帕金森病易感基因研究进展

文洁，许顺良，孙琳，毕建忠

·综述·

帕金森病易感基因研究进展

文洁，许顺良，孙琳，毕建忠

帕金森病(PD)是中老年人常见的CNS退行性疾病，其病理特点是中脑黑质致密部多巴胺神经元变性缺失及残余神经元胞质路易小体的形成。临床主要特征为静止性震颤，运动迟缓，肌强直和姿势平衡[1]。据统计，PD在65岁以上西方人群中的患病率约0.1%～0.25%，在中国患病率约1.7%[2]。由于影响PD发病的因素多且复杂，至今对于其病因仍未完全了解，目前多认为是遗传因素与环境因素共同作用的结果。同时，氧化应激、线粒体功能障碍、泛素蛋白酶系功能障碍、兴奋性氨基酸毒性及细胞凋亡等都有可能参与其发病[3]。

大多数PD患者呈散发性，其中约10%～15%的患者有家族史[4]，阐明家族性PD的遗传机制有助于深入研究PD的分子机制。随着全基因组关联性研究(GWAS)的不断发展，使PD遗传致病机制的研究取得了很大进步，目前已发现超过20个易感基因突变位点。但只能解释一小部分PD，大多数PD的遗传学致病机制仍不清楚[5]。随着下一代基因测序、全外显子测序、全基因测序、RNA测序等基因测序技术的发展以及基因测序数据统计分析技术的提高，将会进一步促进对PD分子学发病机制的研究，提高基因学诊断的能力，从而找出更加有效的预防及治疗措施。本文就目前为止发现的与家族性PD相关的易感基因作一简述。

1 常染色体显性遗传型PD

对于常染色体显性遗传型PD，目前发现的基因突变有SNCA、LRRK2及VPS35、EIF4G1、DCTN1、GBA、DNAJC13。见表1。其中，α-突触核蛋白基因(SNCA)编码的α-突触核蛋白是PD残留神经元胞质中嗜酸性包涵体即路易小体的主要成分，该基因突变可致其异常聚集[6]。在家族遗传型PD中，该基因突变类型有：点突变和基因多倍体(二倍体和三倍体)，其中二倍体突变在1%～2%的PD家系中得到证实，而三倍体与点突变相对比较罕见[5]。SNCA基因三倍体使SNCA的拷贝数比正常人多一倍，且研究[7]认为SNCA的拷贝数与发病年龄、临床症状的严重性呈正相关。SNCA点突变包括在希腊家族中发现的Ala53Thr以及在单个德国及西班牙家系中分别发现的Ala30Pro与Glu46Lys[8]。最近有研究[5,9-11]通过基因测序发现新的点突变——His50Gln和Gly51Asp。其中，Gly51Asp[5,9,11]在法国、美国及日本的PD家系中都得到证实，且其临床症状及病理类型与典型PD都相似，认为其是PD的致病突变之一；但在英国散发性PD及加拿大的一个家系中发现的His50Gln[5,10]，由于缺乏基因共分离的证据以及在电脑模拟软件中发现其有可能是一种良性突变，因此与PD发生的相关性可能还需要更多的证据。

富亮氨酸重复激酶Ⅱ(LRRK2)编码的dardarin蛋白是一种类似激酶的蛋白，可通过添加磷酸基团到其他蛋白上从而激活这些蛋白的活性。研究[12]认为，其可能通过干扰多巴胺神经元生长及诱导产生非正常的内含体，参与PD病理结构的形成。目前发现，LRRK2的7种基因突变类型(Asn1437His, Arg1441Cys, Arg1441Gly，Arg1441His，Tyr1699-Cys，Gly2019Ser和Ile2020Thr)与PD的发生有关[13]，其中Gly2019Ser是最常见的突变类型，其次是Arg1441Cys与Gly2019Ser[14]。

表1 PD相关易感基因的变异类型及遗传方式定位基因染色体突变类型常染色体显性遗传 SNCA4q21p.A53T、p.A30P、p.E46K,SNCAtriplication/duplication LRRK212q12Asn1437His、Arg1441Cys、Arg1441Gly、Arg1441His、Tyr1699Cys、Gly2019Ser、Ile2020Thr EIF4G13q27.1A502V、R1205H VPS3516q12Asp620Asn、p.P316S、p.Y507F、p.E787K DCTN12p13p.Phe52Leu DNAJC133q22.1p.Asn855Ser ATX212q24.1CAGrepeat常染色体隐性遗传 Parkin6q25.2-q27R402C、T173M、V244I、A82E、P437L、P37P、IVS2+248c>t、IVS7-60g>c、IVS7-58a>g、IVS8+93c>t DJ-11p36.23L166P、M26I PINK11p36Ala168Pro、Arg68Pro、Pro296Leu、Ile442Thr、Glu476Lys、Asp525Asn、Cys92Phe、Arg464His、R246X、H271Q、E417G、L347P、Q239X、R492X ATP13A21p36Gly504Arg、Thr12Met、Gly533Arg PLA2G622q13.1p.T572 FBXO722q12.3R378G、Arg498Stop、Thr22Met DNAJC61p31.3Q734X、AK4p.S61C常染色体性显/隐性遗传 GBA1q21N370S、L444P、84GG、IVS+1、V394L、R496H

空泡蛋白35(VPS35)编码的蛋白是一种多亚基寡聚体复合物，即retromer复合体，主要负责胞内蛋白质从吞噬小体到溶酶体的逆向运输。该基因突变会使内吞小体的转运发生障碍，影响凋亡细胞的清除，使其胞内含物外渗致神经元损伤。在两项独立的全外显子测序[15-16]中发现同一突变体Asp620Asn，提示其与迟发型PD的发病相关。最近，Nuytemans等[17]对213例患者进行全外显子测序时发现，VPS35新的三种突变类型——p.P316S、p.Y507F和p.E787K可能通过影响氨基酸的编码引起PD。

EIF4G1即真核翻译起始因子4γⅠ，其作为一种“支架蛋白”使其他与翻译起始相关的因子与之结合而发挥各自的作用。该基因突变会降低mRNA的转录水平，影响细胞代谢、线粒体功能、氧化应激等过程。Chartier-Harlin等[18]对法国的一个PD家系进行全基因连锁分析时发现，该基因的突变体为A502V 和R1205H。但是之后的基因测序研究都没有发现该基因的突变与家族遗传型及散发性PD的关联性。

动力蛋白激动蛋白Ⅰ(DCTN1)是一个重要的微管相关的马达蛋白，它通过激活动力蛋白而参与迁移、细胞骨架再组装以及细胞内物质输送等重要的细胞生命活动。DCTN1是动力蛋白激活蛋白重要亚单位之一，其功能低下与多种神经变性疾病如家族性运动神经元病、帕金森综合征、额颞叶萎缩等都有关[8]。目前发现突变类型有：G59S、G71R、G71E、G71A、T72P及 Q74P[8]。最近，Araki等[19]在一个日本家系的基因分析中发现新的杂合突变——Phe52Leu。

已知共济失调蛋白Ⅱ(ATXN2)5′编码区多聚谷氨酰胺残基即CAG三核苷酸重复序列的异常扩增与肌萎缩侧索硬化症(ALS)及脊髓小脑共济失调Ⅱ型(SCA2)的发生有关[14]。Gwinn-Hardy等[20]在对一个亚裔美国PD家系进行基因分析时发现，ATXN2 CAG三核苷酸序列的异常扩增，但扩增次数少于典型SCA2的扩增。目前对于该基因与PD相关性的内在机制仍然不清楚。

热休克蛋白40同源亚型13(DNAJC13)编码的蛋白参与早期核内体的转运、内吞小泡循环、溶酶体酶解途径等。目前认为，这些过程的分子缺陷与PD的发病直接相关。Vilario-Güell等[2]通过对来源于加拿大、挪威、台湾、突尼斯及美国的2928例PD患者进行基因测序发现，突变p.Asn855Ser与其发病密切相关。最近，Gustavsson等[21]对201例PD患者进行基因测序发现，存在的变异体有：p.E1740Q、p.R1516H、p.N855S、p.N855S、p.L2170W、p.P336A、p.V722L、p.N855S、p.R1266Q，其中除p.N855S外，其他的罕见变异类型可能会增加疾病的易感性。

葡糖脑甘酯酶(GBA)突变会使葡糖脑苷脂在肝、脾、骨骼和CNS的单核-巨噬细胞内蓄积，最初是在戈谢病的研究[22]中发现的 。Aharon-Peretz等[23]在对德系犹太人群中戈谢病、PD及Alzheimer’s病患者进行基因分析发现，GBA突变体N370S, 84GG, R496H与PD的发生有相关性。对中国大陆402例散发性PD的GBA进行分析发现，突变体L444P，会增加PD的发病率[24]。目前多认为，葡糖脑苷脂的聚集会增加神经元细胞内钙离子的活性，使其对某些抗原更加敏感，更易凋亡。但对戈谢病患者更易罹患PD的发病机制、遗传型及表型的联系及不同民族的种族差异性，仍需要更多研究去探索[23]。

2 常染色体隐性遗传、临床症状典型的PD

对于常染色体隐性遗传、早发型及临床症状典型的PD，已知的致病基因有：parkin(PRKN, PARK2), PTEN (PINK1或PARK6)及 DJ-1 (PARK7)(表1)。

其中，PRKN编码的parkin蛋白具有EⅢ泛素-蛋白连接酶活性，在维持多巴胺能神经元的正常功能中发挥作用。该基因突变比较常见，尤其是在早发型PD中可占约50%左右。目前发现的该基因相关的突变有100多种，包括缺失突变及双倍体，但对于其引起PD发生的机制仍不清楚[25]。有研究[26]认为，PARK2的杂合突变与PD的发生也有关，但这种突变在对照组与病例组都存在，因此要确定这种关联性，目前证据尚不足。

PTEN诱导激酶Ⅰ(PINK1)编码的蛋白质具有丝氨酸-苏氨酸激酶活性，在细胞氧化应激过程中有保护线粒体的功能。目前认为，PINK1可通过调控多巴胺的合成酶(酪氨酸羟化酶和多巴脱羧酶)的表达而影响多巴胺的合成，参与PD的发生。Valente等[27]在西班牙PD家系中发现突变体G11185A及在2个意大利家系中发现的纯合突变G15600A。

PARK7即DJ-1，其编码的蛋白在脑内呈区域特异性分布，主要分布在皮层中的神经胶质细胞，以及黑质、纹状体中的神经元。已知黑质和纹状体是PD发病的两个脑区，提示其可能在这些区域直接发挥抗氧化应激作用。Bonifati等[28]分别对荷兰及意大利家族早发型PD进行基因测序发现了PARK7的纯合缺失突变以及错义突变。该基因突变比较罕见，目前多认为其通过影响突触前多巴胺递质功能而发挥作用[14,29]。

3 常染色体隐型遗传、非典型临床症状的PD

最近被发现，在一些复杂的常染色体隐性遗传型PD中存在ATP13A2(PARK9)、PLA2G6(PARK14)、FBXO7(PARK15)及DNAJC6的突变(表1)。这些患者除具有PD的典型症状外，还具有认知功能障碍、肌张力障碍、锥体系症状等附加症状[30-33]。

其中，P型ATP酶(ATP13A2)编码的溶酶体膜蛋白突变可影响左旋多巴胺转运相关基因及膜泡运输、胞吐相关基因表达，抵抗α-突触核蛋白引起细胞毒性作用致神经元凋亡[34]。携带该基因突变的患者青少年期发病，对多巴胺反应良好，同时可伴有核上性凝视麻痹、视动性眼球震颤、视幻觉等症状[14]。2006年，Ramirez等[35]在一个非近亲结婚的智利人家系中发现，ATP13A2突变可能是引起Kufor-Rakeb综合征的原因。之后越来越多的研究[36-39]证实，该基因突变与PD发生有相关性，目前确定的突变体包括Ala249Val、Ser282Cys、Ile946Phe、Arg980His、Arg294Gln、Arg449Gln等[38]。

磷脂酶A2(PLA2G6)编码的蛋白参与磷脂改造、花生四烯酸的释放、白三烯和前列腺素的合成与凋亡等过程，因此其与多种疾病的发生相关。该基因最初是在研究婴儿神经轴索营养不良及脑内铁沉积中发现的。最近，在中国汉族人群中52位早发型PD(<50岁)的基因测序中发现PLA2G6的突变体：c.G991T、c.G2036T和c.C511T[40]。

FBXO7即PARK15，其编码的蛋白质是泛素化连接酶家族底物的特异性亚单位，其变异可影响底物的正常泛素化。该基因突变可引起帕金森-锥体束综合征，除具有PD样表现外尚合并痉挛状态、腱反射亢进、病理征阳性等锥体束征表现。Shojaee等[41]在对合并有足内翻畸形的伊朗家系的全基因组连锁分析中发现一纯合错义突变：R378G。Di Fonzo等[42]在一意大利家族中发现了另一纯合突变Arg498Stop，同时还在一荷兰家系中发现其杂合错义突变Thr22Met。推测，这些突变可能通过干扰黑质-纹状体中多巴胺的功能而参与发病[42]。

热休克蛋白40同源亚型Ⅵ DNAJC6编码的辅助蛋白是神经元特异性的网格蛋白，主要聚集在神经元的突触末端。该基因突变会影响HSP40的ATP酶活性，干扰网格蛋白介导的内吞作用。最近，Koroglu等[33]通过外显子测序发现，变体Q734X及AK4p.S61C与早发型PD相关。

还有一些罕见的基因突变如GCH1、MAPT、UCHL1、PANK2、SYNJ1、GIGYF2、SPG11、POLG等，其与PD发生的相关性可能还需要更进一步的研究去证实。

3 总结

PD是一种复杂的异质性神经系统变性疾病，已知多种基因、基因间的作用以及基因与环境的相互作用都对其发生、进展及对左旋多巴的反应性等有影响。随着基因检测技术的不断提高及新的易感基因不断发现，将进一步促进人们对PD分子学发病机制的了解，帮助找到新的诊断及治疗疾病的措施。

目前用于PD的治疗手段，不管是药物还是手术，都只能改善症状，并不能阻止病情的进一步发展，更不可能治愈。但是，随着基因检测技术的发展以及对PD发病机制研究的深入，其被认为是CNS中最适合基因治疗的疾病之一，可通过导入编码多巴胺合成过程中所需的酶类基因，导入抗凋亡蛋白基因及编码神经营养因子的基因，调整基底节环路的功能活性以及与干细胞联合应用，从分子学层面上彻底治疗疾病，这些方法对PD动物模型的行为均有改善。因此，多基因联合治疗及与干细胞的联合治疗被认为是PD基因治疗的趋势[43]。

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山东省自然科学基金项目(ZR2015HM024);山东大学第二医院种子基金(S2014010006)

250033济南，山东大学第二医院神经内科

许顺良

R742.5

A

1004-1648(2017)01-0068-04

2015-07-30

2016-03-19)