NMDA受體基因單核苷酸多態性與神經系統疾病的關聯研究

田大為，胡向軍，宋　蕾，彭瑞云，賈宏博　綜述　王麗峰　審校

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NMDA受體基因單核苷酸多態性與神經系統疾病的關聯研究

田大為1，2，胡向軍3，宋蕾4，彭瑞云3，賈宏博1綜述王麗峰3審校

1.100142北京，空軍航空醫學研究所；2.710032西安，第四軍醫大學航空航天醫學系航空航天生物動力學教研室;3.100850北京，軍事醫學科學院放射與輻射醫學研究所；4.100720北京，空后衛生部門診部

【關鍵詞】NMDA受體基因；SNP；神經系統疾病

神經系統由其結構單位-神經元組成，這使得神經系統構成了人類組織器官中最為復雜的系統，其作用機制是受多種因素調節的復雜生理過程。神經系統疾病是神經系統發生的器質性疾病，除受外界環境因素影響外，還受遺傳因素影響。已有大量的研究報道了神經遞質與神經系統疾病之間的關系，其研究的深入可能為神經系統疾病的防診治提供客觀的預測和監測指標。

谷氨酸( glutamate，Glu) 是中樞神經系統重要的興奮性神經遞質之一，其中N-甲基-D-天門冬氨酸 (N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體近年來逐漸受到重視，NMDA受體被普遍認為是學習記憶中的關鍵物質且參與長時程增強(long-term potentiation，LTP)的形成和維持。

隨著人類基因組序列的繪制完成，生命科學領域的研究熱點正迅速轉向如何系統地研究和解讀基因結構、功能與遺傳疾病之間的聯系。單核苷酸多態性( single nucleotidepolymorphism， SNP) ，作為基因組中最普遍的序列差異，在復雜性疾病與基因的關聯研究中發揮著重要作用，其意義的闡明有助于了解人類基因的功能，并為復雜性疾病的評估、預測、預防、診斷和治療的突破提供重要的參考依據。筆者就NMDA受體基因SNP與神經系統疾病關聯的相關研究作一綜述。

1NMDA受體結構和功能

神經科學的研究表明，谷氨酸是人類中樞神經系統內最重要的興奮性神經遞質，參與神經系統多種重要功能的調節[1]。根據跨膜信號轉導機制的不同，Glu受體可分成兩大類:促離子型谷氨酸受體( ionotropic glutamater -eceptor，iGluR) 和促代謝型谷氨酸受體(metabotropicglutamate receptor，mGluR)。在iGluRs家族內，根據受體激動劑的不同，又分為NMDA受體與非NMDA受體。NMDA受體有復雜的分子結構和獨特的分子特性，涉及腦的很多重要功能如記憶和學習密切相關的LTP和長時程抑制(long term depression，LTD)效應與NMDA受體關系密切[2,3]；大腦神經元的數目及其連接的數目都受到NMDA受體活動的影響，其活動的異常可能影響神經元的可塑性，從而導致中樞神經系統的功能紊亂。因此， NMDA受體已成為治療某些神經精神性疾病的靶點。

1.1NMDA受體的功能區及分子構型NMDA受體至少包含2種亞基，核心亞基(NR1)和強化亞基(NR2)。NR1和NR2中的任何一個亞單位都不能單獨構成有功能的同寡聚體通道，NR2四個亞單位中的一個或幾個必須和NR1共同構建成為異寡聚體，才可形成高活性的NMDA受體通道，提示NR1亞單位對NMDA受體通道功能是必須的[4]。

近年研究證明，人的NR1基因跨度約29.6 kb，含20個外顯子，與鼠腦NR1基因類似，有8種序列不同的轉錄體，其5’側翼啟動子區有兩個完整的果蠅even -skipping蛋白識別序列。大鼠的NR1基因總長度為26.6 kb，含20個外顯子。小鼠基因的NR1總長度為26.7 kb，含20個外顯子。

人類NR2A基因定位于16p13.2，長約429.35 kb，含14個外顯子；大鼠NR2A基因定位于10q11，長約416.55 kb，含14個外顯子；小鼠NR2A基因定位于16A1; 16 3.4 cm，長約414.82 kb，含12個外顯子。

人類的NR2B總長度為418.6 kb，含13個外顯子。大鼠的NR2B基因的總長度為461.2 kb，含13個外顯子，是一種分子量約180 kda的跨膜糖蛋白，脫糖化后分子量為160 kDa左右，其基因有45個氨基酸序列，由1456個氨基酸組成，氨基酸殘基數為1482，特定氨基酸殘基1362-1406。小鼠的NR2B基因總長度為443.7 kb，含15個外顯子。

1.2NMDA受體的調控

1.2.1基因轉錄對NMDA受體表達的影響NMDA受體亞基轉錄時可有多個起始位點，各個位點周圍的堿基可以影響基因的表達。Bai[5]通過對大鼠NR1上游3 kb進行測序和啟動子功能試驗，發現從轉錄起始位點到上游356 bp的區域為NR1啟動子的核心區域，并且有SP-1、AP-2、GSG等多個轉錄結合元件結合在核心啟動子區，在上游3 kb的范圍內還有多個轉錄結合位點與AP-1、Repeats、CTF、CRE、MEF2-C等轉錄元件結合。NR2B主要起始位點周圍的150個堿基可影響NR2B的表達，NR2B啟動子缺乏TATA和CAAT盒，C/G含量>60%，因此，NR2B基因具有典型的管家基因特性。Klein等[6]對人NR2B基因啟動區進行測序并進行功能實驗，發現轉錄起始位點到上游541bp的區域為NR2B啟動子的重要調控區域，并且含有4個SP1和一個CREB轉錄結合元件。Sasner和Buonnano等[7,8]研究發現大鼠NR2B啟動子上有一段長約800個堿基對的序列決定了NR2B表達的神經元依賴性，在NR2B基因上游356bp范圍為核心啟動子區，具有4個轉錄因子SP1和一個CREB的結合位點，表明NR2B基因本身就是突觸后神經元Ca2+通路上的靶基因之一。Miyatake等[9]對小鼠NR2B基因啟動區進行測序并結合軟件分析，發現轉錄起始位點到上游420 bp的區域為NR2B啟動子區的重要調控區域，該區域包括SP1、GATA-2、CREB等轉錄結合位點。

1.2.2翻譯對NMDA受體表達的影響NR2A的5′非翻譯區含有282個堿基。Wood等[10]在離體研究時發現，NR2A的mRNA擁有不同的5′非翻譯區，如果移去大多數的282bp的mRNA的5′非翻譯區可使NR1、NR2A介導的電生理反應放大100倍，如僅移去其上游的AUG則只增加其對受體的翻譯。

NR2B含有一個超過其他NMDA亞單位的長5′-UTR，含有1199個堿基對[6]。在含ATG起始編碼的4號外顯子上有3個分散的未翻譯的外顯子分布在20 kb的區域內。在剪接過程中可形成兩個不同的剪接變體，分別含有或缺失2號外顯子，其中以不含2號外顯子的形式居多。在5′-UTR中還有多個ATG編碼，形成9個短的UOFs，主要分布于3號外顯子上，與轉錄后調控有關。

2NMDA受體基因SNP與神經系統疾病的關聯

SNP是DNA多態性的一種，為DNA序列中單堿基的差異。絕大多數復雜性狀疾病都是由遺傳因素與環境因素相互作用的多基因病，就是這些SNP造成人群和個體在各種表現型上的差異，表現在體質特征、運動能力、疾病易感性，以及心智等各個方面。根據SNP在NMDA受體基因中的位置，SNP可分為受體基因編碼區SNP(coding SNP，cSNP)、受體基因內含子區SNP和受體基因調控區SNP(regulatory SNP，rSNP)。其中cSNP根據是否改變編碼的氨基酸又可分為同義cSNP(synonymouscSNP)和非同義cSNP(non—synonymous cSNP)。

非同義cSNP，由于其改變編碼的氨基酸，對NMDA受體基因功能的影響較直觀，近來有研究表明，非同義cSNP可通過影響NMDA受體基因產物，引起細胞信號通路方面的改變[11]。同義cSNP由于其不改變編碼的氨基酸，過去一直認為它不會改變NMDA受體基因的功能。近來，隨著這方面研究的日益深入，人們發現同義cSNP也可影響NMDA受體基因的功能，同義cSNP通過引起核糖體通過mRNA特定區域時速度的加快或變慢，影響翻譯動力學，最終使蛋白質的結構和功能發生改變[12]。內含子區SNP與基因功能的關系方面，通過關聯分析和生化、細胞水平分析，近來研究表明:NR2B基因rs1806201基因型頻率和單倍體與酒精中毒的關系密切[13]。在調控區rSNP影響NMDA受體基因功能的研究方面，通過關聯分析表明，基因調控區的rSNP可通過影響啟動子元件來調節NMDA受體基因的功能[14]。

目前，已有研究就不同人群NMDAR不同亞型受體基因多態性與精神分裂癥、阿爾茨海默病、酒精中毒癥、雙相性精神障礙等神經系統疾病的關聯進行了探討，部分研究發現了NMDA受體基因與上述疾病存在關聯性[15]。

2.1SNP與阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)的關聯性Jiang和Jia[14]在中國北方漢族群體中檢測了362名AD患者NR2B基因位于啟動子區4個SNP，分別為-200T/G(rs1019385)，-421C/A(rs3764028)，-1447T/C(ENS105578和-1497G/A(rs12368476)，發現-421CC基因型比CA和AA基因型患AD的概率高，對比-421A、NR2B啟動子區-421C等位基因轉錄活性降低34.69～39.79%。研究顯示-421C等位基因型能夠引起NR2B轉錄活性降低、NR2B蛋白表達下降，提示-421(rs3764028)與AD相關聯。

Zhao等[16]研究了2455名AD患者NR1和NR2A受體中的5個SNP，通過分析單個變異體和多重基因座單倍型發現位于5′非翻譯區rs11146020與AD相關聯，未發現NR2A SNP與AD 相關聯。

Seripa等[17]研究了222例高加索AD患者NR2B 3個SNP:rs1019385(200T/G，在5′末端G置換T)， rs1806201(2664 G / A，在外顯子13 A轉換G)， rs890(5072 T/G，在3′末端G置換T)，未發現與AD相關聯。

Liou等[18]研究了275例長期接受抗精神病藥物治療的AD患者(其中患遲發性運動障礙TD患者142例，未患遲發性運動障礙TD患者133例)NR2B 3個SNP-200G/T， 366G /C和2664T/C，并未發現患者的基因型和等位基因頻率和TD密切相關。

2.2SNP與精神分裂癥(schizophrenia，SP)的關聯Ohtsuki等[19]在日本人群中研究發現NR2B 的最后一個外顯子3′端和366C/G位點存在多態性并與SP存在關聯，推測NR2B 或其連鎖不平衡位點可能成為致病基因。

Qin 等[20]在中國人群的研究中檢測了NR1和NR2B基因中5個SNP，發現G1001C與T4197C、T5988C在多態性方面重要的遺傳學相互作用，并且發現了上述位點單倍型與SP存在陽性關聯。

Begni等[11]在意大利人群中研究證實，NR1基因位點上1001G/C 多態性與SP關聯，C等位基因可能改變轉錄因子NF-кB的共同序列。病例組C等位基因及其純合子與雜合子基因型頻率明顯高于對照組，因此NR1可能是SP敏感的候選基因之一。

Zhao 等[16]在中國漢族群體中檢測了5個橫跨NR1的SNP，發現位于5′端非翻譯區rs11146020 (1001G/C) 的C等位基因在患者組中高頻表達，提示rs11146020是SP候選SNP位點。

2.3SNP與其他神經系統疾病的關聯Kim等[13]檢測了206名酒精中毒的韓國患者NR2B3個SNP:(rs1806201， rs1805247， and rs1805502)，其中rs1806201基因型頻率和單倍體分析顯示患病組和對照組差異明顯，為酒精中毒癥的候選SNP位點。

Szczepankiewicz 等[21]研究了419例雙相性精神障礙(BDNF)患者NR2B3個SNP:-200G/T， 366C/G and rs890G/T，未發現與BDNF相關聯。

表1　NMDA受體基因部分SNP位點遺傳多態性數據

Dorval等[22]通過對NR2B 205個核心家族中9個SNP進行檢測，發現rs2284411和ADHD密切相關。

以上文獻提示，NMDA受體基因多態性與神經系統疾病密切相關，以下SNP位點可以考慮作為候選位點(表1)。

綜上所述，SNP做為DNA序列變異的主要形式，是決定人類復雜疾病易感性和藥物反應性個體差異的核心信息。目前，復雜性多基因疾病，是由遺傳和環境等眾多因素共同作用所致，其中多因素共同作用影響了疾病的表現型，從而隱藏了多態性的作用。另外，同一基因多態性在不同種族或不同數量人群中，得出的結論可能不同甚至完全相反，遺傳異質性的問題值得我們關注。

隨著基因組流行病學的發展，NMDA受體基因在中樞神經系統疾病發生發展中的作用日益受到人們的重視。NMDA受體基因多態性除與上述疾病有關外，還可能與其他環境刺激因素引起的復雜疾病有關。因此，研究NMDA受體基因多態性與復雜疾病的關系可從基因水平的角度來闡述疾病的發病機制，為疾病的預防和治療提供新的途徑。

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(2015-12-08收稿2016-03-15修回)

(責任編輯梁秋野)

基金項目：全軍后勤科研“十二五”重大資助項目(AKJ11J003)；全軍后勤科研“十二五”重大資助項目(AKJ11J002)

作者簡介：田大為，博士研究生，助理研究員。 通訊作者：賈宏博， E-mail：jiahongbo@163.com

【中國圖書分類號】R34