原發性進行性失語的基因機制研究進展

封世文，李倩南，楊龍，邵可青

1.南通大學，江蘇南通市 226019；2.江蘇師范大學語言能力協同創新中心，江蘇徐州市 221009；3.江蘇省語言與認知神經科學重點實驗室，江蘇徐州市 221009

隨著研究水平的發展，語言障礙的基因遺傳背景研究已成為近十多年來學者共同關心的話題。對相關基因的研究，既有利于了解某些疾病并發語言障礙的發病機理和神經機制，從而加深對人類語言能力的了解，又有利于開展語言康復。

對原發性進行性失語(primary progressive aphasia,PPA)的臨床表現和分類等問題的研究已取得一定進展，但其發病機理仍不明晰。隨著遺傳基因學研究的發展，一些與PPA 密切相關的神經退行性疾病，如肌萎縮性側索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)和額顳葉癡呆(Frontotemporal dementia,FTD)研究的進展，以及發現與語言障礙相關的“語言基因”等，促進了PPA 研究的深入。對PPA 與基因的相關性研究不僅可以應用于語言障礙的預防和康復，揭示人類大腦的語言能力，還可以為PPA的臨床診療服務。

1 PPA

Mesulam[1]于1982 年首次報道6 例以語言功能障礙為首發癥狀的PPA 患者，其中1 例在描述病情時有明顯的語法障礙，類似Broca失語；進一步測查發現，該患者并非是簡單的Broca失語，不存在明顯構音障礙、偏癱等癥狀，且左Broca 區甚至其他腦區未見明顯腦血管損傷；與一般類型的失語癥不同，患者的記憶保持正常；活檢排除阿爾茨海默病的可能。Mesulam[1]將這種病癥命名為PPA，其中“原發性”依據患者在發病初期能否保留對近期事件、熟悉的面孔、事物或動作等的回憶來判斷，“進行性”指逐年變化。

家族病理臨床研究雖然表明PPA 有家族遺傳性，但只占小部分，大部分PPA 患者找不出家族遺傳性背景[2]。PPA 患者的語言障礙主要表現為突出的命名障礙、輕度語法缺失和口語流利性損傷[3]，同時還缺少對行為和物體識別的應變能力[1]，其日常生活能力，記憶、推理和判斷等多數認知能力仍正常保留。雖然部分研究也發現該類患者認知功能存在一定障礙，但語言障礙始終是主要的，而且發生在其他認知功能缺失之前[4]。

依據語言障礙的不同表現，PPA 可分為3 類：非流利型、語義性和語音性。非流利型PPA 偶伴構音障礙，主要表現為語法缺失嚴重，單詞理解能力相對保留[5-6]；語義性PPA又稱語義癡呆性PPA，主要表現為單詞理解能力差，尤其是對詞匯和事物命名的能力，語法流利性相對保留[7]；語音性PPA 的特征是由于詞頻而導致的流利性中斷，語音工作記憶損傷嚴重，句法和單詞理解能力相對完整[5,8]。

近年來，有大量研究聚焦于PPA 的語言障礙，如研究患者的語言網路[9]、語義變異[10-12]、言語產出障礙[13-14]等，涉及多種技術，如采用MRI研究命名障礙[15]，采用經顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)研究患者語言康復過程中腦皮層體積的變化[14,16-17]等。研究發現，PPA的腦結構改變突出表現為單側或雙側不對稱性腦萎縮，主要集中于左側額葉和顳葉[18]；其中非流利性和語音性PPA 患者常出現外側裂周圍區萎縮，而語義性PPA 患者則經常于顳前、上皮質出現萎縮[19-20]。國內對PPA 的病例追蹤報道較多[21-22]，在影像學觀察、臨床語言障礙特征描述、臨床量表研制以及國外相關研究介紹方面取得不少進展[23-28]。

PPA 是臨床常見的退行性神經系統性言語障礙疾病，發病年齡一般在65 歲之前，以45～65 歲最為集中，發病率(1～3)/1萬[29]。突出的臨床表現是行為改變和認知能力受損，語言功能進行性衰退[1]。由于PPA 與ALS 和FTD 等多種與基因變異有關的神經疾病關系密切，近年來受到較高關注。

2 語言障礙的基因基礎

基因與語言腦機制的關系一直是學者討論的核心問題。早期關于語言基因突變的討論是叉頭框P2 (forkhead box p2,FOXP2)基因，源于對KE 家族的研究。FOXP2位于人第7 對染色體(7Q31)。

Hurst 等[30]發現，KE 家族三代人中，15 人受語言障礙困擾。Fisher等[31]進一步將KE 家族的語言障礙基因定位于第7 對染色體，這個位置被稱為言語-語言障礙1(speech-language disorder-1,SPCH1)。之后，Lai 等[32]發現小男孩CS 的語言障礙和KE家族相似，但與KE家族沒有任何關系；基因分析發現，他的第7 對染色體損傷，損傷位于含有蛋白質編碼基因的中段，這個轉錄因子叉頭框基因群的新成員被稱為FOXP2。Vargha-Khadem 等[33]發現，發展性言語障礙(developmental verbal dyspraxia,DVD)也與FOXP2相關。故FOXP2被稱為“語言基因”。隨著研究深入，語言基因的說法受到越來越多質疑：完整的基因組資料顯示，其他動物，甚至鳥類、魚類等較為低級的動物中，也存在類似的基因序列。Enard 等[34]推測，非洲黑猩猩和人類的FOXP2基因包含的兩種氨基酸不同，導致人類語言的進化。Konopka等[35]進一步證實，人類和大猩猩的FOXP2基因在兩個氨基酸上的不同，影響人類神經系統發育，這些基因導致的蛋白質變異讓人類能夠產生適合進化出語言的大腦結構。Enard 等[36]將人類FOXP2突變基因植入小鼠，發現小鼠的行為改變，同時多巴胺水平以及某些神經結構如基底神經節等也發生改變。這些研究表明FOXP2在基底神經節的表達或許對人類語言的進化極其重要。

對FOXP2的研究被拓展到對基因性語言障礙的領域，PPA就是近來被關注較多的一種基因性語言障礙。研究發現[37]，FOXP2的變異也與PPA患者的顳葉和額葉等語言加工區的異常相關。

3 PPA的基因機制

3.1 基因突變

研究發現[38-39]，約20%～30%患者存在常染色體顯性遺傳，其中大多數患者的基因變異與微管相關蛋白-tau (microtubuleassociated protein tau,MAPT)、顆粒蛋白前體(progranulin,PGRN)、TAR DNA 結合蛋白43 (TAR DNA-binding protein 43,TARDBP/TDP43)、含纈酪肽蛋白(valosin containing protein,VCP)、動力蛋白激活蛋白1(dynactin subunit 1,DCTN-l)、肉瘤融合蛋白(fused in sarcoma,FUS)和帶電荷的多囊泡體蛋白2B(charged multivesicular body protein 2B,CHMP2B)等相關。

Snowden 等[40]發現，約20%家族性疾病致病原因與MAPT基因突變有關，其中又包含許多與PGRN基因相關的病例，這個致病基因位于MAPT上部17q21 肌紅蛋白處。Baker 等[41]發現，F337的曼徹斯特家族存在Q486X基因序列突變，F53家族存在Q130SfsX124 基因序列突變；他們還發現C31LfsX34 和T382SfsX29兩個序列的框架轉移以及位于8號外顯子的一個基因突變。Cruts 等[42]研究了一個龐大的比利時家族(DR8)中普遍存在的基因突變，發現在基因內含子0的+5位置相關的第一個非編碼外顯子0中，存在G-C顛換(IVS0+5G＞C)。隨后的研究中又發現其他4 個基因突變，其中一個沒有意義(Q125X)，兩個存在框架轉移(P127RfsX1 和A237WfsX3)，另一個外顯子中的G-A 顛換破壞了甲基轉移酶1(methyltransferase 1,Met1)的轉錄起始密碼子。因此顆粒蛋白(granulin,GRN)突變造成的基因序列譯碼終止等可能是FTD發病的原因。Van Swieten等[43]綜述此類失語中GRN突變的臨床和病理學改變，以區別此類遺傳失語的不同類型。此外，GRN突變會導致TARDBP 積累的異常，但原因不明。

GRN突變引起的PPA 臨床表征受到關注。Caso 等[44]研究1例攜有GRN突變患者，發現主要癥狀為在日常交談中出現詞語提取困難，說話不流利，無法有效理解復雜或長句子等。依據現行標準，該患者臨床診斷為非流利性PPA。隨著研究深入，GRN突變近來還被用于臨床篩選PPA患者[45]。

Cruchaga 等[46]對發展性非流利失語的研究發現，進行性非流利性失語(progressive nonfluent aphasia,PNFA)患者GRN基因突變導致蛋白質結構變異；進一步對比6例PNFA患者、4例基因突變攜帶者和9例對照的腦成像，基于體素的形態分析(voxel-based morphometry,VBM)發現，基因突變攜帶者大腦語言區明顯萎縮，主要為大腦額葉，尤其是左額葉灰質減少；功能磁共振成像研究中，被試執行將語音轉換成詞的任務，發現基因突變攜帶者注意力分散，工作記憶有所損失。研究結果表明，Cys521Tyr 突變所關聯的早期大腦損傷不限于語言區，與語言加工相關的認知功能也存在損傷。

3.2 C9基因序列重復擴增

C9基因與PPA 以及相關神經退行性疾病間似乎存在緊密關聯[47-49]，其中最重要是C9基因序列重復擴增效應。C9基因突變與PPA 發病機制的相關性不僅得到基礎研究證明，也獲得臨床數據支持。

ALS 和FTD 作為最常見的神經退行性疾病與C9基因相關[49]。已報道的幾個患有常染色體顯性FTD和ALS的家庭，遺傳學上都與染色體9p21 區相關。這引發對于基因突變與PPA癥狀之間關系的探討。

Orr[50]的綜述提到，通過對相關患者的長期跟蹤調查，染色體9p21 區的突變，即C9基因序列中六核苷酸的重復擴增，可能是造成PPA 相關失語癥的主要原因。DeJesus-Hernandez等[48]對一個較大的FTD、ALS 家族(與染色體9p 有關)進行的長期調查發現，臨床存在不同程度語言障礙的患者，C9基因均存在一個非解碼的GGGGCC 六核苷酸重復擴增現象，即6 個DNA 堿基在不包含蛋白質生成指令的基因部分不斷重復。正常情況下，六核苷酸可重復多達20 次，但一些患者卻有數十甚至數百次重復。C9基因突變導致4%的散發性病癥，某些群體中具有高遺傳性的病癥也由C9基因突變引起。

Renton等[49]發現，C9基因第一內含子中存在六核苷酸重復擴增；在芬蘭患者中，46%家族性ALS和21.1%散發性ALS患者由于六核苷酸重復擴增變異導致；這些家族性ALS患者的歐洲遠系親屬中，1/3 也出現C9基因突變。證明FTD、ALS 等PPA相關病癥可能與C9基因突變有關。

但Majounie 等[47]對從全球17 個地區篩選出的4448 例ALS患者和1425 例FTD 患者，檢測六核苷酸重復擴增，并收集患者相關神經退行性疾病的家族史材料等，發現C9基因六核苷酸重復擴增現象的比例并不大，大部分是歐美種族，只有1 例亞洲家族性ALS 患者(共20 例)和2 例家族性FTD 患者(共3 例)存在C9基因突變。C9orf72 六核苷酸重復擴增與PPA 的關系需要進一步研究。

Haeusler 等[51]發現，C9基因六核苷酸重復擴增結構的基因多態性是導致ALS 和FTD 的原因。該研究對ALS 和FTD 患者C9基因六核苷酸重復擴增的G-四鏈特性與ALS、FTD 病理缺陷的關系進行驗證，發現這些患者都會出現不同程度的言語障礙和其他行為障礙。表明在DNA 和RNA 水平上，顯著的C9基因六核苷酸重復擴增結構多態性會引發導致ALS 和FTD 的分子級聯，從而引發相關神經退行性病。Zhou 等[52]發現，C9基因中核苷酸多態性導致的轉錄失敗，是造成C9突變誘發ALS 和FTD 的潛在原因。這些研究證實C9 基因突變確實會導致ALS 和FTD 等PPA 相關疾病，表明C9基因突變是導致PPA相關疾病的關鍵因素。

3.3 C9基因序列重復擴增機制

C9基因突變導致PPA 等神經退行性疾病發生的具體機制目前仍然未知[53]。Xu 等[54]對果蠅和哺乳動物的實驗研究證實，RNA 代謝中的六核苷酸重復擴增是引發退行性神經疾病的主要原因，其中嘌呤豐富元件結合蛋白(recombinant purine rich element binding protein,Pur-α)作為核苷酸重復的RNA 結合蛋白，與核苷酸重復，并以特定的順序互相作用。另外，復雙肽(dipeptide repeats,DPRs)蛋白也可能是病因之一。Mori 等[53]認為，從臨床癥狀來看，C9基因突變導致的FTD 與其他類型FTD 患者只有非常細微的差別。除了TDP43 病理學改變外，C9基因突變相關FTD 患者出現大量TDP43 陰性、泛素結合蛋白p62 (ubiquitin-binding protein p62,P62)陽性的點狀和星形包涵體，主要位于小腦、海馬和額顳葉皮層，可能由易于聚集的DPRs 蛋白組成，后者由非編碼的六核苷酸重復序列雙向翻譯形成，即RAN 翻譯。通過使用特異性針對正義和反義DPRs的抗體，研究證實在缺乏自噬相關蛋白(autophagy-related protein,ATG)起始密碼子時，六核苷酸擴增確實反向翻譯形成5 種DPRs 蛋白。通過對DPRs 和TDP43 病理神經解剖學分布進行深入分析，發現DPRs包涵體病理學表現是C9基因重復擴增的直接結果；由RAN 翻譯所致的DPRs 聚集是C9基因相關PPA的主要病理學特征。Bonham 等[55]發現，PPA 患者與語義知識喪失有關的基因表達，不但與TDP43相關基因間相互作用發生的常規變異相關，還與細胞死亡等整個神經系統變異相關。

六核苷酸重復序列與PPA 相關疾病的發病機制，主要表現為：①重復序列擴增可能干擾C9基因表達；②GGGGCC 序列可能會在某些RNA 位點聚集，阻斷RNA 結合蛋白，破壞RNA功能；③在RNA 六個閱讀框中的重復序列會被翻譯進入蛋白，且不依賴于起始密碼子ATG。這三者之間相互并不排斥，都有利于對PPA發病機制的探究。

3.4 其他基因變異

除了C9基因中非編碼的六核苷酸重復擴增外，還存在與PPA 發病基因突變相關的另外兩種解釋——MAPT和PGRN。Whitwell 等[56]對56 例行為變異型FTD 患者(C9突變19 例，MAPT突變25例，PGRN突變12例)和20例散發性FTD患者(包括50%的ALS)行MRI掃描，這些患者語言產出均存在缺陷，表現為不同程度語法缺失等。研究發現，C9、MAPT和PGRN突變所引發的大腦萎縮區域不同，與對稱萎縮有關的C9基因主要涉及背外側、內側和眶額葉，以及顳葉、頂葉、枕葉和小腦；MAPT突變主要涉及前內側顳葉萎縮；PGRN突變主要涉及顳頂葉。Zhang 等[57]提出，核質運輸可以作為神經退行性疾病的一個有效抑制器，提高蛋白質的核輸入或抑制核輸出都可以抑制該類疾病，核質運輸能力損傷將導致該類疾病發生。

4 小結

上述研究為PPA 的臨床診治以及相關藥物的開發提供了路徑。對額顳葉變性詳細的神經病理學研究已經引發對該類患者蛋白病理的研究。除明確C9基因序列中六核苷酸重復序列增加與PPA 存在直接關聯外，已有研究發現這種重復序列已經形成新的蛋白質結構，而這種蛋白質結構成為近期研究的熱點，甚至推測對新蛋白質結構的探究可以為藥物治療PPA 及相關疾病提供很好的靶標[51,53]。

綜上所述，分子遺傳學研究確定了與PPA 相關的5 個致病基因，其中MAPT、GRN和功能未知的C9基因最常發生突變，在VCP和CHMP2B中也確認了罕見的突變。由于PPA 較為復雜，結合臨床特征、神經影像、生物和基因生物指標建立詳細的診斷至關重要。

PPA 等神經退行性疾病剝奪了患者說話的權利。隨著基因技術的飛速發展和臨床研究的不斷深入，PPA 等與基因變異密切相關失語癥的發病機制正被逐漸揭開。尋找與語言障礙緊密相關的基因及其作用方式，可以用于評估個體發展中存在的語言發展性障礙，對符合PPA 臨床和基因表現的個體做出早期干預，從臨床康復、基因治療等方面改善甚至恢復語言功能。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。