Periaxin与腓骨肌萎缩症4F亚型

任页玫(综述)，石亚伟(审校)

(山西大学生物技术研究所 教育部化学生物学与分子工程重点实验室，太原 030006)



Periaxin与腓骨肌萎缩症4F亚型

任页玫△(综述)，石亚伟※(审校)

(山西大学生物技术研究所 教育部化学生物学与分子工程重点实验室，太原 030006)

摘要：Periaxin是施万细胞特异表达的一种蛋白，在维持髓鞘稳定性方面起重要作用,该基因突变将导致脱髓鞘型常染色体隐性遗传的腓骨肌萎缩症4F亚型发生。从分子遗传学角度探讨腓骨肌萎缩症4F亚型发病的机制已成为目前研究的热点。从periaxin的分布、结构与功能开展研究，寻找与其相互作用的蛋白质并揭示其互作的生物学意义，从蛋白质水平上研究腓骨肌萎缩症的发病机制具有重要意义。

关键词：腓骨肌萎缩症4F亚型；Periaxin；结构；功能

腓骨肌萎缩症又称为Charcot-Marie-Tooth病(CMT)是一类最常见的遗传性周围神经单基因遗传病，具有明显的临床和遗传异质性，发病率约1/2500，多数呈常染色体显性遗传。CMT的临床主要特征是四肢远端进行性的肌无力和萎缩性感觉障碍，腱反射减弱或消失、轻到中度远端感觉减退，典型者双下肢呈倒立酒瓶状或称鹤立腿[1]。近十几年内，将近30个不同的CMT遗传位点被定位，20个基因相继被克隆，这些基因在维持周围神经轴索、髓鞘的结构完整性和功能完整性、线粒体功能、细胞信号转导等方面发挥重要作用。将CMT的为数众多的致病基因组成一个微芯片系统，可揭示维持施万细胞-轴突完整结构的分子组织和维持周围神经正常功能必须的生物分子的种类和数量。现对Periaxin与CMT4F进行综述。

1CMT4F

周围神经系统发育时,轴突是否被有髓鞘施万细胞包裹,以及包裹的厚度、长度均会影响神经信号转导，越厚越长则传导速度越快。施万细胞和神经元为彼此提供整个发育过程中生存及分化的调节。影响施万细胞中任何一种类型的基因突变导致的遗传缺陷都可使神经元和施万细胞间通讯发生紊乱而引起CMT发生。根据临床特征、周围神经电生理和病理特点，CMT分为脱髓鞘型和轴突型两大类。神经电生理检查表明脱髓鞘型CMT正神经传导速度减慢(<38 m/s)，周围神经传导速度减缓，神经活检显示有髓神经纤维的数量减少，广泛的节段性脱髓鞘和髓鞘再生，形成“洋葱头”样结构；轴突型CMT神经传导速度正常或轻度减慢(>38 m/s)，神经活检见轴突内空泡变性，髓鞘塌陷，有髓神经纤维丢失，而极少有脱髓鞘改变[2-4]。CMT4F亚型属于脱髓鞘型常染色体隐性遗传，表现为感觉神经共济失调、运动发育迟缓等。该疾病发病年龄早，常在儿童期发病，9～10岁出现下肢远端的肌肉萎缩和无力，14～15岁时出现上肢无力，但以后病情进展缓慢；神经电生理检查显示严重的感觉失调，轻微的脊柱后侧凸，高弓足，上下肢感觉和运动诱发反应均差；病理组织学检查主要表现为有髓鞘纤维密度(<1000 mm2)显著降低，施万细胞增殖明显，并伴随许多微小的洋葱头样改变[5-6]。

2Periaxin的定位、分布

Periaxin属于有髓施万细胞非致密髓鞘中的重要蛋白之一[7]，与髓鞘延展性相关。Periaxin基因作为CMT4F亚型的致病基因，最早由Delague等[5]和Guilbot等[8]共同报道,他们在对一个大家族的近亲结婚的CMT4F研究中发现在periaxin 基因一个无义突变R196X，导致CTM4F疾病的发生。

2000年，Delague等[5]将periaxin基因定位于染色体19q13.1～13.3；2001年，Boerkoel等[9]进一步将该基因定位于人类染色体19q13.13～13.2。由于信使RNA(mRNA)不同的剪切方式编码了两种长短不同的含PDZ结构域的periaxin蛋白，即L-periaxin和S-periaxin。由4.6 kb mRNA所编码的periaxin蛋白为L-periaxin，含有1461个氨基酸，相对分子质量为1.47×105,包含有1、2、3、4、5、6a、6c共7个外显子。由5.2 kb mRNA所编码的periaxin蛋白为S-periaxin,包含1、2、3、4、5、6b共6个外显子但由于终止密码子的出现在6 b外显子读框的起始部分，使其编码了截短型的S-periaxin，该蛋白含有147个氨基酸，相对分子质量约为1.6×104[10]。虽然其N端都具有PDZ结构域，但两者在施万细胞内却有不同的定位，施万细胞内表达的S-periaxin弥散分布在细胞质中，而L-periaxin则集中在细胞膜或细胞核内。Periaxin蛋白属于周围神经纤维和细胞骨架相结合的蛋白，在周围神经纤维发育的早期阶段就可以检测到其表达，但该蛋白在外周神经系统髓鞘化的施万细胞表达而在中枢神经的寡突神经胶质细胞不表达并且不整合到致密的髓鞘中[11]。1995年Scherer等[11]利用免疫组织化学研究表明，periaxin蛋白在外周神经的发育过程中存在重新的亚细胞定位，在髓鞘未成熟时，periaxin蛋白集中在近轴突膜处，当髓鞘成熟时，periaxin蛋白主要集中到质膜，远轴突膜。另外，Sherman和Brophy[12]在培养转染L-periaxin基因的施万细胞系33B时发现L-periaxin在细胞内的定位存在以下变化：细胞密度低时，L-periaxin集中分布在细胞核内；当细胞密度增大达到一个阈值时或细胞铺满平板时，L-periaxin蛋白核定位减少，膜定位增加；当进行划痕使细胞间的连接破坏后，发现划痕边缘细胞数量减少且L-periaxin又重新定位在细胞核中。L-periaxin核输入过程需要能量，且存在细胞之间的接触抑制，一旦细胞黏合减少或细胞损伤，L-periaxin蛋白又会出现在核内[12]。

Periaxin除在髓鞘化的施万细胞表达外，在眼睛晶状体纤维细胞中也有分布。2003年，Straub等[13]研究表明，在眼睛晶状体纤维细胞中periaxin与ezrin、periplakin、desmoyokin形成EPPD复合物。随后Maddala等[14]观察到，随着晶状体纤维细胞的成熟，在3个细胞的交联处periaxin主要集中分布在内皮层六边形纤维细胞的短臂顶端处并且以不连续、斑片状的方式呈现，然而在两个细胞的交联处，periaxin在六边形纤维细胞的长臂、短臂的顶端交替出现。

3Periaxin的结构与功能

人源L-periaxin由1461个氨基酸组成,含有PDZ、核输出信号区(nuclear localization signal，NLS)、重复序列区、酸性结构域区4个结构域。PDZ结构域作为一个蛋白-蛋白相互作用元件，其可和蛋白质或多肽配体、脂质体相结合，也可形成同源或异源二聚体。 Sherman等[15]通过酵母双杂交、GST-pull down实验、免疫共沉淀证明了L-periaxin蛋白可以通过PDZ形成二聚体。此外，Wu等[16]将myc-periaxin分别和Flag-periaxin、Flag-ΔPDZ-periaxin共转染HEK293细胞，利用免疫共沉淀研究表明，L-periaxin蛋白之间有相互作用，缺失PDZ后其不再同野生型periaxin相互作用，说明L-periaxin蛋白通过PDZ结构域相互作用。Shi等[17]研究结果显示，L-periaxin的PDZ结构域还是控制L-periaxin蛋白核输出的一个重要因素，L-periaxin与S-periaxin间也存在由PDZ介导的相互作用和调节。另外，核输入信号区介导了L-periaxin蛋白核输入[12],与此同时L-periaxin通过NLS区域与肌营养不良蛋白(dystroglycan-dystrophin-related protein 2，DRP2)结合参与肌营养不良蛋白聚糖复合物的形成,将施万细胞膜骨架连接到基膜上[15,18-19]，但L-periaxin中NLS区域共有3段NLS信号肽，其中NLS1可能是参与核输入主要调节因子，NLS2，3区段可能是同DRP2相互作用的区域，其作用方式见图1。

WW、EF、ZZ、CC为肌营养不良蛋白的结构域；PDZ、NLS、Repeats、Acidic均为periaxin蛋白的结构域；PDZ为post-synaptic density 95(PSD95),disk-large(Dlg) and zona occludens-1(ZO-1)3种蛋白首字母缩写；Repeats(重复序列结构域)；Acidic (酸性结构域)

图1L-periaxin和DRP2在施万细胞膜上作用示意图

4Periaxin与CMT4F

CMT的发病机制尚不清楚，从分子遗传角度探讨其发病机制成为目前的研究热点，已经报道了periaxin基因30个位点的突变[9,20-22]，见图2。2001年Boerkoel等[9]在3例诊断为Dejerine-Sottas神经病的患者中，发现在periaxin基因上分别存在R368X、V763fsX774、S929fsX957、R953X 突变。另外还有其他突变位点：E1259K、A406T、E1359del、E495Q、R1132G、P1083R、I921M等[9]。2004年Kijima等[23]利用变性高效液相色谱分析技术对随机选择的66例CMT日本患者进行基因序列分析，发现其中3例来自不同家族的CMT患者存在Periaxin蛋白的R1070X位点突变，患者病程均表现为发病早、进程慢。2008年，Auer-Grumbach等[24]对CMT患者研究发现A700fsX17突变将导致L-periaxin蛋白C端缺失。2011年，Nouioua 等[25]对近亲结婚的阿尔及利亚CMT4F患者进行研究发现了A364X突变。2012年,Tokunaga等[20]对3例日本CMT患者检测发现了R651N和R1070X两种突变。2013年，Renouil等[21]报道，留尼汪岛上CMT患者的periaxin蛋白E1085fsX4突变率是很高的。

NH2：periaxin蛋白的N端；COOH:periaxin蛋白的C端；PDZ:Post-synaptic density protein-95(PSD-95)、Discs large(DLG)、Zonula occludens 1(ZO-1)3种蛋白首字母的缩写；NLS：核输入信号；Repeat：重复序列结构域；Acidic：酸性结构域；R：精氨酸；L：亮氨酸；T：苏氨酸；S：丝氨酸；A：丙氨酸；E：谷氨酸；Q:谷氨酰胺；P：脯氨酸；V：缬氨酸；K:赖氨酸；I：异亮氨酸；C：半胱氨酸；M：甲硫氨酸；G：甘氨酸；fs：移码突变；del：缺失；X：终止密码子

图2periaxin基因突变位点

5展望

腓骨肌萎缩症为遗传性周围神经病中报道最多的疾病，目前国内外的研究主要涉及基因突变与病理及疾病表型间的关系。对CMT4F患者进行针对periaxin的基因检测以及进一步家系采集，能发现更多的突变位点，这对揭示CMT4F的分子遗传学机制具有重要作用。通过对periaxin蛋白的结构和功能间关系的诠释，及对periaxin蛋白之间相互作用网络的描绘，可能是诠释CMTF4亚型机制的一个好的路线图。

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Periaxin and Charcot-Marie-Tooth Disease Subtype 4F

RENYe-mei,SHIYa-wei.

(KeyLaboratoryofChemicalBiologyandMolecularEngineeringofMinistryofEducation,InstituteofBiotechnologyofShanxiUniversity,Taiyuan030006,China)

Abstract:Periaxin is expressed by myelinating Schwann cells,which plays an essential role in stabilization of the myeline sheath.Periaxin mutations cause autosomal recessive,demyelination neuropathy,Charcot-Marie-Tooth 4F(CMT4F) subtype.Molecular genetics mechanism of CMT4F subtype has been one of the hot spots in the research field.The study of periaxin distribution,structures and functions,finding the interacting proteins with periaxin will reveal its biological function,and lay the foundation for the research of CMT pathogenesis on the protein level.

Key words:Charcot-Marie-Tooth disease 4F; Periaxin; Structure; Function

收稿日期：2014-05-04修回日期：2014-09-22编辑：相丹峰

基金项目：国家自然科学基金 (31170748)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.08.005

中图分类号：R746文献标识号：A

文章编号：1006-2084(2015)08-1356-03