遺傳基因與帕金森病相關性的研究進展

封 華 劉承偉

(桂林醫學院解剖學教研室，廣西 桂林 541004)

帕金森病(PD)已成為人們普遍關注的社會問題，也是當今社會及未來要挑戰的公共衛生事業。盡管進行了有關環境毒素和基因突變等復雜證據的相關研究，但PD的病因一直沒有得到準確的解釋。回顧近年來PD發病機制的研究進展，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病因與發病機制中的作用日益受到重視。

1 SNCA基因

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

2 parkin基因

目前研究parkin基因有多個突變位點，研究發現exon4、exon6和exon7是其突變熱點區域。具體結合parkin基因exon4發現，parkin基因4號外顯子的基因點突變型分為突變缺失和點突變，家族性PD主要表現為exon4的部分或全部缺失(約占27%左右)，而散發性PD則主要表現為exon4的點突變。易感基因的熱點突變，可引起parkin蛋白一、二級結構改變，進而影響其功能，最終導致多巴胺能神經元內蛋白水解通路障礙，細胞內淀粉樣物質沉積，導致神經元死亡。parkin基因的突變頻率隨著發病年齡的增加明顯下降;而parkin相關性PD在全世界范圍廣泛分布，也說明parkin基因突變對PD發病機制方面的重要作用〔6〕，parkin基因突變與早發性PD也有關，parkin主要位于神經元胞漿和突觸中，與突觸傳遞有關，parkin基因突變使細胞內蛋白代謝紊亂，異常蛋白選擇性地聚集于黑質DA能神經元，阻礙了DA遞質釋放和運輸同時產生細胞毒性，導致細胞死亡，進而產生PD的癥狀。parkin基因突變具有多態位點，其中parkin基因兩個多態位點S/N167和V/L380等位基因與基因型頻率分布差異，有研究發現早發PD患者S/N167多態位點等位基因A和含A基因型頻率分布明顯高于對照組，從而得出parkin基因S/N167多態性與PD遺傳易患性有關〔7〕。純合子parkin基因(PARK2)突變的形式包括刪除，移位、錯義突變等，是隱性遺傳性青少年型PD的重要原因〔8〕。對于這種形式的PD發病是平均40歲以下。而雜合子的突變可能在PD發生中充當著敏感性的等位基因〔9〕。parkin基因突變異常導致parkin蛋白缺失，功能障礙，酶活性減弱或消失，造成細胞內異常蛋白的累積，最終導致DA能神經元細胞死亡，parkin蛋白還具有E3-泛素蛋白連接酶的活性，參與細胞內異常蛋白的降解，所以parkin蛋白在泛素-蛋白水解酶復合體通路中發揮重要作用，是一種多用途的神經保護劑。parkin基因雖然是PD發病的重要致病基因之一，但不是唯一的致病基因。parkin基因是研究證實與PD發病密切相關的遺傳易感基因之一，研究發現Parkin基因突變有其自身的規律性。因此對parkin基因的突變規律的研究對于揭示PD的遺傳學機制以及指導臨床診斷與治療具有重大意義。

3 PINK1基因

2001年，Valente等〔10〕對1個有122個成員的意大利西西里島的近親結婚大家族進行研究，發現一個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號染色體短臂1p35-36區域。2004年，Valente〔6〕又在PD的家族中首次發現2個PINK1純合性突變。2005年在基因突變的家族性PD中進行PINK1基因突變研究，發現其突變率為8.9%，可見在缺乏parkin基因突變的早發性PD中，PINK1基因突變是一個很重要的因素〔11〕。2007年，Klein等〔12〕人研究發現純合子基因突變和PTEN誘導的PINK1是PD早發病的常見原因，最近證據表明，雜合子的基因突變也許與PD的發病晚期有相關性。PINK1基因缺陷引起PD相關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基因突變導致的PD患者的臨床表現不僅與經典PD患者、DJ-1及parkin基因突變患者的臨床表現存在很多相似之處，亦有其自身的發病特點。PINK1基因的研究尚處于早期階段，其生物學功能、作用底物及對PD發病機制的分子作用途徑尚未十分清楚，還有待進一步研究。

4 DJ-1基因

DJ-1基因是繼parkin基因發現之后又一常見的PD遺傳性致病基因，DJ-1蛋白是氫過氧化物反應蛋白，參與機體氧化應激反應。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早發總數的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個氨基酸蛋白的點突變是導致PD蛋白質功能喪失的重要原因〔12，16，18〕。Krebieh 等〔19〕實驗研究證明，受損的 DJ-1 基因導致線粒體自體吞噬能力受損及聚集功能失調，在生理情況下這種狀況通過溶酶體會得到補償。這個研究在PD中通過其自體吞噬和線粒體的完整性，為DJ-1基因在線粒體穩態中的提供了證據。現已發現的DJ-1突變有11種，包括點突變和大片段缺失。目前在亞細胞水平包括細胞質和細胞核，針對DJ-1線粒體，據報道有保護生理細胞的作用〔20，21〕。在氧化應激的條件下，DJ-1轉變為酸性，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，導致氧化物質對神經元的損傷增加。但DJ-1的突變頻率還是相當低，在散發性早發PD中的突變頻率為1%左右，晚發PD中尚未發現DJ-1突變，可見DJ-1基因并不是晚發PD機制的重要危險因素〔22〕，而在早期的PD的發病機制還在繼續探索之中。

5 UCHL1基因

Setsuie等〔23〕為了證明基因突變和PD的聯系，通過UCHL1I93M轉基因小鼠試驗表明，多巴胺神經元有進行性丟失。此外，還證明了與UCHL1WT相比的UCH-L1I93M具有的特性，與哺乳動物細胞功能的蛋白的突變而導致的神經系統變性疾病有相關性〔24〕。失職的泛素蛋白酶體系統(UPS)導致刪除和降低錯誤折疊的蛋白進而導致的細胞中錯誤蛋白的聚集，在正常細胞內錯誤折疊蛋白之間的異常相互作用被認為是神經退行性疾病的發病機制，而UCH-L1是UPS的重要組成部分，它的功能主要是進行單泛素的回收利用及維持蛋白質的降解，UCH-L1基因的突變及其蛋白質活性的改變已經被發現與幾個神經退行性疾病有關〔25〕。由此可見UCH-L1基因與PD的發生是有著密切的關系，但其具體的機制還需進一步研究。

6 富亮氨酸重復序列激酶(LRRK2)基因

LRRK2基因突變是迄今為止發現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揮毒性作用，致使PD的形成;LRRK2基因突變在PD家族中的陽性檢出率為5%～40%，在散發性PD患者中的陽性檢出率也可達2%，因此，檢測LRRK2基因突變與否，是篩選PD高危人群的重要環節之一〔26，27〕。據統計，0.5% ～2.0%的散發性 PD 病人和 5%的家族PD病人都與這一位點的突變有關。LRRK2基因突變的研究報道引起了廣泛關注〔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歲時外顯率為15%，70歲時外顯率為21%，到了80歲外顯率可以達到32%〔29〕。LRRK2基因的發現，使人們對PD又有了更深層次的認識。

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