遺傳基因與帕金森病相關(guān)性的研究進(jìn)展

封 華 劉承偉

(桂林醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室，廣西 桂林 541004)

帕金森病(PD)已成為人們普遍關(guān)注的社會(huì)問題，也是當(dāng)今社會(huì)及未來要挑戰(zhàn)的公共衛(wèi)生事業(yè)。盡管進(jìn)行了有關(guān)環(huán)境毒素和基因突變等復(fù)雜證據(jù)的相關(guān)研究，但PD的病因一直沒有得到準(zhǔn)確的解釋?；仡櫧陙鞵D發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展，在遺傳基因方面取得了很多成就。從基因角度看，混合基因致病而形成的家族性PD，包括已確定的11種編碼基因突變的，線粒體蛋白(PARK2，DJ-1，PINK1)，泛素羥基末端水解酶(UCHL1)，α-突觸核蛋白(SNCA)和其他沒有確切定義的蛋白〔1，2〕。目前有研究表明，遺傳因素在某種情況下也參與了PD的形成，約有5% ～10%的PD病人具有家族性遺傳〔3〕。也因此，遺傳因素在PD病因與發(fā)病機(jī)制中的作用日益受到重視。

1 SNCA基因

SNCA是由140個(gè)氨基酸所組成的，在腦神經(jīng)元及突觸前神經(jīng)末梢含量豐富，是一種突觸前蛋白基因。在散發(fā)的病例中大于90%的PD患病總數(shù)患者是由于單個(gè)基因突變引起的，分析這些致病基因，會(huì)幫助人們了解DA神經(jīng)元細(xì)胞死亡的機(jī)制以及可以幫助制定出更好的方法來治療家族性與散發(fā)性的PD〔4〕。SNCA也已經(jīng)被確定是Lewy體的重要組成部分，其機(jī)制是SNCA的異常堆積，出現(xiàn)在散發(fā)的PD患者中〔5〕。根據(jù)這些研究結(jié)果表明，異常的SNCA的堆積被考慮是PD及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病，包括癡呆、多系統(tǒng)萎縮，共濟(jì)失調(diào)等疾病的重要致病因素〔4〕。在果蠅模型實(shí)驗(yàn)中，研究發(fā)現(xiàn)SNCA超表達(dá)，Ser129磷酸化增加了DA神經(jīng)毒性，減少了包涵體的數(shù)目〔6〕。此外有很多爭(zhēng)議在嚙齒動(dòng)物(鼠類)實(shí)驗(yàn)中，相關(guān)性的DA神經(jīng)毒性研究有很多差異。SNCA若聚積過度，超過細(xì)胞自身抗蛋白酶的抗聚集能力，異常的SNCA則聚集成絲狀結(jié)構(gòu)并最終形成Lewy體及Lewy軸突。由此可推斷SNCA的纖維化和積聚是PD病人神經(jīng)元死亡和神經(jīng)功能障礙的重要原因。

2 parkin基因

目前研究parkin基因有多個(gè)突變位點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)exon4、exon6和exon7是其突變熱點(diǎn)區(qū)域。具體結(jié)合parkin基因exon4發(fā)現(xiàn)，parkin基因4號(hào)外顯子的基因點(diǎn)突變型分為突變?nèi)笔Ш忘c(diǎn)突變，家族性PD主要表現(xiàn)為exon4的部分或全部缺失(約占27%左右)，而散發(fā)性PD則主要表現(xiàn)為exon4的點(diǎn)突變。易感基因的熱點(diǎn)突變，可引起parkin蛋白一、二級(jí)結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而影響其功能，最終導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)蛋白水解通路障礙，細(xì)胞內(nèi)淀粉樣物質(zhì)沉積，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。parkin基因的突變頻率隨著發(fā)病年齡的增加明顯下降;而parkin相關(guān)性PD在全世界范圍廣泛分布，也說明parkin基因突變對(duì)PD發(fā)病機(jī)制方面的重要作用〔6〕，parkin基因突變與早發(fā)性PD也有關(guān)，parkin主要位于神經(jīng)元胞漿和突觸中，與突觸傳遞有關(guān)，parkin基因突變使細(xì)胞內(nèi)蛋白代謝紊亂，異常蛋白選擇性地聚集于黑質(zhì)DA能神經(jīng)元，阻礙了DA遞質(zhì)釋放和運(yùn)輸同時(shí)產(chǎn)生細(xì)胞毒性，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，進(jìn)而產(chǎn)生PD的癥狀。parkin基因突變具有多態(tài)位點(diǎn)，其中parkin基因兩個(gè)多態(tài)位點(diǎn)S/N167和V/L380等位基因與基因型頻率分布差異，有研究發(fā)現(xiàn)早發(fā)PD患者S/N167多態(tài)位點(diǎn)等位基因A和含A基因型頻率分布明顯高于對(duì)照組，從而得出parkin基因S/N167多態(tài)性與PD遺傳易患性有關(guān)〔7〕。純合子parkin基因(PARK2)突變的形式包括刪除，移位、錯(cuò)義突變等，是隱性遺傳性青少年型PD的重要原因〔8〕。對(duì)于這種形式的PD發(fā)病是平均40歲以下。而雜合子的突變可能在PD發(fā)生中充當(dāng)著敏感性的等位基因〔9〕。parkin基因突變異常導(dǎo)致parkin蛋白缺失，功能障礙，酶活性減弱或消失，造成細(xì)胞內(nèi)異常蛋白的累積，最終導(dǎo)致DA能神經(jīng)元細(xì)胞死亡，parkin蛋白還具有E3-泛素蛋白連接酶的活性，參與細(xì)胞內(nèi)異常蛋白的降解，所以parkin蛋白在泛素-蛋白水解酶復(fù)合體通路中發(fā)揮重要作用，是一種多用途的神經(jīng)保護(hù)劑。parkin基因雖然是PD發(fā)病的重要致病基因之一，但不是唯一的致病基因。parkin基因是研究證實(shí)與PD發(fā)病密切相關(guān)的遺傳易感基因之一，研究發(fā)現(xiàn)Parkin基因突變有其自身的規(guī)律性。因此對(duì)parkin基因的突變規(guī)律的研究對(duì)于揭示PD的遺傳學(xué)機(jī)制以及指導(dǎo)臨床診斷與治療具有重大意義。

3 PINK1基因

2001年，Valente等〔10〕對(duì)1個(gè)有122個(gè)成員的意大利西西里島的近親結(jié)婚大家族進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)一個(gè)與常染色體隱性遺傳性PD連鎖的基因座位，命名為PARK6，即PINK1基因，其定位于1號(hào)染色體短臂1p35-36區(qū)域。2004年，Valente〔6〕又在PD的家族中首次發(fā)現(xiàn)2個(gè)PINK1純合性突變。2005年在基因突變的家族性PD中進(jìn)行PINK1基因突變研究，發(fā)現(xiàn)其突變率為8.9%，可見在缺乏parkin基因突變的早發(fā)性PD中，PINK1基因突變是一個(gè)很重要的因素〔11〕。2007年，Klein等〔12〕人研究發(fā)現(xiàn)純合子基因突變和PTEN誘導(dǎo)的PINK1是PD早發(fā)病的常見原因，最近證據(jù)表明，雜合子的基因突變也許與PD的發(fā)病晚期有相關(guān)性。PINK1基因缺陷引起PD相關(guān)性病理改變的原因是眾所周知的，例如線粒體功能障礙，氧化應(yīng)激，以及外界壓力造成的易感性增加，所有這些原因都可以引出 PD的癥狀〔13～15〕。PINK1基因亦被確定為導(dǎo)致常染色體隱性遺傳 PD的致病基因之一，PINK1基因的突變類型多種多樣，其分布亦較為廣泛，但突變頻率在不同種族中變化很大。PINK1基因突變導(dǎo)致的PD患者的臨床表現(xiàn)不僅與經(jīng)典PD患者、DJ-1及parkin基因突變患者的臨床表現(xiàn)存在很多相似之處，亦有其自身的發(fā)病特點(diǎn)。PINK1基因的研究尚處于早期階段，其生物學(xué)功能、作用底物及對(duì)PD發(fā)病機(jī)制的分子作用途徑尚未十分清楚，還有待進(jìn)一步研究。

4 DJ-1基因

DJ-1基因是繼parkin基因發(fā)現(xiàn)之后又一常見的PD遺傳性致病基因，DJ-1蛋白是氫過氧化物反應(yīng)蛋白，參與機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)。突變的DJ-1基因被確定是一種罕見的常染色體隱性遺傳PD的致病因素〔16〕，約占PD早發(fā)總數(shù)的1% ～2%〔17〕。迄今為止，一些純合子的缺失和DJ-1基因編碼高度保守的189個(gè)氨基酸蛋白的點(diǎn)突變是導(dǎo)致PD蛋白質(zhì)功能喪失的重要原因〔12，16，18〕。Krebieh 等〔19〕實(shí)驗(yàn)研究證明，受損的 DJ-1 基因?qū)е戮€粒體自體吞噬能力受損及聚集功能失調(diào)，在生理情況下這種狀況通過溶酶體會(huì)得到補(bǔ)償。這個(gè)研究在PD中通過其自體吞噬和線粒體的完整性，為DJ-1基因在線粒體穩(wěn)態(tài)中的提供了證據(jù)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的DJ-1突變有11種，包括點(diǎn)突變和大片段缺失。目前在亞細(xì)胞水平包括細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，針對(duì)DJ-1線粒體，據(jù)報(bào)道有保護(hù)生理細(xì)胞的作用〔20，21〕。在氧化應(yīng)激的條件下，DJ-1轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝?，滅火活性氧，并定位在線粒體。DJ-1基因突變后DJ-1蛋白水平下降，導(dǎo)致氧化物質(zhì)對(duì)神經(jīng)元的損傷增加。但DJ-1的突變頻率還是相當(dāng)?shù)?，在散發(fā)性早發(fā)PD中的突變頻率為1%左右，晚發(fā)PD中尚未發(fā)現(xiàn)DJ-1突變，可見DJ-1基因并不是晚發(fā)PD機(jī)制的重要危險(xiǎn)因素〔22〕，而在早期的PD的發(fā)病機(jī)制還在繼續(xù)探索之中。

5 UCHL1基因

Setsuie等〔23〕為了證明基因突變和PD的聯(lián)系，通過UCHL1I93M轉(zhuǎn)基因小鼠試驗(yàn)表明，多巴胺神經(jīng)元有進(jìn)行性丟失。此外，還證明了與UCHL1WT相比的UCH-L1I93M具有的特性，與哺乳動(dòng)物細(xì)胞功能的蛋白的突變而導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病有相關(guān)性〔24〕。失職的泛素蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)導(dǎo)致刪除和降低錯(cuò)誤折疊的蛋白進(jìn)而導(dǎo)致的細(xì)胞中錯(cuò)誤蛋白的聚集，在正常細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊蛋白之間的異常相互作用被認(rèn)為是神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制，而UCH-L1是UPS的重要組成部分，它的功能主要是進(jìn)行單泛素的回收利用及維持蛋白質(zhì)的降解，UCH-L1基因的突變及其蛋白質(zhì)活性的改變已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)與幾個(gè)神經(jīng)退行性疾病有關(guān)〔25〕。由此可見UCH-L1基因與PD的發(fā)生是有著密切的關(guān)系，但其具體的機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

6 富亮氨酸重復(fù)序列激酶(LRRK2)基因

LRRK2基因突變是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最常見的突變形式，在其自身磷酸化或底物磷酸化后從而發(fā)揮毒性作用，致使PD的形成;LRRK2基因突變?cè)赑D家族中的陽性檢出率為5%～40%，在散發(fā)性PD患者中的陽性檢出率也可達(dá)2%，因此，檢測(cè)LRRK2基因突變與否，是篩選PD高危人群的重要環(huán)節(jié)之一〔26，27〕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，0.5% ～2.0%的散發(fā)性 PD 病人和 5%的家族PD病人都與這一位點(diǎn)的突變有關(guān)。LRRK2基因突變的研究報(bào)道引起了廣泛關(guān)注〔28〕，需要注意的是，在攜帶有LRRK2 G2019S突變的PD病人中，該基因的外顯率是隨年齡有明顯變化，60歲時(shí)外顯率為15%，70歲時(shí)外顯率為21%，到了80歲外顯率可以達(dá)到32%〔29〕。LRRK2基因的發(fā)現(xiàn)，使人們對(duì)PD又有了更深層次的認(rèn)識(shí)。

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