帕金森病致病基因的研究进展

卢 芳 周世慧 刘树民 (黑龙江中医药大学中医药研究院，黑龙江 哈尔滨 150040)

全球约1%～2%的60岁以上老人患有帕金森病(PD)〔1〕。其病理特征主要为黑质致密部多巴胺神经元缺失以及在残留神经元中出现以路易小体(Lewy body)为主的包涵体，具有特定的临床表现，如肌肉僵直、静止性震颤、运动迟缓、感觉异常等〔2〕。PD大多为散发性，但部分受遗传因素影响而呈现家族性。目前在蛋白质错误折叠和聚集、线粒体障碍、氧化应激、免疫炎性异常、细胞凋亡等方面的研究均对PD的发病机制进行了较为系统的阐述。近年来，随着分子遗传学的发展及对遗传性PD的深入研究，越来越多的PD致病基因被人们所认知，如常染色体显性基因：α-突触核蛋白基因(SNCA)、泛素羧基末端水解酶L1基因(UCH-L1)、富亮氨酸重复激酶2(LRRK2)和常染色体隐性基因：PTEN诱导激酶1(PINK1)、parkin基因、DJ-1基因，使得PD发病机制的研究上升到一个新的高度。本文将就现阶段PD致病基因的研究做一综述。

1 常染色体显性基因

1.1SNCA基因 SNCA基因位于染色体4q21-q23上，已先后从3个不同家系PD的SNCA基因中鉴定出3个突变体A53T、A30P和E46K〔3〕，而对于散发性PD患者的SNCA进行的研究未发现A53T、A30P突变异常〔4〕，因此SNCA对家族性PD的发生和发展有着密切的关系。另有研究表明SNCA基因的数量及相应蛋白的水平对家族性PD的发病有着不同程度的影响，SNCA基因的多倍体会导致常染色体显性PD，SNCA基因二倍体的家族性患者的进程明显严重于散发的患者，有严重的意识下降和严重PD。SNCA基因三倍体型患者在年轻时就已发病，并且对左旋多巴的治疗没有效果〔5，6〕。

现代研究表明由SNCA基因的过表达或突变引起的α-突触核蛋白的聚集可产生细胞毒性从而引起神经元坏死，目前研究认为α-突触核蛋白寡聚中间体是其毒性成分而并非α-突触核蛋白聚集体〔7〕。该类寡聚中间体被称之为初原纤维，富含β片层结构，相比较于α-突触核蛋白单体与酸性磷脂膜的结合能力更强，且可引起泡膜的瞬时透性及膜内包含物的外渗〔8〕，A53T及A30P的突变均有助于此类中间体的生成〔9〕。因此可以由上推断SNCA基因对于PD发病的影响主要体现于其编码的α-突触核蛋白所发生一系列病理变化及由这些病理变化所引起的神经元凋亡和神经功能障碍，且这些变化在家族性PD的发生和发展过程中起着更为重要的作用。

1.2UCH-L1基因 UCH-L1主要作用是将小的羧基结合物水解成自由的泛素单体，UCH-L1的表达与神经元之间存在紧密联系，与其相关的基因点突变与遗传性PD关系紧密〔10〕。

Leroy等〔11〕在一个德国家系发现UCH-L1I93M错义突变会导致PD的发生，研究表明〔12〕I93M会改变蛋白质的二级结构从而降低泛素羧基末端水解酶的水解功能，该酶由UCH-L1基因编码，是泛素蛋白酶体系统(UPS)的重要组成部分，对异常蛋白的清除有着非常重要的作用，而UPS功能缺失导致的细胞中错误蛋白的聚集及其相互之间异常作用被认为是神经退行性疾病的发病机制。Setsuie等〔13〕在对UCH-L1I93M转基因小鼠的研究中发现多巴胺神经元有进行性丢失，同时证明了UCH-LI93M与细胞功能的蛋白的突变而导致的神经系统变性疾病的相关性。Maraganore等〔14〕发现UCH-L1基因突变时18位残基呈现多态性(S18 Y)，这种多态性分布呈现地域性，且具有保护作用，能够降低PD的发病概率。但Maraganore等〔15〕的后续研究又认为UCH-L1基因是PD的易感基因，前后两种研究结果截然相反，表明对于S18Y的研究尚不成熟，仍有大量工作要做。以上研究表明SCH-L1与PD的发生关系密切，但机制尚不成熟，有待进一步的研究。

1.3LRRK2 LRRK2基因位于12号染色体p11.2-p13.1，含有51个外显子，具有较高的突变率。LRRK2基因突变是遗传性PD最常见的发病原因〔16〕，首次发现于一个日本家系中。到目前为止，已发现多种基因突变与PD的发生关系密切，如G2019S突变〔17～19〕、G2385R〔20〕突变、R1441C/G突变等。随后的研究表明LRRK2基因突变的比例在家族性PD中高于散发性PD，国际LRRK2基因研究中心研究表明散发性PD患者和家族性PD患者G2019S突变的概率分别为1%和4%，最高频率发现在北非阿拉伯人(36%)和德系犹太人(28%)〔21～24〕。这些研究同时表明LRRK2基因突变类型和发病频率存在人种差异且病理改变呈现多样性。王香明等〔25〕通过归纳总结认为LRRK2基因会在以下几个方面发挥功能：调节神经突的形态、调控突触囊泡内吞过程、MAPKKK活性、调节细胞周期和分裂、磷酸化微蛋白、调控自噬、磷酸化α-synuclein，这些功能均与PD的发生有着密切的关系。LRRK2基因编码的蛋白由2 526个氨基酸组成，该蛋白由7个功能域组成，分别为ANK、LRR、ROC、COR、MAPKKK和WD-40〔26，27〕。这些功能域可参与蛋白之间的相互作用，其重复序列可调节GTP酶和蛋白激酶的活性，因此LRRK2基因的突变会导致相关功能域结构上的改变从而影响其正常功能的发挥，由该突变引起的激酶活性的改变已被证实是PD的重要发病机制。由于LRRK2基因发现时间较短，因此有需要对LRRK2基因进行深入的研究，以便更为清楚地阐述其致病机制。

2 常染色体隐性基因

2.1PINK1基因 Valente等〔28〕在一个意大利家系中发现了PINK1基因，该基因位于1号染色体短臂1p35-36区域。PINK1基因突变种类较多，目前已知的就有34种以上。PINK1基因突变是早发性家族PD中非常重要的影响因素〔29，30〕，为第二常见的病因，基因突变以纯合或复合杂合突变较为常见，但在不同种族中突变频率差距较大，从2.9%到29%不等〔31～33〕。在散发性PD中PINK1基因突变的作用亦被证实，其突变以单个杂合突变为主，突变频率呈现地域性差异〔34～36〕。PINK1基因突变所致PD临床特征明显，对小剂量左旋多巴治疗反应良好且作用持久。

PINK1基因编码的蛋白由581个氨基酸组成，可分为3个结构域线粒体定位结构域、蛋白激酶结构域和羧基结构域，其中已确定PINK1的基因突变大多位于蛋白激酶结构域内〔32，37〕，突变会造成该结构域功能缺失并最终导致疾病的发生。对于PINK1基因突变导致PINK1蛋白功能障碍所致PD发病机制的研究尚不成熟，现阶段有能量缺乏假说、氧化应激作用和细胞凋亡途径等相关学说，尽管这些研究还无法解释PINK1基因突变的致病机制，但在很大程度上已促进了PINK1基因及其蛋白研究的进展。

2.2parkin基因 parkin基因已被确认为常染色体隐形遗传性青年型帕金森综合征(AR-JP)的致病基因〔38〕，该基因由位于染色体6q25.2-27的PARK2位点编码，由Kitada等〔39〕首次发现并成功克隆出来。parkin基因有12个外显子，具有多个突变位点，其中4号外显子的突变类型又可分为突变缺失和点突变，分别是家族性及散发性PD parkin基因突变的表现类型。parkin基因突变亦具有多态位点，有研究〔40〕表明早发性PD患者S/N167多态位点等位基因A和含A基因频率分布明显高于对照组，并据此得出parkin基因S/N167多态性与PD遗传易患性有关。parkin基因与早发性PD关系密切，随着年龄的增长呈现下降趋势，研究认为纯合子parkin基因的删除、移位、错义突变等突变形式是导致AR-JP的重要原因〔41〕。

parkin基因所编码的parkin蛋白由465个氨基酸组成，是一种E3泛素蛋白连接酶〔42，43〕，在泛素-蛋白水解酶复合体通路(UPP)中发挥重要的作用。通常情况下parkin蛋白的底物蛋白经UPP途径会降解掉，但parkin基因突变会造成parkin蛋白功能障碍从而导致蛋白底物不能被正常降解而产生聚集，并最终会导致神经元死亡。目前已发现鉴定出5个parkin蛋白底物，对于搞清PD发病机制起到了至关重要的作用。对于parkin蛋白功能障碍如何引起PD病的机制尚不清楚。

2.3DJ-1基因 Nagakubo等〔44〕等首次发现并报道了DJ-1基因，研究表明DJ-1基因突变与常染色体隐性家族性早发PD联系紧密〔45〕。随后在对荷兰和意大利〔46，47〕两个家族性常染色体隐性遗传PD的研究中先后确定了基因位点PARK7和DJ-1基因。DJ-1基因位于染色体1p36.2-p36.3，具有8个外显子，到目前为止已在不同地区、不同家系家族性PD中发现了多种基因突变，如错义突变、截短突变等。DJ-1基因突变频率较低，在家族性及散发性早发PD中均已检测到基因突变，但在晚发PD中尚未发现DJ-1基因突变，据此认为DJ-1基因突变并不是晚发PD中的重要致病因素〔48〕。研究表明DJ-1基因具有抗氧化损伤和对线粒体保护的作用，对氧化应激的敏感型与其表达水平密切相关，过表达会增强细胞的抗氧化能力从而避免细胞的死亡〔49〕。 DJ-1基因的突变均会使其正常功能产生障碍并最终导致PD的发生。

DJ-1基因所编码的DJ-1蛋白由189个氨基酸组成，属于DJ-1/ThiJ/PfpI超家族，DJ-1蛋白在人体内分布较为广泛〔50〕。DJ-1基因突变会导致DJ-1蛋白无法折叠形成正确的二聚体，从而易被UPS系统所降解，从而影响其正常功能的发挥并最终导致病变，有关DJ-1突变对DJ-1蛋白的影响研究并不是很充分，而将此方面研究必然有利于阐述DJ-1基因对PD的致病机制。

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