少突膠質(zhì)細胞病
——佩梅病的臨床特點及致病機制*

段若愚 延會芳 王靜敏**

（1）北京大學第一醫(yī)院兒科，北京 100034；2）國家醫(yī)學兒童中心，首都醫(yī)科大學，北京兒童醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，北京 100045）

收稿日期：2022-08-10，接受日期：2022-09-28佩梅?。≒elizaeus-Merzbacher disease，PMD）是一種以髓鞘形成低下為特征的X連鎖隱性遺傳的腦白質(zhì)病。1885年，德國醫(yī)生Friedrich Pelizaeus最先描述了一個表現(xiàn)眼震、發(fā)育落后、痙攣性截癱及共濟失調(diào)為主要表現(xiàn)的家系［1］；1910年，Ludwig Merzbacher［2］發(fā)現(xiàn)此病呈X連鎖隱性遺傳的方式，佩梅病的名字由此得來。此外，Ludwig Merzbacher指出，佩梅病患者腦活檢顯示白質(zhì)髓鞘嚴重脫失，其腦白質(zhì)髓鞘化不良的典型特征逐漸明確。據(jù)此，佩梅病又叫做髓鞘形成低下性腦白質(zhì)營養(yǎng) 不 良I型（hypomyelinating leukodystrophy disease 1，HLD1）。

1 PMD流行病學及病理學特點

1.1 PMD流行病學特點

PMD多在嬰幼兒期起病，男性多于女性，其發(fā)病率在白種人群（德國、英國及美國猶他州）中為0.97/100 000活產(chǎn)嬰兒，在東亞人群中為1.45/100 000男性活產(chǎn)嬰兒［3-4］，目前在國內(nèi)尚缺乏相關研究。

1.2 PMD病理學特點

PMD患者腦部病理學特點為整個中樞神經(jīng)髓鞘發(fā)育不良及白質(zhì)萎縮伴星型膠質(zhì)細胞的增生、皮質(zhì)下軸突丟失、殘存的軸突呈球狀［5］。在脊髓中，丘腦脊髓束和前脊髓小腦束相對較少，而皮質(zhì)脊髓束、背側(cè)束、背外側(cè)束和背側(cè)脊髓小腦束明顯有髓鞘異常［6］。腦萎縮主要為胼胝體萎縮，部分可累及端腦、小腦等。其次，PMD患者腦組織中出現(xiàn)神經(jīng)元細胞的缺失，包括海馬、小腦、黑質(zhì)-紋狀體及丘腦神經(jīng)元的缺失。其中以小腦神經(jīng)元缺失最為常見?！八枨蕧u”在不同患者中形狀不同。相應地，嚴重表型的患者腦白質(zhì)髓鞘可完全缺失，反之相對輕型患者中央白質(zhì)部白質(zhì)髓鞘呈典型的“虎斑樣”外觀［5］。其組織細胞學染色顯示：PMD患者腦部星型膠質(zhì)細胞的細胞質(zhì)中發(fā)現(xiàn)彌散分布的非常小的中性脂肪滴，其發(fā)病機制可能涉及髓鞘脂蛋白或蛋白脂類。偶有血管周圍間隙含有少量巨噬細胞，且巨噬細胞內(nèi)充滿大量嗜蘇丹紅細胞小滴，但PMD是否能被歸類為嗜蘇丹型腦白質(zhì)營養(yǎng)不良仍存在爭議。

2 PMD臨床特點

2.1 PMD臨床表現(xiàn)

PMD作為最具代表性的HLD，其主要特征為頭顱磁共振成像（MRI）顯示腦白質(zhì)髓鞘化不良，即T2WI腦白質(zhì)彌漫性高信號［7］。臨床表現(xiàn)包括嬰兒早期或幼兒期出現(xiàn)的眼震、肌張力低下、智力運動發(fā)育落后伴或不伴共濟失調(diào)、癲癇發(fā)作及痙攣性截癱等［8］。各種臨床表現(xiàn)在不同的患者中呈現(xiàn)出不同的表現(xiàn)方式，甚至同一個家系的患者也會呈現(xiàn)出不同的臨床癥狀?；颊卟〕涕L短不一，部分患者嬰兒早期即死亡，部分患者病程長，病情進展緩慢甚至最終壽命長短并不受影響。眼震通常在出生后1年內(nèi)出現(xiàn)，隨著神經(jīng)系統(tǒng)的成熟，部分患兒可同時出現(xiàn)喉喘鳴及癲癇發(fā)作［9］，精神運動發(fā)育遲緩在2歲內(nèi)出現(xiàn)且運動發(fā)育較智力發(fā)育遲緩更突出。肌張力障礙及共濟失調(diào)通常在患者6個月到2歲之間出現(xiàn)，1歲之后出現(xiàn)腱反射亢進，2~4歲間出現(xiàn)痙攣，其中共濟失調(diào)可持續(xù)到8歲［10］。視神經(jīng)萎縮是一種常見但具有異質(zhì)性的表型，該癥狀通常在6歲左右被發(fā)現(xiàn)，視誘發(fā)電位低振幅，波形異常伴潛伏期延長［11］，部分患者同時存在聽覺腦干誘發(fā)電位異常（低波幅等）［12］，前庭功能障礙及眼震電圖異常。最初的研究認為，相對于其他腦白質(zhì)異常，PMD患者不伴有周圍神經(jīng)的異常，但腱反射減弱或消失、周圍神經(jīng)傳導速度異常、明顯的肌萎縮及四肢冰冷等癥狀在Grossi等［13］的研究中被證實。

2.2 PMD診斷標準及分型

PMD的臨床診斷標準早在1885年和1910年在Pelizaeus及Merzbacher報道的家系中詳細闡述。嬰兒期或兒童早期起病，臨床表現(xiàn)包括眼震、錐體束征及肌張力障礙等。中央白質(zhì)呈髓鞘障礙的斑片狀分布，髓鞘島保存完好，形成典型的“虎斑”外觀，軸突相對保存完好。此表型隨后被劃歸為PMD I型-經(jīng)典型。1954年報道了一類臨床表現(xiàn)更為嚴重的患者，這些患者發(fā)病早，從來沒有神經(jīng)系統(tǒng)各項功能的獲得，大腦中髓鞘完全缺失，中央髓鞘可能完全缺失，少突膠質(zhì)細胞數(shù)量減少，部分出現(xiàn)形態(tài)學改變，偶爾可見少量、薄而不規(guī)則的髓鞘“微島”［14］。電鏡下，髓磷脂壓實和層狀排列缺陷，該表型被歸為PMD II型-先天型或Seitelberger型。與此同時，根據(jù)PMD臨床病理學的特征，研究者發(fā)現(xiàn)了一群臨床表現(xiàn)差異較大的患者，他們成年期發(fā)病，不存在精神運動發(fā)育遲緩、身材矮小、不自主運動等PMD綜合征的特點，但有明顯的全身肌肉萎縮及去神經(jīng)支配征象，感覺障礙及胸腰椎異常及尾骨發(fā)育不全。神經(jīng)病理學特征同時存在“虎紋樣”脫髓鞘模糊斑片狀外觀，彌漫性軸突缺失。但不同的是，該類患者同時存在腹角細胞缺失和周圍神經(jīng)脫髓鞘以及錐體束、小腦和視束的退行性變，并伴有視束退行性變。此型被歸為成人型/Liiwenberg-Hill型［15］，由于成人型不具有PMD綜合征典型的癥狀，該表型后被稱為痙攣性截癱II型（spastic paraplegia-2，SPG2）。根據(jù)PLP1相關綜合征神經(jīng)病理學特征、起病及病程特點，Seitelberger將PLP1譜系障礙綜合征分為先天型、中間型、經(jīng)典型及無PLP1綜合征4種（表1）［6］。

但事實上，研究者發(fā)現(xiàn)，在缺乏相關的酶或其他生物標記物的情況下，此時期的臨床分型很大程度同時依賴神經(jīng)病理學結(jié)果［2，14］，臨床上很多表型具有同質(zhì)性的個體，神經(jīng)病理學結(jié)果卻是非特異性的［12］，如髓鞘化的程度或分布等。Boulloche等［11］指出明確的遺傳方式和一致的臨床特征的關聯(lián)能更好地定義髓鞘功能障礙性疾病，且隨著頭顱核磁影像學更好地應用于臨床并逐漸代替神經(jīng)病理學反映腦髓鞘化狀態(tài)，PMD的診斷標準更新為：a.軀干肌張力減退；b.生后1個月左右出現(xiàn)眼震，眼震隨著年齡增長逐漸好轉(zhuǎn)或消失；c.1歲以內(nèi)出現(xiàn)椎體征、肌張力障礙及小腦征的進展；d.智力運動障礙緩慢進展，且運動相較于智力障礙更嚴重；e.神經(jīng)電生理及磁共振成像結(jié)果中髓鞘異常僅局限于中樞神經(jīng)系統(tǒng)［11］。鑒于共同的遺傳學背景，但臨床表現(xiàn)不同，SPG2被劃歸為與PMD同一疾病譜系的等位基因病，即為PLP1譜系障礙綜合征［16］。但隨著越來越多的PMD患者被發(fā)現(xiàn)，其臨床表現(xiàn)多樣性使研究者認識到以往分類方法并不能有效體現(xiàn)PMD患者之間的異同。Cailloux等［10］提出，根據(jù)PMD患者能獲得的最高運動水平，將PLP1譜系障礙綜合征分為具有連續(xù)統(tǒng)一性的5型（Forms 0-4）：0類患者表現(xiàn)最重，沒有任何運動能力的獲得；1型次之，僅能獲得抬頭的能力；2型能獨坐；3型能扶站；4型患者對應臨床表現(xiàn)最輕的SPG2型，能夠獨立行走［10，17］。但此分類在臨床和研究中的實用性需要進一步評估。

3 PMD的遺傳學特點

3.1 致病基因PLP1及蛋白脂蛋白I型

PMD的致病基因為位于Xq22.2的蛋白脂蛋白（proteolipid protein，PLP1，NM_001128834.20）基因［18］，全長~15 kb，包含7個外顯子，編碼277個氨基酸。PLP1編碼兩種主要的髓鞘脂蛋白，蛋白脂蛋白（proteolipid protein，PLP）I型及其剪接體DM20。PLP1是一種4次跨膜蛋白（圖1），包括2個胞外環(huán)（extracellular domain，ED）、4個跨膜區(qū)（transmembrane domain，TMD）、3個胞內(nèi)環(huán)（cytoplasm domain，CD），第二胞內(nèi)區(qū)116~150位氨基酸形成PLP區(qū)（PLP-speciffic region），存在于PLP1蛋白中，不包含該區(qū)域的剪接體即為DM20［19］?？缒^(qū)由4個跨越雙層膜結(jié)構(gòu)的α螺旋（TMD1-4）組成，胞外環(huán)及胞內(nèi)環(huán)連接各個螺旋形成PLP拓撲結(jié)構(gòu)（圖1）。

PLP1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）中合成，運輸?shù)郊毎砻媾c脂質(zhì)形成髓鞘膜。同時是“DM”分子家族中的一員，該家族成員具有高度的序列保守性，特別在跨膜區(qū)域及半胱氨酸基序的位置［20］。PLP1中含有14個半胱氨酸殘基，4個半胱氨酸通過二硫鍵連接，Cys200-Cys219和Cys183-Cys227，位于細胞第二胞外區(qū)，以形成含有二硫鍵的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。位于5、6、9、108、138和140位的6個半胱氨酸殘基與長鏈脂肪酸（主要是棕櫚酸）交聯(lián)形成硫酯錨定在細胞膜上（圖1），其余4個定位在24、32、34和168位為游離巰基［21］。研究表明，野生型PLP1（WT-PLP1）最初可以單體或二聚體的形式存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，經(jīng)過蛋白質(zhì)亞基的交聯(lián)組裝，在成熟期形成穩(wěn)定的寡聚體表達在細胞表面的髓鞘中［22-23］。PLP1寡聚體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的折疊加工及運輸?shù)劫|(zhì)膜需要一定的時間，過快的寡聚化可影響其撤離出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)從而影響其在細胞內(nèi)的運輸［23］。

Fig.1 Schematic diagram of quadric transmembrane structure圖1 PLP1 4次跨膜結(jié)構(gòu)模式圖

PLP1和DM20是中樞神經(jīng)髓鞘形成的主要蛋白質(zhì)（約占50%），目前認為PLP1主要在髓鞘形成中發(fā)揮作用，包括髓鞘的膜黏附和致密髓鞘內(nèi)線的形成［24］。在發(fā)育早期少突膠質(zhì)細胞前體細胞階段，DM20表達占優(yōu)勢［25］。PLP1參與少突膠質(zhì)細胞的成熟，少突膠質(zhì)細胞-軸突相互作用的早期階段和軸突的包裹，軸突的維持和存活等。Kitagawa等［26］認為PLP1也能發(fā)揮通道蛋白的作用。此外，PLP1的表達與分泌一種增加少突膠質(zhì)細胞數(shù)量的因子直接相關［27］。

3.2 PLP1突變類型

引起PMD的PLP1突變類型包括重復突變、點突變、小片段插入及缺失突變［28］，其中PLP1重復突變?nèi)藬?shù)最多（占60%~70%）［29-30］，點突變次之（占25%~30%），小片段插入及缺失最少（<5%）［31］。PLP1重復突變涉及片段大小不等，通常為PLP1基因與臨近基因構(gòu)成的大片段串聯(lián)在一起。此外，部分重復片段可易位到X染色體的其他區(qū)域或發(fā)生片段內(nèi)的斷裂、倒位等［32］。PLP1點突變中主要為錯義突變，無義突變、移碼突變及剪接位點等無功能突變則主要對應較輕的SPG2表型［16］。

4 PMD的基因型表型關系

PLP1基因座上所有突變類型均可導致一定的疾病表型，不同的突變類型在患者中表現(xiàn)出不同的表型。PLP1重復突變涉及基因的數(shù)量和種類多樣，以往研究中該變異類型與PMD表型的關系說法不一。Regis等［33］研究認為，PLP1重復突變片段的長度與患者的表型的輕重沒有關系，同時發(fā)現(xiàn)每個重復片段中在低拷貝重復序列（low copy repeats，LCR）中或周圍都有兩個斷點，但斷點對PMD臨床表現(xiàn)的影響并無進一步的闡述。而隨后對50名PLP1重復突變的PMD患者的研究則認為，PLP1重復片段的長度與PMD患者表型的嚴重程度具有密切關系，可能反映重復片段中的其他劑量敏感基因在疾病中發(fā)揮了一定作用［32］，包括與神經(jīng)發(fā)育有關的CASK和IL1RAPL2［34-35］，含有這兩個基因的PLP1重復片段會產(chǎn)生更嚴重的PMD表型［36-37］。同樣的，雖然PMD為X連鎖遺傳的遺傳方式，PLP1重復突變攜帶者的女性患者在臨床上時有報道，其表型的嚴重與否與重復片段中劑量敏感基因的數(shù)目也密切相關［32］。

PLP1點突變相關的PMD患者表型囊括了最嚴重的先天型到最輕的SPG2型。研究者最初通過構(gòu)建患者變異來源的轉(zhuǎn)基因動物模型，揭示不同PLP1點突變產(chǎn)生輕重不同水平的表型：Plpjp（jimpy）小鼠模型是表型最嚴重的動物模型之一，該突變體的特征是242位丙氨酸取代了纈氨酸，小鼠在疾病早期表現(xiàn)出嚴重的髓鞘化不良、震顫等并在30 d左右死亡，其表現(xiàn)符合PMD臨床上最嚴重的先天型［38］。而相應的Plpjp-rsh（“rumpshaker”）小鼠的表型較為溫和，為186位異亮氨酸發(fā)生了蘇氨酸的突變，其特點是僅限于后腿的震顫，震顫在30 d左右達峰值且持續(xù)終生。Plpjp-rsh不伴有癲癇，其髓鞘形成低下相關的臨床特征不明顯，生存期不受影響甚至可存活下來成功繁殖。該類小鼠的表現(xiàn)類似于臨床上最輕的SPG2型，其成熟的少突膠質(zhì)細胞數(shù)量增加，即使這些小鼠是整體呈現(xiàn)低髓鞘化的［39］。髓鞘形成開始是延遲的，隨著動物年齡的增長，先前裸露的軸突獲得了一些髓鞘。髓鞘成分有輕微的異常，免疫印跡顯示PLP1減少，而DM20蛋 白 水 平 保 持 不 變［40］。而md（myelin defixient）大鼠模型，為74位蘇氨酸突變?yōu)楦彼岬耐蛔凅w，大鼠生后出現(xiàn)嚴重的肢體震顫，并伴有癲癇，所有癥狀在10 d左右開始明顯，并在3~6周間死亡。相應地，Plpjp-msd小鼠腦內(nèi)雖然少樹突細胞數(shù)量增加但多為未成熟細胞，未成熟少突膠質(zhì)細胞凋亡率增加，成熟少樹突細胞數(shù)量減少［38］。合成的異常蛋白質(zhì)對少突膠質(zhì)細胞存在毒性作用，到達髓鞘內(nèi)的PLP1蛋白存在功能異常。相對于點突變，PLP1小片段的缺失或插入通常產(chǎn)生相對較輕的表型，但最近的一項研究在PLP1的3號內(nèi)含子（NM_000533.5：c.453+59_+259del）中發(fā)現(xiàn)了一個新發(fā)的深部內(nèi)含子缺失，患者的臨床和影像學符合較重的先天型，這可能是由于該突變類型導致PLP1異 常 剪 接［41］，Cloake等［42］研 究 提 出Leu30Val突變可以在該患者中產(chǎn)生幾種新的免疫原性表位，最終可能導致一小部分患者發(fā)展為多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）。

對PLP1結(jié)構(gòu)的研究表明，相對于發(fā)生在蛋白質(zhì)表面的變異，跨膜區(qū)域的變異更能被容忍，ED2環(huán)的縮短和相應CD2環(huán)的延長也可能會阻止正確的折疊和相互作用［43］，從而產(chǎn)生較嚴重的臨床表現(xiàn)。而PLP1特異性區(qū)域的變化通常導致較溫和的表型。此外，編碼PLP1和DM20亞型的進化上保守殘基的變化被認為是導致嚴重表型的原因［10］。

對已報道變異類型及臨床信息進行關聯(lián)分析，結(jié)果表明PLP1點突變可產(chǎn)生PLP1疾病譜系的所有表型（Form 0-4），PLP1重復突變主要產(chǎn)生較溫和的表型（Form 2，3），而無義、移碼突變及小片段的缺失等導致PLP1編碼的氨基酸提前終止的一系列突變，則通常會表現(xiàn)為最輕的表型（Form 3，4）（圖2）［8］。

Fig.2 The relationship between genotype and phenotype of PLP1 disease spectrum syndrome圖2 PLP1疾病譜系綜合征基因型和表型關系示意圖

PMD是一種X連鎖隱性遺傳的疾病，患者家族中攜帶者女性通常是也本應該是無癥狀的。然而，由于X染色體隨機失活，當攜帶突變的那條染色體發(fā)揮主導作用時女性攜帶者便可發(fā)病。該類患者主要表現(xiàn)為神經(jīng)系統(tǒng)的癥狀，一般起病較晚，但表型比家族中的男性患者輕，因輕度的痙攣性截癱起病，到晚年逐漸發(fā)展為進行性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良伴癡呆［44-45］。

5 PLP1突變致病的細胞學機制研究

5.1 PLP1與髓鞘

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的髓鞘由少突膠質(zhì)細胞形成，在大腦髓鞘發(fā)育中，大腦室下細胞產(chǎn)生一定量少突膠質(zhì)細胞前體細胞（oligodendrocyte progenitpr cells，OPCs），OPCs在大腦中分裂、分化、遷移，最終形成髓鞘前少突膠質(zhì)細胞（pre-myelinatinating oligodendrocytes，Pre-OLs）。Pre-OLs進一步成熟，其細胞膜以緊密的螺旋狀層層包裹在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）軸突細胞膜上，形成髓鞘［46］。髓鞘由蛋白質(zhì)、脂質(zhì)與水分構(gòu)成，成熟髓鞘中15%~20%為蛋白質(zhì)，而PLP1和DM20約占髓鞘蛋白的50%［17］。髓鞘堿性蛋白（myelin basic protein，MBP）結(jié)合到膜的細胞質(zhì)表面，將細胞質(zhì)表面緊密相連，使髓鞘在軸突周圍形成緊密的螺旋。而PLP1作為4次跨膜膜的疏水蛋白，它在跨膜α螺旋3和4之間包含一個相對較大的細胞外環(huán)，這被認為是介導髓鞘膜外表面之間的相互作用，再次導致膜的緊密堆積（圖3）［47］。髓鞘的其余成分中60%~75%為脂質(zhì)，其中膽固醇約占25%，而PLP1與膽固醇結(jié)合最終在膜上組裝成髓鞘。髓鞘具有絕緣作用，其上的朗飛氏結(jié)可使神經(jīng)沖動跳躍傳遞，提高神經(jīng)沖動的傳導速度，并具有軸突保護作用［48］。由此，髓鞘在神經(jīng)信息精確、高效傳遞及中樞信息整合中發(fā)揮重要的作用。

Fig.3 Longitudinal section(a)and transverse section(b)of myelin sheath structure圖3髓鞘結(jié)構(gòu)縱切面（a）及橫切面，（b）示意圖

髓鞘正常結(jié)構(gòu)的形成及功能的維持，需要PLP1通過適當?shù)耐緩讲粩噢D(zhuǎn)運到質(zhì)膜上與膽固醇裝配形成。其轉(zhuǎn)運可以通過兩種途徑：一種通過“脂質(zhì)筏（lipid rafts，LF）”的分選，此種方式為PLP1的主要上膜方式。Simons等［49］研究表明，髓鞘膜中的膽固醇和糖脂在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和反式高爾基體網(wǎng)絡中與其他脂質(zhì)分離，在膜內(nèi)形成小的結(jié)構(gòu)域，就像漂浮在其他脂質(zhì)海洋中的筏，叫做“脂質(zhì)筏”。PLP1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)翻譯加工，接下來轉(zhuǎn)運到高爾基體進行分選，通過囊泡分泌到達細胞膜，隨后回到晚期內(nèi)體/溶酶體中。晚期內(nèi)體/溶酶體是PLP1的“動態(tài)調(diào)節(jié)池”，可以將其儲存的PLP1通過囊泡轉(zhuǎn)運到達細胞膜，最終形成髓鞘［46，50］。另一種途徑為PLP1通過自身流動直接到達細胞膜表面，與膽固醇及其他膜蛋白形成髓鞘，此種途徑為次要運輸途徑（圖4）。

Fig.4 Mechanism of PLP1 mutation affecting PLP1 to the plasma membrane圖4 PLP1突變影響PLP1上膜的作用機制示意圖

總之，由于成熟的髓鞘為致密的含水量較少的結(jié)構(gòu)，而髓鞘發(fā)生到成熟中的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能導致髓鞘發(fā)育不良，表現(xiàn)為髓鞘含水量增高，腦核磁T2WI上腦白質(zhì)呈彌漫性高信號影。而PLP1突變就是通過影響髓磷脂結(jié)構(gòu)從而影響髓鞘的成熟［51］。

5.2 PLP1突變影響髓鞘結(jié)構(gòu)及功能的作用機制

5.2.1PLP1點突變的作用機制

PMD相關的PLP1點突變主要為錯義突變，此外部分點突變導致臨床癥狀較輕的SPG2。錯義突變可以發(fā)生在PLP1的所有編碼區(qū)，每種突變不僅在不同家系中有不同的臨床表現(xiàn)，其產(chǎn)生的致病機制也不盡相同。

位于PLP1及DM20保守區(qū)域的突變可導致較嚴重的表型，而發(fā)生在PLP1特殊區(qū)域的點突變主要導致SPG2，這可能與在后者產(chǎn)生的突變體仍保有完整的DM20蛋白有關［16］。同時缺乏這兩種同工型的Plp基因敲除小鼠的髓鞘內(nèi)線（intraperiod line，IPL）有缺陷［24］，后期可伴有軸突病。僅表達一種同工型的基因敲除小鼠仍保持異常，而當同時存在兩種同工型時，可防止異常表型［52］。由此，PLP1/DM20兩種同工型的正常表達對于維持髓鞘結(jié)構(gòu)與功能都是必須的［53］。

以往研究表明，PLP1/DM20以寡聚體的形式存在于成熟髓鞘中，寡聚化也是膜蛋白退出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的必要條件［54］。雖然WT-PLP1在較長的成熟期后在細胞表面形成穩(wěn)定的寡聚物，但突變形式的PLP1可通過異常寡聚化而致病。a.一些致病點突變導致異常PLP1寡聚體形成可能是由于發(fā)生了影響單體整合的突變，使得通常被正確折疊的蛋白質(zhì)掩蓋的“黏性”螺旋面變得表面可接近，從而導致蛋白質(zhì)寡聚體的異常組裝［55］。PLP1的寡聚化涉及TMD序列中特異性的螺旋-螺旋相互作用基序［56］。例如，PLP1 TMD4螺旋存在各種致病突變的位點（A241P、A242V、A242E、G245A、G245E、A246T、A247E、A248P和S252F［57］），其中突變程度很小的殘基（G、A和S）位置無處不在，這種小的側(cè)鏈殘基在螺旋-螺旋二聚和包裝中發(fā)揮重要作用：通過小殘基之間相互作用基序的介導，螺旋與螺旋間的自我結(jié)合形成。在完整的PLP1單體膜結(jié)構(gòu)域中，促進其折疊的螺旋間相互作用可能消耗其中幾個基序，因此一旦PLP1單體正確折疊，很可能只有保留在結(jié)構(gòu)域表面的基序可用于介導蛋白質(zhì)寡聚。而PLP1突變體可通過暴露正常折疊蛋白“隱藏”的基序從而引發(fā)蛋白質(zhì)的異常組裝。b.在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處過快組裝成寡聚物而致?。?3］。Swanton等［23］研究表明，與WT-PLP1相比，PLP1點突變體在在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中更快地形成寡聚體。TMD4（或其他TM α螺旋）面的暴露程度或數(shù)量及其相互親和力可以解釋為什么PLP1中的各種致病點突變會導致不同程度的過早寡聚。TMD螺旋與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜之間的疏水性不匹配可能在WF PLP1的延遲聚合中起作用［58］。而某些PLP1點突變通過改變肽鏈的疏水性，最終影響PLP1寡聚化的速度［59］。c.某些特定的位點，例如PLP1的細胞外表面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔環(huán)包含4個半胱氨酸殘基，被認為在成熟蛋白質(zhì)中形成分子內(nèi)二硫鍵，錯誤折疊的蛋白質(zhì)有形成二硫鍵聚集體的趨勢或形成了異常的分子間二硫鍵而致病［60］。在PLP1的4個螺旋內(nèi)半胱氨酸中，3種進化中高度保守的C24、C32和C34在蛋白質(zhì)折疊過程中可能是關鍵的螺旋-螺旋相互作用所必需的［61］。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中形成的異常寡聚體對少突膠質(zhì)細胞的存活、髓鞘分子結(jié)構(gòu)的形成等產(chǎn)生致病作用。a.對少突膠質(zhì)細胞的影響，一種解釋是突變體蛋白質(zhì)合成的速度足夠快，足以壓倒內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解機制，使大量突變體PLP1積聚并損害細胞功能；另一種可能是突變PLP1的一種特殊性質(zhì)或功能是其毒性的原因。PLP1突變體的表達，已經(jīng)被證明會不僅導致成熟少突膠質(zhì)細胞存活率的嚴重降低且對細胞活力產(chǎn)生極大的負面影響［62］。b.由于正常情況下內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導的降解作用（ER-asociated degradation，ERAD）無法處置錯誤折疊的蛋白質(zhì)，鈣黏連蛋白Calnexin與PLP1突變體相互作用并阻止其降解，從而觸發(fā)了一些病理過程。錯誤折疊的PLP1蛋白與鈣黏蛋白的穩(wěn)定且長時間的相互作用，PLP1被保留在ER中［63］。c.PLP1/DM20突變蛋白的積累會激活未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR），這是一種將錯誤折疊蛋白的ER積累與核轉(zhuǎn)錄抑制相耦合的反饋信號通路［64］。此外，UPR激活可能是將未折疊蛋白的ER積累與凋亡細胞死亡聯(lián)系起來的常見途徑之一［65］。UPR由3個信號通路組成，這些信號通路交互響應錯誤折疊的蛋白質(zhì)在ER中積累所引起的ER應激，每個途徑均由激活轉(zhuǎn)錄因子6（activating transcription，ATF6）、肌醇的酶1（inositol-requiring enzyme，IRE1）和蛋白激酶R樣ER激酶（protein kinase R-like ER kinase，PERK）應激傳感器啟動［66］。在不受壓力的條件下，ER伴侶葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（ER chaperone glucose-regulated protein 78，GRP78），通過與ER壓力傳感器ATF6、IRE1和PERK結(jié)合而負調(diào)控UPR信號通路［67］。當未折疊/錯誤折疊的蛋白質(zhì)積聚在ER中時，GRP78與未折疊/錯誤折疊的蛋白質(zhì)結(jié)合，這導致與ER壓力傳感器分離，從而啟動UPR。ATF6和IRE1-XBP1軸可促進GRP78的表達，從而促進ER蛋白的正確折疊或組裝并防止其聚集提高細胞存活率［66，68］。但是，當內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激壓倒了這種內(nèi)在質(zhì)量控制的能力時，C/EBP同源蛋白（CHOP）上調(diào)，引發(fā)細胞凋亡。PERK途徑觸發(fā)UPR的促凋亡機制，在PMD中大量少突膠質(zhì)細胞死亡的細胞發(fā)病機制中起著核心作用［64，69］。d.突變的PLP1蛋白在ER中積累，不能進入細胞內(nèi)物質(zhì)的循環(huán)并到達細胞質(zhì)膜上［70］，部分較嚴重的突變體（msd-A243V）甚至導致高爾基體的碎片化［69］，最終細胞膜上髓鞘形成障礙（圖4），PMD患者臨床癥狀表現(xiàn)出來。基于以上機制，本團隊通過SD-SIM示蹤PLP1在COS7細胞內(nèi)的分布，提出臨床上引起經(jīng)典型表型的突變導致PLP在ER中潴留，而PLP1的剪接體DM20能夠表達在細胞表面，相對引起先天型表型的突變則導致PLP1及DM20同時在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中潴留［70-71］。此外，本研究表明活細胞結(jié)構(gòu)光成像顯微鏡能從細胞表型層面預測對應表型嚴重程度，且相同表型間存在相似的潛在病理機制。導致最嚴重的細胞表型突變體能夠?qū)е翽LP1在ER中的潴留已被得到證實，而PLP1的儲留進一步導致ER應激和少突膠質(zhì)細胞死亡［72-73］。其次，PLP1的中間型突變體可以從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中逃逸，但錯誤地靶向囊泡樣結(jié)構(gòu)即溶酶體［70，74］。

需要注意的是，一些引起蛋白質(zhì)截短的突變，如無義及移碼突變，很可能是因為通過激活無義介導mRNA降解（nonsense-mediated mRNA decay，NMD）途徑，臨床上導致相對溫和的表型［75］。而在可能改變基因剪接模式的內(nèi)含子中也發(fā)現(xiàn)了點突變［44，76］，由此產(chǎn)生的突變體mRNA可能導致外顯子跳躍等，相關的表型從嚴重PMD到輕度SPG2不等，可能取決于突變mRNA的處理方式，特定突變相關的嚴重程度由其對蛋白質(zhì)構(gòu)象和錯誤折疊的影響來定義［77］。攜帶框內(nèi)缺失或插入的突變體，可能導致蛋白質(zhì)錯誤折疊，從而導致嚴重的表型［78］。相反，攜帶移碼的mRNA提前產(chǎn)生終止密碼子，可能激活NMD［10，75］。其他一些影響剪接因子的突變，可能導致mRNA不穩(wěn)定和降解，也可能導致空等位基因，從而導致相對溫和的表型。這一事實表明，PLP1點突變導致的嚴重髓鞘病變可能不是由于缺乏功能蛋白，而是來自突變蛋白的細胞毒性作用［79］。然而，對每個突變?yōu)槭裁幢憩F(xiàn)出的不同輕重表型的實際解釋可能更為復雜，相關機理有待進一步闡述。

5.2.2PLP1重復突變的細胞學致病機制

PLP1重復突變是PMD最常見的遺傳學病因，重復片段從50 kb~33.5 Mb［32］，對于小于1 Mb的重復片段，PLP1可能是造成PMD病理征的唯一基因。最常見的重復片段大小為200~500 kb［80］。導致PLP1重復和缺失的基因組重排的分子機制仍然未知。但在大多數(shù)基因組疾病中，引起疾病的基因組重排似乎是由同一染色體中基因LCR之間的非等位基因同源重組（non-allelic homologous recombination，NAHR）介導的［81］，但NAHR似乎未在PLP1重復突變相關的PMD中檢測到。涉及PLP1的基因組重排被歸類為非復發(fā)性重排，其中重排的基因組片段在無關患者中具有獨特的大小和基因組含量，但都包含PLP1［82］。對PLP1重復和缺失的斷點連接的分析表明，重復突變涉及了不同的機制，例如非同源末端連接（non-homologous end joining，NHEJ）和 基 于 復 制 的 機 制（replication-baed mechanism，RBM）包括斷裂誘導的復制、微同源介導的斷裂誘導的復制、叉停滯和模板切換［83］。RBM是非復發(fā)性基因組重排的基礎，可導致許多基因組疾?。?4］。在PLP1基因座處產(chǎn)生的基因組重排的特征在于復雜的基因組重排，該重排由兩個以上的斷裂點和多個新生的重復片段穿插并連接在一起。從臨床角度來看，此類RBM還可引起PLP1三倍重復，從而導致比重復突變更為嚴重的表型［85］。同樣，在已被用作PLP1過表達模型的Plp1轉(zhuǎn)基因（Tg）小鼠中，具有較高轉(zhuǎn)基因拷貝數(shù)的小鼠表現(xiàn)出更嚴重的表型［86］。具有較低拷貝數(shù)的Tg小鼠表現(xiàn)出較輕的髓鞘化低下表型，但卻顯示了軸突變性，這表明異常量的PLP1也影響了小鼠的軸突維持［87］。而在能夠完美契合PLP1重復突變臨床表性的Plp1小鼠中，發(fā)現(xiàn)了類似的軸突變性與緩慢進行的脫髓鞘并存，而不是典型的髓鞘化低下［88］。而具有PLP1重復的人類在白質(zhì)中顯示出明顯的髓鞘過少，由此人類對PLP1基因劑量的敏感性被提出，且閾值可能低于小鼠。而三倍重復患者表現(xiàn)出更重的表型說明PLP1重復突變引起的細胞毒性是劑量依賴性的［84］。

相對于基因敲除小鼠具有明顯的輕度表型，PLP1的錯義突變或基因劑量增加會導致PMD的嚴重形式［24］。因此，PLP1致病機制更有可能是毒性物質(zhì)的“功能獲得”（gain of function，GOF）的結(jié)果，而不是功能蛋白的喪失（loss of function，LOF）。但是，對于PLP1重復的疾病機制，毒性“功能獲得”的分子性質(zhì)仍然不清楚。有研究表明PLP1過表達會導致少突膠質(zhì)細胞和髓磷脂的發(fā)育停止［86］。但是，這些研究并未顯示出抑制的髓鞘發(fā)育是PLP1表達的直接作用，還是由于PLP1異常蓄積引起的繼發(fā)作用。值得注意的是，Plp1-E1和Plp1-E2作為人類中保守的少突膠質(zhì)細胞最強且特異的增強子，其調(diào)節(jié)劑Myrf作用于Plp1-E1和Plp1-E2，可以促進PLP1的表達［89］。

PLP1重復增加了PLP1的表達水平，過表達的PLP1與膽固醇積累在少突膠質(zhì)細胞內(nèi)體-溶酶體系統(tǒng)中。生理狀態(tài)下，PLP1通過細胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復合體、溶酶體及線粒體等細胞器互作網(wǎng)絡（organelle interaction network，OIN）發(fā)揮正常的生理功能：PLP1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)翻譯加工，接下來轉(zhuǎn)運到高爾基體進行分選，通過囊泡分泌到達細胞膜，隨后回到晚期內(nèi)體/溶酶體中。晚期內(nèi)體/溶酶體是PLP1的“動態(tài)調(diào)節(jié)池”，可以將其儲存的PLP1通過囊泡轉(zhuǎn)運到達細胞膜，最終形成髓鞘［46，50］。過表達的PLP1在生物合成運輸過程中不與“脂質(zhì)筏”相關，但在內(nèi)體系統(tǒng)中形成“筏聚集體”。由于這些筏聚集體干擾了筏膜的運輸，因此進一步可能損害髓鞘形成過程（圖4）。與此同時，PLP1的過表達導致晚期內(nèi)體/溶酶體中膽固醇的積聚，晚期內(nèi)體/溶酶體循環(huán)和/或降解髓鞘膜的能力也可能受到干擾，從而誘發(fā)或加速疾病進程。此外，在少突膠質(zhì)細胞的筏中發(fā)現(xiàn)了啟動髓鞘形成所需的重要信號分子，例如Fyn［90］。在缺乏Fyn的轉(zhuǎn)基因小鼠中，髓鞘形成明顯減少，少突膠質(zhì)細胞的形態(tài)分化需要激活Fyn酪氨酸激酶［91］，因此推測由PLP1過表達引起筏膜運輸受損會破壞Fyn信號傳導。

與PLP1點突變不同，PLP1重復突變并不是通過UPR作用對細胞產(chǎn)生毒性作用。在Plp1基因低拷貝數(shù)重復的小鼠（Plptg小鼠）中，幾乎無法檢測到ER中PLP1的異常積累和隨后的UPR［92］。而凋亡誘導因子（apoptosis-inducing factor，AIF）在Plp1Tg小鼠細胞核中的水平是Plpjp（jimpy）小鼠的1/3~1/4，AIF水平在細胞核對于介導的細胞死亡途徑顯著上調(diào)［93］。由此，PLP1重復突變產(chǎn)生的細胞毒性作用與PLP1點突變不同。Hüttemann等［92］提出，Plp1tg小鼠表現(xiàn)明顯的線粒體功能障礙，表現(xiàn)為氧化還原失衡及ATP產(chǎn)生有關的幾種酶被破壞，例如來自Krebs循環(huán)和氧化磷酸化的糖酵解酶、肌酸激酶等。而相關的線粒體功能障礙與Mia40/Erv1通路中PLP1中某些特定的半胱氨酸基序例如CX3C和/或CX9C插入線粒體內(nèi)膜有關［92，94］。綜上所述，PLP1重復突變可能通過影響線粒體的功能對細胞產(chǎn)生毒性作用。本研究團隊從PLP1重復突變患兒線粒體形態(tài)出發(fā)，提出PLP1重復突變引起了遠核側(cè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)“片狀化”，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體之間線粒體相關膜（MAM）結(jié)構(gòu)改變，使得線粒體碎片化，從而產(chǎn)生細胞毒性導致線粒體呼吸功能障礙而致?。?5］。

5.2.3 無PLP1突變的細胞學致病機制

無PLP1突變的患者都表現(xiàn)出獨特的臨床表現(xiàn)［81，96］，部分患者被診斷為SPG2，盡管這部分患者表型較輕，但他們在之后的生活中常常表現(xiàn)出運動功能的緩慢進行性惡化。具有無PLP1突變的患者通常表現(xiàn)出輕度的外周脫髓鞘性神經(jīng)病，這在具有其他類型突變的患者中未觀察到。電子顯微鏡結(jié)果顯示，該類患者少量PLP1位于周圍髓鞘，并且PLP1的缺乏，而非PLP1氨基酸改變或過表達會引起周圍神經(jīng)脫髓鞘。PMD和周圍神經(jīng)病患者的研究結(jié)果表明，CD2中的PLP1特異性殘基是正常外周神經(jīng)功能所必需的，缺失了這35個氨基酸結(jié)構(gòu)域的突變會導致這種獨特的表型［76］。類似的較輕度表型與缺乏PLP1的小鼠的表型和組織學發(fā)現(xiàn)一致。無Plp1的小鼠是可以存活的，并且在其CNS中雖然能形成髓鞘，但缺乏PLP1的髓磷脂是脆弱的且壓實不完全［24，97］。此外，這些小鼠的軸突腫脹和變性緩慢進行，并在老年時變得明顯［98］。起始密碼子（即第1個甲硫氨酸）突變或過早產(chǎn)生終止密碼子（premature termination codons，PTCs，上游外顯子中的無義和移碼突變）點突變也可導致類似無PLP1突變。引起PTC的突變可能觸發(fā)了NMD，這是一種細胞監(jiān)測系統(tǒng)，用于特異性檢測上游外顯子中帶有PTC的mRNA，以在翻譯前對其進行降解［99］。

5.2.4 女性PMD患者中PLP1的致病機制

雜合子PLP1突變的患者表現(xiàn)與經(jīng)典PMD不同的臨床表型［81］。通常神經(jīng)系統(tǒng)癥狀要比其他類型的突變溫和得多。這些患者通常保持行走的能力，并且他們的認知障礙是輕度的。一些人被診斷出患有SPG2，但為青春期發(fā)作的運動疾病，且遲發(fā)性或早發(fā)性神經(jīng)學表現(xiàn)的潛在機制可能不同，但兩者均可能與X染色體的隨機失活有關。X染色體隨機失活的結(jié)果是雜合的雌性個體具有兩個不同的少突膠質(zhì)前體細胞群，僅表達正常PLP1等位基因的細胞和僅表達突變型PLP1等位基因的細胞。嚴重的PLP1突變可能影響少突膠質(zhì)細胞的分化，并導致隨后的正常PLP1等位基因失活的少突膠質(zhì)細胞凋亡。另一方面，具有表達輕度PLP1突變的少突膠質(zhì)細胞的雜合子可能會通過胚胎發(fā)育而存活并形成髓磷脂，從而在成熟的髓磷脂中留下嵌合體細胞群。由于突變的髓磷脂可能是脆弱的或不穩(wěn)定的，并且可能會降解，因此攜帶者女性可能會發(fā)生隨后的脫髓鞘和晚期發(fā)病的臨床表現(xiàn)［100］。

6 PMD的治療及預后

截至目前，PMD并無特殊的治療方法，診斷明確的患者可采取對癥治療、康復訓練等。相關研究包括化學或生物制劑的補充及基因治療兩種。

Saher等［101］通過向PLP1轉(zhuǎn)基因小鼠喂食富含膽固醇的飲食，細胞內(nèi)PLP1的積累能得到改善，少突膠質(zhì)細胞的數(shù)量增加，炎癥和神經(jīng)膠質(zhì)細胞減少，髓磷脂含量增加，運動缺陷得到改善。吡拉西坦在msd小鼠中被證明可通過增加PLP1的膜定位和降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的應激，但并不能改善其生存率［102］。此外，近年來隨著誘導多功能干細胞（induced pleuripotent stem cells，iPSCs）技術(shù)及高通量篩選等方法應用于臨床研究中，一些小分子物質(zhì)被證明對PMD臨床癥狀具有改善作用。研究者通過將人類神經(jīng)干細胞移植到PMD小鼠和患者腦中，發(fā)現(xiàn)該療法在兩者體內(nèi)均產(chǎn)生了大量的功能性髓磷脂且可以延長小鼠的存活期，提示這種療法可能應用于PMD治療［103-104］。Emborg等［105］研究表明，在帕金森病猴模型中，移植的自體iPSC衍生的神經(jīng)祖細胞可分化為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞。同時研究者們在iPSCs中利用高通量篩選的方法提示，鐵螯合劑及一些化合物如Ro25-6981可以挽救少突膠質(zhì)細胞中鐵劑誘導的細胞凋亡和髓鞘形成障礙［51，106］。其次，利用基因療法在PLP1過表達的少突膠質(zhì)細胞中，Karim等［107］發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染PLP1小分子干擾RNA敲低PLP1可以顯著提高MBP陽性髓鞘的形成。Miyamoto等［108］闡明，過表達PLP1對應的原代少突膠質(zhì)細胞不具有形態(tài)分化能力，而其同源siRNA或化學抑制劑對絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶（MAPK/ERK）的抑制逆轉(zhuǎn)它們的未分化表型，從而改善髓鞘形成和運動功能的損傷。腺相關病毒（adenovirus associated virus，AAV）介導的基因特異性抑制可以通過校正基因產(chǎn)物中的定量畸變來作為PMD的潛在治療方法［109］。向出生后的jimpy小鼠施用單劑量的Plp1靶向反義寡核苷酸（antisense oligonucleotides，ASO）可完全恢復小鼠少突膠質(zhì)細胞數(shù)量、增加髓鞘形成、改善運動性能、使呼吸功能正?；⒀娱L其8個月的壽命［110］，這些結(jié)果為基因治療髓鞘疾病建立新的藥物模式。

PMD屬于髓鞘形成不良性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良的一種，不同的表型預后存在差異。先天型PMD進展快，通常在病程前10年左右迅速進展甚至發(fā)生早期死亡。而經(jīng)典型患者臨床癥狀在病程前10年緩慢進展，可存活至60~70歲。眼震等臨床癥狀可在1歲左右得到緩解，大多數(shù)患者在10~12歲之間會逐漸獲得運動發(fā)育，但是運動水平因患者而異。達到最高能力后，通常會在10~20歲后出現(xiàn)緩慢的惡化，并伴有皮質(zhì)萎縮等。

為減輕疾病負擔對患者家庭產(chǎn)生的影響，建議臨床及遺傳學診斷明確的PMD患者家系在生育下一胎時要進行遺傳咨詢，以預防患者家庭中再生出同樣患者。

7 小 結(jié)

PMD是髓鞘形成低下性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良最具代表性的一種，其典型臨床表現(xiàn)包括眼震、肌張力低下及智力運動發(fā)育落后等。根據(jù)臨床癥狀的輕重，PMD可分為先天型、中間型及經(jīng)典型3種。先天型起病早，病程進展快，相對的經(jīng)典型起病較晚，病程進展緩慢。目前針對PLP1突變致病的細胞分子學機制尚未完全闡明，已知PLP1點突變主要引起PLP1錯誤折疊，錯誤折疊的蛋白質(zhì)未能完全轉(zhuǎn)運出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)而進一步影響髓鞘形成。而PLP1重復突變則可能為過表達的PLP1影響OIN等對細胞產(chǎn)生毒性作用，對PMD患者OIN紊亂機制的探索為闡明PLP1突變致病的細胞分子學機制提供了新思路。