Tau基因多態性與神經變性疾病

周美鴻 吳成斯 徐仁伵

(南昌大學第一附屬醫院神經內科，江西 南昌 330006)

Tau基因及其編碼的微管相關蛋白異常最早發現于阿爾茨海默病(AD)，隨著對Tau基因研究的深入，Tau基因與神經變性性疾病的研究逐漸引起研究者的重視，并且有新的發現，最近研究表明，Tau基因多態性可能與AD、額顳葉癡呆(FTD)、肌萎縮側索硬化(ALS)、皮質基底節變性(CBD)、帕金森病(PD)的發病存在潛在的相關性。本文將概述Tau基因的構成，Tau基因的多態性及其與部分神經變性性疾病的關系。

1 Tau基因的構成

Tau基因位于17q21.11，其5'和3'端側翼序列分別是促皮層素釋放因子受體(CRFR)基因和KIAA1267，前者為從5'端延伸55 kb至Tau基因啟動子的核苷酸序列，后者為從Tau基因多聚A尾延伸1.6 kb的核苷酸序列，是一個在大腦中表達但功能未知的基因〔1〕。不論從序列的同源性還是從目前了解的功能來看，側翼序列與Tau基因均呈不相關性，可見Tau基因并非簇相關基因的一部分。Tau基因從5'端到3'端跨越133.9 kb，包括16個外顯子，外顯子1和14被轉錄而不被翻譯〔1〕。Tau基因外顯子經過特別的組織和生長發育調節而選擇性剪接，在人類大腦中，外顯子4a，6和8從未連接進任何mRNA中參與編碼翻譯Tau蛋白，從而導致高分子Tau蛋白亞型的表達〔2〕。在正常成人大腦中，Tau基因根據外顯子2、3、10的可變連接可編碼6種同分異構體。外顯子10的編入表達與否會形成兩種類型的蛋白，即含3個微管結合重復區域(3R)或4個微管結合重復區域(4R)的Tau蛋白亞型。外顯子3從未不依賴外顯子2而單獨出現，Tau蛋白N端插入子的存在與否及其數目則取決于是外顯子2還是外顯子2+3的剪接差異。因此，由這3個外顯子的選擇性剪切可有6種亞型:3R亞型(2-3-10-，2+3-10-，2+3+10-)和 4R 亞型(2-3-10+ ，2+3-10+，2+3+10+)。在胎兒大腦中，只有最短的亞型(2-3-10-)被表達。Conrad等已發現一個被命名為Saitohin(STH)的新基因，位于人Tau基因內含子9內。STH是一個無內含子基因，表達一個含128氨基酸殘基的蛋白。STH并不受Tau基因啟動子的調控，但兩者共有一些調控元件。

2 Tau基因突變

Tau基因突變可導致一種罕見的常染色體顯性疾病，它被命名為連鎖于17號染色體伴有PD的額顳葉癡呆(FTDP-17)，這提示Tau基因突變是一些家族性Tau病的病因。在目前已識別出的各種Tau基因突變中〔3，4〕，大部分是錯義、缺失、編碼區的無效突變或者定位靠近外顯子10附近剪切位點的基因內突變〔5〕。Tau基因突變可依據是否直接影響Tau蛋白的功能和(或)RNA的剪切而分類〔4，6〕。目前研究已證實位于外顯子9、11、12和13的突變擾亂Tau蛋白與微管之間的相互作用，這樣減少了Tau蛋白促進微管聚集的能力。據報道在外顯子1的R5H和R5L突變會產生相同效應。在外顯子10中的其他突變(N179K、L284L、N296N、S305N 和 S305S)可導致外顯子 10 剪切的增加，從而增加4R-Tau蛋白的比率，相對于可溶性3R蛋白亞型而言。在外顯子10之后緊接的內含子中，位于不同位點+3、+11、+13、+14和+16的突變，可以影響到跨越這個剪切區的RNA莖環結構，使其不穩定〔7〕。最后，第三類突變對蛋白和信使mRNA水平均有影響。這些包括N296H、K280和N296，均位于外顯子10內。

3 Tau基因多態性

在Tau基因中大約有122個核苷酸替換已被報道，最近又在3'端新發現8個多態性位點。這130個Tau基因的序列變異包括111個單核苷酸多態性(SNP)，9個插入和8個缺失。所有這些多態性的位點在Susanna Schraen-Maschke等的報道中均有描述〔5〕。這些核苷酸替換中有74個(57%)被發現是分為兩簇分別分布在內含子9和10當中，兩個區域都與外顯子10的剪切相關。成簇現象的意義將有待進一步相關性分析研究。第三簇則涉及在3'端發現的20個核苷酸替換，為Tau基因mRNA的新陳代謝相關區域。

現已發現在Tau基因中有10個多態性位點，包括8個SNP和1個缺失，與116507(TG)n二核苷酸重復多態一起，相互之間以完全連鎖不平衡方式遺傳，從而定義了Tau基因的兩個擴展單倍型(H1和H2)〔8〕。它們大部分定位在內含子9和外顯子9當中，其中有3個位于啟動子內部，對Tau基因表達功能的影響還存在爭議〔9，10〕。參照最早的一些論文顯示，H1和H2單倍型在不同的健康人群樣本中的頻率比較，H1單倍型出現頻率較 H2 高，在日本人〔11〕、澳大利亞人〔12〕和查摩洛人群〔13〕中，H2單倍型的頻率很低。由116507(TG)n重復多態而產生的A0等位基因主要見于H1單倍型，A3等位基因則多見于H2單倍型。其他的多態性位點非常罕見，只在更為常見的H1單倍型中發生。112705A＞G多態性位點位于內含子9內，相應于STH基因的一個外顯子多態性。這一遺傳變異在蛋白水平的表達主要是把谷氨酰胺變為精氨酸〔14，15〕。

4 Tau基因多態性和AD

Lilius等(1999)、Bullido等(2000)的研究均證實H1單倍型與AD發病的危險增加相關。但另有7項研究〔16〕的Meta分析揭示AD和H1沒有相關性，包括Green等(2002)一項基于尸檢確證為AD病例的最新研究也未發現二者的相關性。所得的矛盾結果可能取決于AD患者組年齡的不同，同時也表明Tau基因對遲發性AD和早發性AD所起的作用不同。對遲發性AD患者的不相關性表明Tau蛋白可能涉及在AD病理通路的下游。Conrad等(2002)識別的一個單核苷酸多態性位點112705A＞G，可改變STH基因表達的谷氨酰胺為精氨酸。第一個關于該多態性位點的遺傳性研究是用51例尸檢確證為遲發性AD的病例，與30例正常對照組相比，GG基因型的概率顯著增高(16%比0%)，G等位基因在患者與對照組中分別為32%和13%。Combarrost等(2003)的最新研究證明STH基因的RR基因型在遲發性AD患者中顯著增加。然而這一遺傳相關性在其他一些研究中并未得到證實〔14，15〕。

5 Tau基因多態性和FTD、Pick病(PiD)

Morris等(1999)發現在32名FTD患者和75名對照受試者中，A0/A0基因型的頻率沒有顯著差異。其他小組也發現不論是H1單倍型還是H1/H1基因型都與FTD沒有明顯相關性〔12，17～19〕。Sobrido 等 (2003)發 現 內 含 子 9 上 的 罕 見123534C＞T多態性，與對照組(0.2%)相比，在 FTD患者(3.3%)中是顯著增加，這個特殊的多態變異型有外顯子10剪切調控的作用。Hughes等關于FTD患者的大規模研究也證實與對照組相比，H1/H1基因型是顯著過表達，但均未發現兩組有任何顯著差異性〔20〕。PiD是另一類罕見的早老性癡呆，病理特點為神經元內出現Pick小體，其中主要包含3R-Tau蛋白亞型。由于在進行性核上麻痹(PSP)和皮質基底節變性(CBD)中Tau基因單倍型頻率的差異性，推測H1單倍型可能誘發了這些疾病中4R-Tau蛋白聚集體的形成。與此平行的假說是Tau基因H2單倍體可能誘發了PiD中3R-Tau蛋白聚集物的形成。但至今所發表的所有研究中，都沒有發現Tau基因的H2單倍型與PiD存在顯著相關性〔21，22〕。Tau基因 H2單倍型在Russ等的研究中發現有輕微的過表達，但不具有統計學意義。

6 Tau基因多態性和肌萎縮側索硬化-帕金森癡呆疊加綜合征(ALS-PDC-G)

存在于西太平洋關島查摩洛人群中兩個特別的Tau病:被命名為ALS-G的肌萎縮側索硬化的罕見型，以及被命名為PDC-G的帕金森癡呆疊加綜合征。兩個疾病都以脊髓和大腦中的神經原纖維纏結為神經病理特點。由于ALS-G和PDC-G臨床與病理相似，并同存在于關島，這兩類綜合征可能被證實為同一種疾病即ALS的不同表現型〔13〕。同時，在這兩類ALS的變異型中，116507(TG)n多態性的連鎖平衡分析發現兩病例組中H1和H2單倍型的頻率與對照組相比，并無顯著差異性。

7 Tau基因多態性和PSP、CBD

在CBD和PSP中都存在的異常Tau蛋白沉積物存在4R-Tau蛋白亞型。通過利用臨床上或僅神經病理上確證為CBD的病例開展的研究，均發現H1等位基因和H1/H1基因型與CBD之間都存在顯著相關性〔21〕，證實了一個假說，即由Tau基因多態性所代表的特別的遺傳背景可作為CBD和PSP進展的一個危險因素。

8 Tau基因多態性與PD

Scott等的研究發現Tau基因所在染色體17q與晚發型PD連鎖。Martin小組研究了235個家族的1056例患者，測定Tau基因的單核苷酸多態性。這些多態性位于Tau基因的內含子或外顯子上，且不改變Tau蛋白的氨基酸序列。在被測的5個多態性中有3個與晚發型PD顯著相關。單倍型分析顯示，PD與一個單倍型(H1)正相關，與第二個單倍型負相關。此外，在Tau外顯子9和10之間的內含子中，一個已知的二核苷酸多態性(A0)也證明與原發性PD正相關〔23〕。

綜上所述，目前大量的證據表明Tau基因在許多神經變性疾病中都有影響，發生在FTDP-17的Tau基因突變是這類少見疾病的致病因素，而Tau基因多態性對于一些更多見的散發病如AD和PD是一種遺傳因素的作用，環境因素和其他遺傳因素對于正常種群中H1/H1基因型的高出現率和促進這類疾病發展的H1/H1同合子的低價值預測都很可能有重要影響。Tau基因的H1單倍型對于具備不同臨床特點的神經變性疾病都是一個危險易感因素，提示這類疾病都有著一個共同的致病機制，即與Tau基因的異常有關。目前Tau基因多態性作為一個致病因素在生物學功能上的機制，由于它在基因座上顯著的連鎖不平衡性，遺傳學尚不能做出明確解釋。H1單倍型可能改變Tau基因表達或剪接的內含子特性，可以解釋它的相關性。但為了更好地明確解釋，進一步的機制研究應更多地關注于一個或多個H1/H2多態性對引起神經元變性和死亡在Tau基因表達或功能中的影響。

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