帕金森病致病基因的研究進展

盧 芳 周世慧 劉樹民 (黑龍江中醫藥大學中醫藥研究院，黑龍江 哈爾濱 150040)

全球約1%～2%的60歲以上老人患有帕金森病(PD)〔1〕。其病理特征主要為黑質致密部多巴胺神經元缺失以及在殘留神經元中出現以路易小體(Lewy body)為主的包涵體，具有特定的臨床表現，如肌肉僵直、靜止性震顫、運動遲緩、感覺異常等〔2〕。PD大多為散發性，但部分受遺傳因素影響而呈現家族性。目前在蛋白質錯誤折疊和聚集、線粒體障礙、氧化應激、免疫炎性異常、細胞凋亡等方面的研究均對PD的發病機制進行了較為系統的闡述。近年來，隨著分子遺傳學的發展及對遺傳性PD的深入研究，越來越多的PD致病基因被人們所認知，如常染色體顯性基因：α-突觸核蛋白基因(SNCA)、泛素羧基末端水解酶L1基因(UCH-L1)、富亮氨酸重復激酶2(LRRK2)和常染色體隱性基因：PTEN誘導激酶1(PINK1)、parkin基因、DJ-1基因，使得PD發病機制的研究上升到一個新的高度。本文將就現階段PD致病基因的研究做一綜述。

1 常染色體顯性基因

1.1SNCA基因 SNCA基因位于染色體4q21-q23上，已先后從3個不同家系PD的SNCA基因中鑒定出3個突變體A53T、A30P和E46K〔3〕，而對于散發性PD患者的SNCA進行的研究未發現A53T、A30P突變異常〔4〕，因此SNCA對家族性PD的發生和發展有著密切的關系。另有研究表明SNCA基因的數量及相應蛋白的水平對家族性PD的發病有著不同程度的影響，SNCA基因的多倍體會導致常染色體顯性PD，SNCA基因二倍體的家族性患者的進程明顯嚴重于散發的患者，有嚴重的意識下降和嚴重PD。SNCA基因三倍體型患者在年輕時就已發病，并且對左旋多巴的治療沒有效果〔5，6〕。

現代研究表明由SNCA基因的過表達或突變引起的α-突觸核蛋白的聚集可產生細胞毒性從而引起神經元壞死，目前研究認為α-突觸核蛋白寡聚中間體是其毒性成分而并非α-突觸核蛋白聚集體〔7〕。該類寡聚中間體被稱之為初原纖維，富含β片層結構，相比較于α-突觸核蛋白單體與酸性磷脂膜的結合能力更強，且可引起泡膜的瞬時透性及膜內包含物的外滲〔8〕，A53T及A30P的突變均有助于此類中間體的生成〔9〕。因此可以由上推斷SNCA基因對于PD發病的影響主要體現于其編碼的α-突觸核蛋白所發生一系列病理變化及由這些病理變化所引起的神經元凋亡和神經功能障礙，且這些變化在家族性PD的發生和發展過程中起著更為重要的作用。

1.2UCH-L1基因 UCH-L1主要作用是將小的羧基結合物水解成自由的泛素單體，UCH-L1的表達與神經元之間存在緊密聯系，與其相關的基因點突變與遺傳性PD關系緊密〔10〕。

Leroy等〔11〕在一個德國家系發現UCH-L1I93M錯義突變會導致PD的發生，研究表明〔12〕I93M會改變蛋白質的二級結構從而降低泛素羧基末端水解酶的水解功能，該酶由UCH-L1基因編碼，是泛素蛋白酶體系統(UPS)的重要組成部分，對異常蛋白的清除有著非常重要的作用，而UPS功能缺失導致的細胞中錯誤蛋白的聚集及其相互之間異常作用被認為是神經退行性疾病的發病機制。Setsuie等〔13〕在對UCH-L1I93M轉基因小鼠的研究中發現多巴胺神經元有進行性丟失，同時證明了UCH-LI93M與細胞功能的蛋白的突變而導致的神經系統變性疾病的相關性。Maraganore等〔14〕發現UCH-L1基因突變時18位殘基呈現多態性(S18 Y)，這種多態性分布呈現地域性，且具有保護作用，能夠降低PD的發病概率。但Maraganore等〔15〕的后續研究又認為UCH-L1基因是PD的易感基因，前后兩種研究結果截然相反，表明對于S18Y的研究尚不成熟，仍有大量工作要做。以上研究表明SCH-L1與PD的發生關系密切，但機制尚不成熟，有待進一步的研究。

1.3LRRK2 LRRK2基因位于12號染色體p11.2-p13.1，含有51個外顯子，具有較高的突變率。LRRK2基因突變是遺傳性PD最常見的發病原因〔16〕，首次發現于一個日本家系中。到目前為止，已發現多種基因突變與PD的發生關系密切，如G2019S突變〔17～19〕、G2385R〔20〕突變、R1441C/G突變等。隨后的研究表明LRRK2基因突變的比例在家族性PD中高于散發性PD，國際LRRK2基因研究中心研究表明散發性PD患者和家族性PD患者G2019S突變的概率分別為1%和4%，最高頻率發現在北非阿拉伯人(36%)和德系猶太人(28%)〔21～24〕。這些研究同時表明LRRK2基因突變類型和發病頻率存在人種差異且病理改變呈現多樣性。王香明等〔25〕通過歸納總結認為LRRK2基因會在以下幾個方面發揮功能：調節神經突的形態、調控突觸囊泡內吞過程、MAPKKK活性、調節細胞周期和分裂、磷酸化微蛋白、調控自噬、磷酸化α-synuclein，這些功能均與PD的發生有著密切的關系。LRRK2基因編碼的蛋白由2 526個氨基酸組成，該蛋白由7個功能域組成，分別為ANK、LRR、ROC、COR、MAPKKK和WD-40〔26，27〕。這些功能域可參與蛋白之間的相互作用，其重復序列可調節GTP酶和蛋白激酶的活性，因此LRRK2基因的突變會導致相關功能域結構上的改變從而影響其正常功能的發揮，由該突變引起的激酶活性的改變已被證實是PD的重要發病機制。由于LRRK2基因發現時間較短，因此有需要對LRRK2基因進行深入的研究，以便更為清楚地闡述其致病機制。

2 常染色體隱性基因

2.1PINK1基因 Valente等〔28〕在一個意大利家系中發現了PINK1基因，該基因位于1號染色體短臂1p35-36區域。PINK1基因突變種類較多，目前已知的就有34種以上。PINK1基因突變是早發性家族PD中非常重要的影響因素〔29，30〕，為第二常見的病因，基因突變以純合或復合雜合突變較為常見，但在不同種族中突變頻率差距較大，從2.9%到29%不等〔31～33〕。在散發性PD中PINK1基因突變的作用亦被證實，其突變以單個雜合突變為主，突變頻率呈現地域性差異〔34～36〕。PINK1基因突變所致PD臨床特征明顯，對小劑量左旋多巴治療反應良好且作用持久。

PINK1基因編碼的蛋白由581個氨基酸組成，可分為3個結構域線粒體定位結構域、蛋白激酶結構域和羧基結構域，其中已確定PINK1的基因突變大多位于蛋白激酶結構域內〔32，37〕，突變會造成該結構域功能缺失并最終導致疾病的發生。對于PINK1基因突變導致PINK1蛋白功能障礙所致PD發病機制的研究尚不成熟，現階段有能量缺乏假說、氧化應激作用和細胞凋亡途徑等相關學說，盡管這些研究還無法解釋PINK1基因突變的致病機制，但在很大程度上已促進了PINK1基因及其蛋白研究的進展。

2.2parkin基因 parkin基因已被確認為常染色體隱形遺傳性青年型帕金森綜合征(AR-JP)的致病基因〔38〕，該基因由位于染色體6q25.2-27的PARK2位點編碼，由Kitada等〔39〕首次發現并成功克隆出來。parkin基因有12個外顯子，具有多個突變位點，其中4號外顯子的突變類型又可分為突變缺失和點突變，分別是家族性及散發性PD parkin基因突變的表現類型。parkin基因突變亦具有多態位點，有研究〔40〕表明早發性PD患者S/N167多態位點等位基因A和含A基因頻率分布明顯高于對照組，并據此得出parkin基因S/N167多態性與PD遺傳易患性有關。parkin基因與早發性PD關系密切，隨著年齡的增長呈現下降趨勢，研究認為純合子parkin基因的刪除、移位、錯義突變等突變形式是導致AR-JP的重要原因〔41〕。

parkin基因所編碼的parkin蛋白由465個氨基酸組成，是一種E3泛素蛋白連接酶〔42，43〕，在泛素-蛋白水解酶復合體通路(UPP)中發揮重要的作用。通常情況下parkin蛋白的底物蛋白經UPP途徑會降解掉，但parkin基因突變會造成parkin蛋白功能障礙從而導致蛋白底物不能被正常降解而產生聚集，并最終會導致神經元死亡。目前已發現鑒定出5個parkin蛋白底物，對于搞清PD發病機制起到了至關重要的作用。對于parkin蛋白功能障礙如何引起PD病的機制尚不清楚。

2.3DJ-1基因 Nagakubo等〔44〕等首次發現并報道了DJ-1基因，研究表明DJ-1基因突變與常染色體隱性家族性早發PD聯系緊密〔45〕。隨后在對荷蘭和意大利〔46，47〕兩個家族性常染色體隱性遺傳PD的研究中先后確定了基因位點PARK7和DJ-1基因。DJ-1基因位于染色體1p36.2-p36.3，具有8個外顯子，到目前為止已在不同地區、不同家系家族性PD中發現了多種基因突變，如錯義突變、截短突變等。DJ-1基因突變頻率較低，在家族性及散發性早發PD中均已檢測到基因突變，但在晚發PD中尚未發現DJ-1基因突變，據此認為DJ-1基因突變并不是晚發PD中的重要致病因素〔48〕。研究表明DJ-1基因具有抗氧化損傷和對線粒體保護的作用，對氧化應激的敏感型與其表達水平密切相關，過表達會增強細胞的抗氧化能力從而避免細胞的死亡〔49〕。 DJ-1基因的突變均會使其正常功能產生障礙并最終導致PD的發生。

DJ-1基因所編碼的DJ-1蛋白由189個氨基酸組成，屬于DJ-1/ThiJ/PfpI超家族，DJ-1蛋白在人體內分布較為廣泛〔50〕。DJ-1基因突變會導致DJ-1蛋白無法折疊形成正確的二聚體，從而易被UPS系統所降解，從而影響其正常功能的發揮并最終導致病變，有關DJ-1突變對DJ-1蛋白的影響研究并不是很充分，而將此方面研究必然有利于闡述DJ-1基因對PD的致病機制。

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