PRRT2基因突变致病机制与相关疾病的研究进展☆

刘鹏鹏 刘亚青 令调文 宫玉哲党小利 王天成

富含脯氨酸的跨膜蛋白2（Proline-rich transmembrane protein 2，PRRT2）是位于16号染色体的一个小基因，内部包含4个外显子，2～4号外显子编码包含340个氨基酸的多域蛋白，是由国内学者鉴定出的第一个发作性运动诱发性运动障碍的致病基因[1]。越来越多的研究发现，PRRT2基因突变与多种发作性疾病相关。PRRT2存在多样突变类型，包括移码突变、错义突变、无义突变，多数突变可导致PRRT2截短蛋白的出现，这种短截蛋白极易被细胞中的蛋白酶体降解，造成功能缺失，从而致病[2]。无论是在散发性还是家族性病例中，对发作性运动诱发性运动障碍（paroxysmal kinesigenic dyskinesia，PKD）、良性家族性婴儿癫痫（benign familial infantile epilepsy，BFIE）、发作性舞蹈动作性婴儿惊厥（infantile convulsions with paroxysmal choreoathetosis，ICCA）等患者基因筛查都可见PRRT2突变，这三种综合征是PRRT2相关疾病最常见和最主要的表型[3]。鉴于PRRT2基因突变多样性、蛋白功能多样性、疾病表型多样性，尽可能阐明其致病机制对于相关疾病诊治具有重大意义。

1 PRRT2基因突变的致病机制

对PRRT2突变所致疾病发病机制的研究一直在不断发展中，已有的很多研究表明，其最终都是通过PRRT2功能缺失致病，而临床表型的不同，与基因、环境等多种因素相关。

1.1 影响神经系统发育CHEN等[1]对PRRT2蛋白进行了组织定位，发现在鼠中枢神经系统如大脑皮质、基底节和小脑中该基因呈高表达，而且小鼠脑组织体外实验显示这些部位PRRT2基因表达水平随鼠龄而改变，在胚胎期前16 d表达水平低，生后7 d出现大量表达，至生后14 d达高峰，随后又逐渐下降，成年期呈低表达。这说明PRRT2在鼠中枢神经系统发育过程中，组织中的含量是变化的。VALENTE等[4]通过慢病毒转染和免疫荧光技术，发现PRRT2的表达与突触形成和重塑的时间平行。由此看来，在整个神经系统发育中，PRRT2蛋白发挥着重要的作用。

有动物研究表明，干扰PRRT2基因表达后，初级神经元向皮层的迁移延迟，而在敲除细胞中表达PRRT2，可以部分的改善这种异常[5-6]。通过观察树突棘的密度，可以对突触连接进行评估[7]，与正常对照组相比，shRNA干扰PRRT2表达后的小鼠神经元树突棘密度明显降低[5]。利用体细胞重编程技术，李春等[8]成功建立携带PRRT2突变PKD患者特异的诱导多能干细胞 （induced pluripotent stem cell,iPSC）系，采用不同神经诱导体系诱导其分化，通过免疫荧光技术等检测到其神经元发育异常，这可能是PRRT2突变导致PKD的病理生理机制。PRRT2敲除鼠神经元迁移延迟和突触发育缺陷[5]，在临床上，具有PRRT2等位基因突变或纯合突变的患者具有更严重的表型，如合并智力障碍等[9]，说明PRRT2蛋白在神经发育中起重要作用，推测PRRT2纯合突变通过影响神经系统发育导致了症状更复杂多样的PRRT2相关疾病。但是通过何种分子机制如何发挥作用仍不清楚。

1.2 蛋白错误定位野生型PRRT2蛋白是一种突触蛋白，很多研究表明，该蛋白定位于突触前膜和轴突末梢[2,4]，但也有研究发现突触前膜及突触后膜均可发现其存在，且定位于兴奋性突触[5]。这种亚细胞定位决定了它在突触处发挥作用，而且因为膜拓扑结构的不同会有不同的蛋白相互作用[10]。正常的亚细胞定位是其发挥功能的前提条件。突变体PRRT2定位异常，不再主要定位于细胞膜，与其他突触相关蛋白的作用减弱或消失。此外，PRRT2蛋白的C端属保守序列，TSAI等[11]研究了多个PRRT2突变体，发现发生在C端的错义突变（8/13）最终更容易导致PRRT2蛋白的错误定位，这类突变多为致病性。ZHAO等[12]的研究也认为致使C端氨基酸序列改变的突变引起蛋白的错误定位，出现功能丧失。而且他们的功能研究中发现的蛋白定位发生改变的PRRT2错义突变主要来源于PKD的基因筛查。因此，鉴于PRRT2蛋白本身特殊的拓扑结构，发生在C端的突变可能会导致该蛋白错误定位，进而致病。

1.3 影响通道功能PRRT2突变相关疾病大多是通道病，突变蛋白影响膜上离子和非离子通道的功能，出现膜内外各离子分布不均，造成细胞膜电位异常，神经元兴奋性发生改变，最终致病。

1.3.1 钠离子通道 钠离子通道是细胞膜上主要的离子通道之一，存在众多亚型，涉及众多神经及心脏疾病[13]。癫痫以神经元异常同步放电为特点，与各类型离子通道密切相关，尤其是钠离子通道[14]，而PRRT2相关疾病是一类具有发作性特点的疾病，其中包括部分类型癫痫，如已有研究表明，有些BFIE患者存在SCN2A基因突变[15]。最近有研究表明，PRRT2蛋白对Na+I.V 1.2/1.6起负调控作用，降低了Na v 1.2/Na v 1.6通道的膜暴露和Na+电流，来源于携带杂合或纯合热点突变（c.649dupC）的诱导多能干细胞中PRRT2突变体缺乏对钠通道的负调控，从而增加细胞的兴奋性[16]，这可能是PRRT2相关疾病的发病机制之一，尤其是携带c.649dupC的疾病。虽然大多数研究并未进行详细的致病机制的分子研究，但在临床实践中，PKD和BFIE患者对钠离子通道阻滞剂卡马西平反应良好，这侧面说明了在这两类疾病中，PRRT2突变可能正是通过影响Na v 1.2/Na v 1.6通道而致病。

1.3.2 钙离子通道 钙离子触发囊泡融合是突触递质释放的启动过程。在突触连接处，突触相关蛋白（synaptotagmin1/2）可作为一种Ca2+感受器，与PRRT2蛋白相互作用，参与同步神经递质释放[4]。利用shRNA干扰初级神经元中PRRT2表达，导致其与synaptotagmin1/2相互作用减弱，同步释放急剧减低[4]。此外，很多研究表明，PRRT2蛋白在突触前膜与SNAP25相互作用，参与突触囊泡融合和神经递质释放，推测PRRT2与SNAP25的相互作用也涉及了钙离子通道[4,17]。因此，基因突变所致异常蛋白可能通过影响钙离子通道而致病，但还需进一步的研究来阐释这种异常是如何导致大脑的发作性疾病的。

1.3.3 AMPA受体通道 AMPA受体是一种离子型谷氨酸受体，而GRIA1是AMPA受体复合物的主要亚基之一。一项对天然AMPA受体复合物的高分辨率蛋白组学研究发现，在新鉴定的21中组分中包括PRRT2蛋白[5,18]。有研究利用免疫共沉淀技术，发现PRRT2蛋白可能是不止存在于突触前膜，突触后膜也存在[5]。高分辨率的蛋白组学发现PRRT2与位于突触后膜AMPA受体复合物的亚基GRIA1相互作用，抑制谷氨酸的释放和功能，PRRT2突变体导致谷氨酸信号转导功能障碍和GRIA1膜分布异常，增加了神经元兴奋性，从而导致了PKD的发生[19]。有研究认为，PRRT2基因是一个脑网络稳定基因，而PRRT2突变会打破突触连接处兴奋性和抑制性电位平衡，使其处于高兴奋状态[20]。

综上所述，对于PRRT2基因突变的致病机制的研究主要来源于PKD患者中发现的突变，但PRRT2相关疾病相似却各有特点。因此，在BFIE和ICCA等其他PRRT2相关疾病中的致病机制研究也有待进行。

2 PRRT2基因突变相关疾病

PRRT2基因突变最常见的为移码突变（c.649dupC为其突变热点），此外，还包括无义突变、错义突变、剪接突变等[16]。DARIUS等[21]于2015年对过往病例报道总结，共存在73种不同的疾病相关的PRRT2突变(35种截断突变，22种错义突变，3种延伸突变，6种推测的剪接位点变化，以及7种导致PRRT2完全缺失的突变)。后来又有学者对过往报道进行总结，发现有87项研究共报告了97种不同的PRRT2突变[22]。随着后续研究的不断推进，FLORIANA等[16]于2018年也提出存在超过70种的PRRT2突变，其中有95%为移码或无义突变。但PRRT2相关疾病并不存在基因型-表型对应关系，存在着明显的表型异质性[3]。如携带相同PRRT2突变的家系成员经常表现出不同的表型，每个人都患有不同的疾病，即使是同一个体的不同年龄，其表型也可能不同[23]。这一结果，可能是PRRT2年龄依赖性表达、基因的剂量效应、多个基因剂量的失衡，或是PRRT2蛋白本身存在多种作用所致，同时，也不除外突变以外的其他因素。

2.1 发作性运动诱发性运动障碍PKD是一种较少见运动障碍性疾病，PRRT2突变相关运动障碍中最常见为PKD，是一种常染色体显性遗传病，主要表现为不自主的运动发作，如肌张力障碍、舞蹈样动作、手足徐动[1]。PRRT2基因已明确为PKD的致病基因。通过对有阳性家族史的PKD患者进行基因筛查，发现51个PKD家系中有存在12种不同的PRRT2突变类型，包括移码突变、无义突变等[22]。通过对家系和散发病例的研究，发现在家族性PKD/ICCA病例中有50%（5/10）发生了PRRT2突变，包括插入突变、重复突变；散发病例中16.2%(6/37）发生了突变[24]。动物实验中，PRRT2敲除鼠表现为PKD样表型[2]。在家系研究中，也观察到了常染色体显性遗传和不完全外显的特点[1]。这些研究都说明PRRT2基因的突变或缺失与PKD密切相关。对PKD中检测出的这些突变进行体外功能研究发现，他们会出现神经发育异常、蛋白错误定位、离子通道和受体异常，表明可能是多种机制参与了PKD。

2.2 良性家族性婴儿癫痫良性家族性婴儿癫痫BFIE或BFIC则为婴儿期常见的一种常染色体显性遗传的特发性癫痫综合征[25]。其临床特点为：起病年龄3～12个月，发作类型多为局灶性发作或继发性全面强直-阵挛发作，对精神运动发育无影响，头颅影像学检查及发作间期脑电图正常，有婴儿期癫痫家族史，预后良好，多在3～5岁以内发作自行终止或抗癫痫药物可良好控制[25]。ZENG等[15]在对78个BFIE家系进行致病基因筛查，发现有49个（49/78，62.8%）家系存在PRRT2基因突变，包括错义突变、移码突变、重复突变等突变类型，其中29个表现为c.649dupC[p.Arg217Profs*8]。由此可见，BFIE中，突变类型多样，推测可能多种致病机制参与该疾病的发生。

2.3 婴儿惊厥伴阵发性舞蹈性手足徐动症婴儿惊厥伴阵发性舞蹈性手足徐动症ICCA是一种同时合并婴儿惊厥发作及舞蹈手足徐动的发作性疾病。杨小玲等[26]对11个ICCA家系及1个ICCA散发病例进行基因测序，结果表明，不论是家系还是散发ICCA病例，均存在PRRT2突变，突变c.649_650insC(p.R217PfsX8)最常见。HERON等[27]在 5/6的ICCA家系中发现了PRRT2突变的存在。因此，PRRT2突变可能是是ICCA的主要致病基因。

2.4 其他相关疾病还有报告提出其他PRRT2相关性疾病还包括发作性非运动性运动障碍（PNKD）、发作性过度运动诱发性运动障碍、发作性共济失调、偏瘫性偏头痛[28]。MAINI等[29]报告了一例早期表现为婴儿癫痫，后来发展为良性婴儿肌阵挛的PRRT2突变病例，其突变类型为杂合突变（c.649dupC），最终导致了截断蛋白(p.Arg217Profs*8)的出现，这一发现扩大了PRRT2疾病谱。

总的来说，基因突变类型及位点众多，且基因型与表型之间并不是一一对应关系。此外，表型差异与突变程度密切相关。单个突变的患者精神运动发育几乎不受影响，影像学、脑电图及精神心理测试正常。DELCOURT等[9]对患有发作性神经系统疾病的患者进行PRRT2突变筛选，发现五名携带纯合或复合杂合突变的患者具有更严重的临床表型，出现极少见的持续性共济失调、合并智力障碍等表现。LABATE等[23]研究中也发现携带PRRT2（C.649dupC）纯合突变的PKD/BFIE患者同时合并智力障碍、发作性共济失调、失神等表现。这体现了基因剂量效应，但也有可能是多基因异常。如有研究发现丢失16P11.2片段的患者和小鼠同时存在其他临床表现，而这一区域还存在其他基因突变[30]。因此，进行PRRT2突变的筛查，对这一系列疾病的诊断及治疗有重大意义。

3 总结与展望

在多种神经系统发作性疾病的致病基因筛查中，PRRT2基因突变较为常见。该基因具有不完全外显和多效性的特点，这可能是其临床表型范围广的原因。同时，在各种动物实验中，也证实PRRT2突变与这类疾病相关。

综上所述，PRRT2蛋白具有多种功能，但主要在突触处发挥作用，影响神经递质传递，突变则通过各种途径导致该蛋白功能缺失，进而致病。PRRT2相关疾病范围较广，涉及众多神经系统疾病，其中对PKD的研究最多，但突变以哪一种或几种机制致病并未有的更详细的研究。临床工作中，诊治发作性疾病时，尤其在家族史阳性时，可进行PRRT2基因筛查，可为明确诊断提供重要证据。同时，在治疗方面，携带PRRT2突变的患者药物疗效更好，而且抗癫痫药物如卡马西平可有效治疗PKD可能提示它们存在共同的致病通路。PRRT2疾病有些表现为良性发展过程，但携带纯合突变或复合杂合突变的患者有更严重的临床表型，常伴有精神发育异常，其预后欠佳。更值得深入研究的是，PRRT2相关的部分疾病具有特定的发病年龄和自愈性，基因的年龄依耐性表达、机体自身的基因修复是否为可能的机制。PRRT2基因及其功能研究，对相关疾病致病机制的研究尤为重要，但具体每种疾病的分子通路机制还需进一步研究。