帕金森基因位点研究进展

陈新新黄建平

帕金森基因位点研究进展

陈新新1黄建平2

帕金森；基因；遗传

帕金森（parkinson disease，PD）是一种老年神经退化的疾病，由中脑黑质多巴胺能神经元减少为主要原因，表现为一系列进行性的运动与非运动症状。随着医学发展，采用不同的遗传分析方法及基因筛查技术可以发现PD致病的基因因素，这将有助于发掘PD潜在的病因病机，对PD的预防及治疗有很重要的帮助。目前发现的单基因有PARK1～PARK18等多种基因，其中α-synuclein（α-syn）基因等已经可以被克隆。本文从PD相关基因突变位点、遗传性、作用机制等方面进行综述。

1 PARK1（α-syn基因）

α-syn基因最早发现于一个意大利PD家系，定位于染色体4q21～q23。其突变表现为α-syn蛋白的折叠及神经元细胞的死亡，最终导致PD。α-syn基因本身也可以诱导氧化应激反应，其功能的过度表达会影响线粒体的功能,同时也会伴有氧自由基水平的增加，从而影响神经元细胞对氧化应激的敏感性。Hoffman等[1]对629例PD患者进行SNCA基因筛查，其中30%的患者为家族性PD，其α-syn基因位点a18t和a29s突变分别导致轻度自主神经功能障碍、认知功能障碍和不安腿综合征、精神症状。Proukakis 等[2]对PD患者大脑样本进行SNCA基因的筛查，发现位点h50q会导致突变散发性PD，其PD临床特征为伴有认知功能障碍。研究[3-5]发现，位点g51d的突变患者表现为早发性PD，且进展迅速，伴有锥体束症、精神症状与认知功能障碍。而位点e46k、g50q和a53t突变表现为严重而急进型PD，伴有认知能力下降与精神症状。

2 PARK2基因（PARKIN基因）

PARKIN蛋白基因突变是常染色体隐性遗传性少年型帕金森综合征的致病基因，定位于染色体6q25.2～q27，它是一种E3泛素连接酶，参与错误折叠、可溶性蛋白的降解，可减少多巴胺神经元的死亡。Yin等[6]认为，PARKIN的基因变异将降低E3泛素-蛋白连接酶的活性，从而影响线粒体的自噬系统，引起氧化应激反应，导致神经元的缺失。Bao等[7]认为PARKIN基因的外显子1、4、6、7的突变与早发性PD有关，且PARKIN基因的点突变大多数散发性PD，而其基因外显子的缺失突变与位移突变主要表现为家族性PD。

3 PARK3

目前还未能发现PARK3的致病基因及编码产物，其定位于染色体2p13，在对白种人PD家系的研究中发现神经元胞质中出现了广泛的lewy小体。可惜的是现存的研究发现均来自德国北部及丹麦[8]，虽其证明了有一定的家族性PD的统一发病机制，但在我国内并无相似的发现。

4 PARK4

PARK4基因是家族性PD的一个候补基因，最初发现于一美国PD家族，研究发现其与α-syn基因的重复突变相关，定位于染色体4q21。其致病机制与α-syn基因相似，故有学者认为PARK4与PARK1是同一种基因[9]。

5 PARK5（UCH-L1基因）

泛素C端水解酶L1（UCH-L1），定位于染色体4p14，是一个半胱氨酸蛋白酶，能通过泛素酶C末端甘氨酸能催化酰胺、酯和硫酯键的水解。应用这种方式，在单体形式下UCH-L1有生成和稳定自由泛素单体的作用，使泛素单体能够循环利用[10-11]。有趣的是，UCH-L1有一个相反的水解酶活性，能在二聚体催化下加入泛素单体形成以泛素C末端和K63相连接的新泛素链，使α-syn蛋白难以降解[12]。在一个常染色体显性遗传的PD家族中发现UCH-L1基因I93m突变，可以导致泛素水解酶活性的减弱，引起UPS蛋白水解的异常及神经元中蛋白的堆积，引起神经变性[13]，但在其他学者的研究中并未发现上述结果。在UCH-L1基因多态性变异中，S18y变异编码了一种使UCH-L1不能二聚化的蛋白，防止了α-syn蛋白的聚集。此蛋白酶同时拥有连接酶活性和UCHL1水解酶活性，能参与蛋白质在大脑中的降解，这是一个保护神经的关键过程[14]。

6 PARK6（PINK1）

PINK1是遗传性PD常见的突变基因，定位于染色体1p36，其编码的蛋白具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性，存在于线粒体外膜。作为PINK1的上游分子，其突变导致的PINK1/PARKIN通路紊乱所引起的线粒体自嗜系统的异常，将会阻碍细胞清除过多的线粒体及受损线粒体，从而产生过多的氧自由基，导致神经的毒性作用。在PINK1突变的果蝇实验中，Morais 等[15]发现早期PINK1突变会影响线粒体呼吸链复合物I的功能，减弱果蝇神经肌肉接头处线粒体膜传输能力，但可以通过补充突触末端ATP来恢复线粒体功能。Tanaka等[16]研究发现PINK1突变后的果蝇产生了帕金森的运动障碍，而在敲除PINK1基因后果蝇并无明显的线粒体异常。这些实验研究说明了PINK1对维持线粒体正常功能及缓解帕金森疾病上的作用。

7 PARK7（DJ-1基因）

DJ-1被认为是导致隐性家族遗传性PD的发病原因之一，首次发现于小鼠NIH3T3细胞的癌基因产物，位于染色体1P36.2～P36.3，特点是早期发病和进展缓慢。DJ-1蛋白是一种多功能蛋白，在转录调节中发挥抗氧化应激作用，它可以保护神经元免于氧化应激所导致的细胞死亡。DJ-1可以调节磷酸酶和张力同源物（PTEN）的活性，而PTEN是各种神经元细胞损失和死亡的关键。DJ-1通过转亚硝基反应来抑制PTEN磷酸酶活性，即使一个蛋白质的半胱氨酸残基转移到另一个一氧化氮基团（DJ-1基因106位半胱氨酸转变成半胱氨酸亚磺酸）。DJ-1通过这种反应增强抗氧化应激作用。有研究通过X射线晶体学及定点诱变发现了Cys106位点，其位点的突变会使DJ-1功能难以抑制PTEN的活性，造成神经元损伤[17]。

8 PARK8（LRRK2基因）

亮氨酸重复序列激酶（PARK8）被发现于一个日本家族性PD，定位于染色体12pll.2～q13.1。在LRRK2基因编码的多结构蛋白中，各种显性突变都集中在蛋白质的中央区域。中央区域包括复RAS （ROC）-GTPase蛋白结构域和激酶结构域，其中ROC结构域包含一个残基，可以有多个突变点（R1441C/G/H），而COR结构域包含有一个突变点y1699c和激酶结构域包含有两相邻残基突变点G2019S与i2020t。LRRK2突变的病理作用可能涉及α-syn蛋白和tau蛋白，是α-syn蛋白聚集与lewy产生的原因。Daher等[18]认为，LRRK2突变是迟发性PD的发病原因之一，而G2019S是最常见的LRRK2基因突变点，造成LRRK2的活性的提高，由于G2019S-LRRK2蛋白过度表达而产生毒性，从而引起α-syn蛋白的堆积和神经元的损失[19]。在一项LRRK2基因敲除大鼠的实验中，其结果显示敲除LRRK2基因可以防止神经的退行性变化[20]。

9 PARK9（ATP13a2基因）

PARK9基因的突变可导致的kufor-rakeb综合征，定位于染色体1p36，为常染色体隐性遗传，常伴随着三种少年型PD的临床症状：痉挛、核上性凝视麻痹、痴呆。Park等[21]在11个独立的家族纯合子或复合杂合子ATP13a2基因突变表现中发现了纯合子F182L、G504R和G877R错义突变会改变蛋白稳定性,而杂合子T12M、G533R和A746T突变会损伤ATP13a2的ATP酶活性。其证明了ATP13a2基因表达的改变会导致溶酶体功能缺陷，进而引起α-syn蛋白的累积与线粒体功能的障碍。

10 PARK10

PARK10基因位于染色体lp32，与迟发性PD有关。目前PAEK10基因突变并不是常见的PD致病方式，也没明确的致病机制，有学者猜测其突变与PD发病的时间和易感性有关[22]。

11 PARK11（GIGYF2基因）

PARK11基因位于染色体2q36-37，GIGYF2基因定位于36.1，是PARK11的候选基因。张雯雯[23]对中国300例散发PD患者进行基因检测，发现了8个新的GIGYF2基因突变位点，分别为c.G766A，c. Cll3OA，c.C1417T，c.C1555T，Cgg1474-1475AA，c.C1738A，c.C2935T，c.G3208C，其中GIGYF2基因在中国汉族散发性迟发型PD人群中的突变频率为2.7%，但是GIGYF2基因致病机制仍未明确，有待进一步研究。

12 PARK12

PARK12基因定位于染色体xq21～q25，目前阶段未能克隆此基因，其编码蛋白及致病机制仍未知，其相关研究报道缺乏。

13 PARK13（Omi/HtrA2基因）

Omi基因位于染色体2p13.1，主要编码一种位于线粒体的丝氨酸蛋白酶，是一种促凋亡蛋白，能降解错误折叠的蛋白，其功能缺陷会导致蛋白聚集和线粒体功能障碍而引发PD。Wang等[24]研究404名中国PD患者，发现IVS5+29T＞A和c.G77A突变可能是PD的致病因素之一。Chao等[25]研究提出p.g399s突变所导致的PD在亚洲人中是罕见的，然而在欧洲PD患者中被认为是重要致病因素。

14 PARK14（PLA2G6基因）

PLA2G6基因定位于染色体22q13.1，其突变与小儿营养不良、脑内铁沉积相关的神经退行性疾病和卡拉克综合征有关。Paisan等[26]将PLA2G6确定为一组常染色体隐性遗传的早发性肌张力障碍PD的致病基因，其病理检查显示广泛的lewy小体产生和过度磷酸化的tau蛋白累积。在Beck等[27]的研究中，鼠PLA2G6基因敲除模型表现出线粒体和突触膜的结构异常，包括线粒体呼吸链功能障碍、ATP合成减少、线粒体形态异常等PD致病条件。Zhou等[28]认为PLA2G6基因突变导致相关Ca2+信号通路的障碍会触发自噬功能障碍，引起多神经元在黑质致密部的逐渐丢失。在一些常染色体隐性遗传的早发性PD患者的基因检测中发现p.d331y型纯合子突变[29]，这是PLA2G6常见的突变方式。

15 PARK15（FBXO7基因）

遗传性PARK15型PD又称为帕金森-锥体束综合征（PPS）或白球锥体束病（PPD），定位于染色体22q12～q1322，是指患者除有帕金森病震颤麻痹表现外还合并有痉挛状态、腱反射亢进、病理征阳性等锥体束征表现。目前FBXO7作用机制未完全明确，Burchell等[30]认为，FBXO7参与线粒体功能，通过PINK1和Parkin直接作用在Parkin介导的线粒体自噬机制，在缺乏FBXO7表达的细胞显示线粒体功能缺陷。Di Fonzo等[31]研究发现FBXO7基因R378G、R498X型突变会导致遗传性PARK15型PD。

16 PARK16

PARK16是近几年新发现的可能与PD发病相关的位点,定位于染色体 1q32。RARK16包括：SLC45A3、NUCKS1、RAB7LI、SLC4IA1和PM20D1五个候选基因。其中SLC4IA1（rs11240569）的突变被认为和PD的发病存在相关性，可降低中国散性PD的发病率[32]。Xia等[33]在研究中国PD人群中发现单核苷酸rs947211的多态性是会增加PD的发病率，也可降低PD发生的可能性。但目前RARK16基因变异导致PD的机制仍不清楚，仍需要深入研究。

17 PARK17（GAK基因）

PARK17基因编码的蛋白是一个丝氨酸/苏氨酸激酶，位于染色体4p16，通过修饰α-syn蛋白的表达和毒性水平而影响PD的发病率。在台湾PD患者的基因筛查中发现GAK基因rs11248051位点突变会增加PD风险[34]。Zhou等[35]研究发现GAK rs11248051位点和rs3129882位点的突变为中国人群散发性PD的重要危险因素。

18 PARK18（HLA-DRA基因）

PARK18基因定位于染色体6q21，目前对于HLA-DRA基因的筛查对象大多数为白种人，在中国少有发现，且其发病机制也有待进一步研究。

除此之外近年来新发现了 VPS35、NR4A2、CHCHD2等新PD易感基因[36-38]。CHCHD2发现于日本PD家族，但在对于现中国PD家族的基因筛查中并未发现CHCHD2基因突变。NR4A2基因相关的转录因子会影响中脑多巴胺神经元的存活，在中国PD患者基因筛查中发现NR4A2外显子2、3的突变与PD疾病有关[38]。VPS35突变会引起常染色体显性遗传的晚发型PD。VPS35形成retromer复合体核心组成部分，它可以介导高尔基体或质膜膜蛋白的修复，而D620n突变将导致线粒体功能障碍引起PD[37]。但目前VPS35突变和retromer的作用机制尚未明确。

综上所述，从分子遗传学、分子生物学的角度来研究PD的致病因素，其成果对于PD的早期诊断也将逐渐成熟，随着研究的深入，PD致病基因将慢慢被发现，其发病机制也将逐渐清晰，这对于PD患者的治疗有很大的帮助。

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（收稿：2016-02-20 修回：2016-04-25）

浙江省自然科学基金资助项目：（No：LY14H280002）

1浙江中医药大学第三临床医学院，（杭州310053）；2浙江省温州市中医院神经内科（温州 325000）

黄建平，Tel：13738718777；E-mail：dr.hjp@163.com