chen YC, et al. LINGO-2 polymorphism and the risk of Parkinson’s disease in Taiwan [J]. Parkinsonism Relat Disord, 2012, 18:609-611.

[31]Liang H, Zheng W, Xu H, et al. No evidence of association between the LINGO4 gene and essential tremor in Chinese Han patients [J]. Parkinsonism Relat Disord, 2012, 18:303-305.