帕金森病相关基因研究进展

李瑞 李斯琴

【关键词】帕金森病；SNCA基因；LRRK2基因；散发型基因

【中图分类号】R365 【文献标志码】B 【文章编号】1005-0019（2018）10-293-01

帕金森病（Parkinson′s disease，PD）是发病率仅次于阿尔茨海默病的中枢神经退行性疾病。研究表明遗传易感性和环境因子都可以导致PD的发生，但是引起PD的主要原因现在仍无法确定。PD以散发性（idiopathic Parkinson′s disease，iPD）为主，约 10%～15%呈现家族性（familial Parkinson′s disease，fPD）。目前发现的PD致病基因，大部分是在fPD家系中被筛查出来的[1， 3-7]。随着基因检测技术的进步，iPD患者的相关基因研究亦广泛展开。目前已发现超过20个易感基因突变位点。综合历年来研究成果，导致帕金森病的生物通路一般认为有突触的神经信号传递异常、细胞内的物质运输障碍、溶酶体的自噬作用、线粒体异常等，有几十种基因与帕金森发病相关[8， 9]。不同的PD致病基因通过不同的途径、方式，作用于不同地区的不同人群，致使PD患者间的临床表型存在异质性。本文参阅以往关于帕金森病基因检测方面的诸多文献，对目前研究比较深入的基因突变类型加以综述，从分子水平对PD进行描述。

1 家族型PD相关致病基因

1.1 SNCA基因（PARK1/4） SNCA基因（α-突触核蛋白基因，α-synuclein），又被称作PARK1/4。是在1997年发现的第一个和fPD相关的致病基因片段，定位在染色体4q21-q23上。其致病基因改变主要表现为错义突变、多倍体重复突变。A53T（第53位丙氨酸突变为苏氨酸）是被鉴定出的第一个错义突变类型。随后研究者又发现了另外两个突变A30P（第30位丙氨酸突变为脯氨酸）和E64K（第46位谷氨酸突变为赖氨酸）。后续研究中，在PD家系的这个基因座上又发现有双倍或者三倍的重复序列，存在三倍重复序列的家族发病更早[10-16]。

α-synuclein基因编码一个140氨基酸组成的蛋白，属于突触核蛋白家族。α-synuclein蛋白在哺乳动物脑组织中广泛表达并且在突触前富集[17， 18]。α-synuclein蛋白主要作用：（1）调控突触囊泡的再生和多巴胺传递；（2）通过保护脂质免受水解而调控脂代谢，并且调控突触前囊泡库大小；（3）抑制磷脂酶D2活性，从而在信号传导、细胞骨架动态调整等方面发挥功能；（4）抑制酪氨酸羟化酶活性，从而影响酪氨酸向左旋多巴的转变。α-synuclein蛋白，是Lewy小体和神经突触的重要组成部分，这个蛋白有功能获得性毒性。有研究表明α-synuclein蛋白的过度聚集可以导致多巴胺神经元细胞凋亡，而突变的α-synuclein蛋白有聚集的趋势并形成聚合物，是Lewy小体内重要的组成部分。聚集的α-synuclein蛋白可引起神经元线粒体功能障碍而导致神经元受损，还可引起泛素-蛋白酶体功能障碍从而导致相关底物的降解受阻，这可能也是Lewy小体形成的原因[19， 20]。

基于以上研究成果推断，α-synuclein基因被认为在PD发病过程中发挥核心作用，主要依据表现在：（1）α-synuclein突变体A53T、A30P、E46K可以在不同PD家系中被鉴定出来[21-23]；（2）α-synuclein基因序列重復和PD发病密切相关；（3）纤维状α-synuclein蛋白是PD患者Lewy小体的主要成分。α-synuclein突变通过获得性功能（gain-of-function）毒性导致PD的发生、发展，这与其显性遗传性状表现一致。一般认为α-synuclein基因过表达或突变引起α-synuclein蛋白聚集，会产生细胞毒性而引起多巴胺神经元坏死，继而导致PD。

α-synuclein基因突变所致fPD患者的主要临床特点为：①染色体显性遗传，每代连续发病；②发病年龄（age at onset，AAO）早，平均46岁；③病情进展快，平均病程<9年；④具有运动迟缓、静止性震颤、强直等典型PD临床表现，常伴有如共济失调、精神症状、锥体系损害等非典型PD症状；⑤具有较高的痴呆发生率；⑥病理检查，除典型的帕金森样改变如Lewy小体形成外，还有非特异的皮质海绵样改变。但是，基因变异的位置、方式不同可使fPD患者间的临床表现存在差异[24]。

1.2 LRRK2基因（PARK8） LRRK2基因，即PARK8。是第二个被发现与PD相关的基因，定位于染色体12q12。目前已经在PD患者中发现有100多种LRRK2突变类型，但是这其中仅仅只有7个突变被证明与PD疾病发生相关。最常见的LRRK2突变是Gly2019Ser。Arg1441Cys、Gly2019Ser也是LRRK2常见的突变形式[25， 26]。

LRRK2蛋白由2527个氨基酸组成，是一种具有激酶活性和GTPase活性双重作用的dardarin蛋白质，通过转移磷酸基团到其他蛋白的方式激活这些蛋白的活性。目前对这个蛋白的功能还不能完全明了。现有研究表明它在保持神经突的正常形态、参与调控突触囊泡内吞过程、促进细胞有丝分裂、调节细胞周期和分化、调控自噬/溶酶体通路等方面有重要作用。

LRRK2基因突变通过以下几个方面发挥其致病作用：（1）维持神经突触正常形态功能失调。PD相关LRRK2突变会导致神经突长度和分支进行性缩短，而LRRK2缺失表现为神经突长度和分支增长；（2）降低突触囊泡内吞过程。LRRK2和调控内吞过程的蛋白Rab5b相互作用，LRRK2突变会削弱突触内吞过程，使突触囊泡内吞延缓；（3）有丝分裂原激酶活性减低。体外研究显示LRRK2具有磷酸化有丝分裂原激酶3、4、6、7的作用，LRRK2基因突变会影响有丝分裂原激酶的活性，进而影响细胞的正常分裂过程；（4）调节细胞周期和分化功能受损。体外研究表明，干扰人神经母细胞LRRK2基因可以降低其向多巴胺神经的正常分化，并且上调与细胞周期有关的多种标志基因；（5）微管的稳定性降低。在微管相关蛋白存在的情况下，LRRK2可以磷酸化小鼠脑？微管从而提高其稳定性，LRRK2基因突变会降低此作用，导致微管稳定性变差；（6）调控自噬功能失调。现有研究显示LRRK2基因表达被干扰时，会增强细胞的自噬活性，同时会阻止由于自噬被抑制而导致的细胞凋亡；（7）磷酸化α-synuclein功能增强。PD相关LRRK2基因Gly2019Ser突变型比野生型具有更强的磷酸化能力，由此推测LRRK2基因Gly2019Ser突变通过过度磷酸化α-synuclein而导致PD[27-33]。

LRRK2基因作为一种近发现的迟发型常染色体显性遗传PD的致病基因，fPD患者的临床表现只要为：①晚发型（其最重要的特征，AAO>40岁）；②病程较长；③具有典型PD临床症状，如不对称性静止性震颤、肌强直、躯体麻痹、动作迟缓等；④对左旋多巴治疗反应良好；⑤不能与特发性PD相鉴别。不同的突变类型间临床表型也可能存在一定差别[34]。

2 散发型PD相关致病基因

近些年来，采用全基因组关联分析（GWAS）方法寻找基因座，通过众多的病例对照组寻找出大量的基因多态位点，逐步更新了对散发性PD的基因特性的了解。通过GWAS研究及对之前有关文献的meta分析，得出四个与PD发病有关的可能性最大的基因，分别是SNCA、MAPT、GBA和LRRK2。

SNCA基因多态性最初在基因连锁分析中发现与PD有相关性，后续大样本GWAS研究中进一步加以印证。SNCA的致病性表现为α-突触核蛋白的高表达，而且与基因剂量相关。

LRRK2突变通常被认为与亚洲人群散发性PD有关。其基因位点G2385R，在亚洲PD患者中被报道存在多态性。

MAPT基因编码微管相关性蛋白tau，可以与微管相连并参与组成细胞骨架，对维持细胞形态、稳定性有重要作用。MAPT发生突变可引起额颞叶痴呆表现为PD症状。GBA基因编码的产物为葡萄糖脑苷脂酶，其突变可引起葡萄糖脑苷脂聚集在溶酶体中，造成Gaucher病（GD），它是一种常染色体隐性遗传的溶酶体贮存积症。现在的研究表明GBA突变与散发性PD相关，部分GD患者后来发展为帕金森病[35]。除了上述这四个基因，目前通过大量GWAS研究和meta分析，找出的还有很多与PD发病可能有关的风险基因，为我们今后的科研工作开辟了广阔渠道，但同时也使PD的基因研究更加繁杂。

3 结语与展望

PD作为一种历史悠久的疾病，最初的诊断方法仅仅是依靠症状描述及复杂的评分量表，随着研究的深入，逐步结合了病理学检查、细胞分子学检查等客观指标，对疾病的诊断、分类愈加清晰。特别是近代基因检测技术的发展，使得人们对其的认识深入到分子水平，发现了许多和PD相关的基因突变。人体基因检测、体外细胞研究以及动物实验等方法的介入，不但展现了这些基因的正常功能，更有效显示了突变后的基因与PD发病间的关系。为彻底阐明PD发病机制、早期诊断PD开创了全新途径，最终实现通过基因治疗预防、根治PD的目标。介于当前基因检测仍处于探索初期，对于PD的研究来说这可能仅仅是处于起点阶段，可能还有更多的PD相关治病基因未被发现，这些基因组成的相关网络通路也有待进一步探明。但是随着科学技术的进步，相信我们一定可以从微观角度彻底认识PD，并创立全新治疗技术，有效治疗PD，提高患者的生活质量。

参考文献

[1] 王敏.基于静息态功能磁共振对不同运动亚型帕金森病患者脑功能改变的研究[D].南京医科大学，2017.

[2] 文洁，许顺良，孙琳等.帕金森病易感基因研究进展[J].临床神经病学杂志，2017，30（1）：68-71.

[3] 肖振勇.人胎盘底蜕膜间充质干细胞抗炎特性对帕金森病模型大鼠的神经保护作用[J].南方医科大学，2013，12（5）.

[4] 郭睿.一中国帕金森病大家系的临床特征及致病基因研究 [D].吉林大学，2013.

[5] 羅琴.新疆维汉两民族散发性帕金森病患者外周血SNCA基因多态性和甲基化研究 [D].新疆医科大学，2014.

[6] 王赟.葡萄糖脑苷脂酶基因多态性与原发性帕金森病的相关性研究 [D].新疆医科大学，2014.

[7] 周仕达.IL-6对BV2小胶质细胞系铁代谢相关蛋白的影响及其调控机制研究 [D].青岛大学，2014.

[8] 马雪飞，于烨.离子通道型嘌呤受体P2X4在中枢神经系统中的作用及其作为神经系统疾病干预靶标的前景[J].中国药理学与毒理学杂志，2017，31（11）：1091-1098.

[9] 张秀丽.梓醇对D-半乳糖衰老小鼠的神经保护作用研究 [D].大连理工大学，2008.

[10] Cao YL，Yang YP，Mao CJ，et al.A role of BAG3 in regulating SNCA/α-synuclein clearance via selective macroautophagy[J].Neurobiology of Aging， 2017，60：104-115.

[11] Martinez B，Peplow PV.MicroRNAs as diagnostic markers and therapeutic targets for traumatic brain injury[J].Neural Regeneration Research，2017，12（11）：1749-1761.

[12] Martinez B，Peplow PV.MicroRNAs in Parkinson′s disease and emerging therapeutic targets[J].Neural Regeneration Research，2017，12（12）：1945-1959.

[13] Rahimi M，Akbari M，Jamshidi J，et al.Genetic analysis of SNCA gene polymorphisms in Parkinson′s disease in an Iranian population[J].Basal Ganglia，2017，10：4-7.

[14] Sheng YL，Chen X，Hou XO，et al.Urate promotes SNCA/α-synuclein clearance via regulating mTOR-dependent macroautophagy[J].Experimental Neurology，2017，297：138-147.

[15] Tarale P，Daiwile AP，Sivanesan S，et al.Manganese exposure：Linking down-regulation of miRNA-7 and miRNA-433 with α-synuclein overexpression and risk of idiopathic Parkinson′s disease[J].Toxicology in Vitro，2017，46.