帕金森病因及PARK 基因的研究进展

吕梦圆，刘爽

（1. 潍坊医学院临床医学院，山东 潍坊 261053；2. 济南市中心医院，山东 济南 250000)

0 引言

帕金森病(PD)是第二常见的神经系统退行性疾病,1817年由James Parkinson 首先提出[1]。病理改变主要是黑质多巴胺能神经元的变性坏死以及嗜酸性包涵体-Lewy 小体的形成。主要表现为静止性震颤、行动迟缓、肌强直和姿势平衡障碍，以及睡眠障碍、自主神经功能紊乱、精神障碍等非运动症状。200 多年来关于PD 的研究层出不穷，其病因和发病机制复杂多样，发病可能与年龄老化、环境因素以及遗传、线粒体功能缺陷、氧化应激、蛋白质构象改变等有关。目前PD 的治疗主要为多巴胺的替代疗法，对改善帕金森症状有一定的作用，但并不能终止疾病的进展，远期疗效不理想，且后期常有运动并发症尤其是异动症。据估测全球PD 患者将于2040年前增加1 倍，总体患病人数将超过1400 万例[2]，而我国PD 患者几乎占到全球帕金森病人数的1/2，这表明PD 将会给社会带来巨大的经济压力。随着分子生物学的发展，遗传因素对于攻克帕金森病的重要性不言而喻。接下来我将针对PARK 基因家族进行一个综述。

1 帕金森的病因

1.1 年龄老化

帕金森病多见于中老年人，少见于40 岁以前发病者，其患病率约占总人口的0.3%，并且随着年龄的增长，患病率也明显上升，在50 岁到80 岁之间患病率可升高10 倍[3]。流行病学调查显示欧美国家60 岁以上的患病率达到1%，大于80 岁可达4%[4]。对北京、上海、西安的居民的一个PD 横断面流行病学研究，估测我国65 岁及以上人群的患病率为女性1.6%，男性1.7%，与欧美国家差异不大[5]。帕金森病与年龄老化有关， 估计多巴胺水平每10年下降10%-13%[6]，研究发现30 岁以后DA 能神经元和多巴胺递质逐年减少，酪氨酸羟化酶（TH）和多巴脱羧酶（DDC）活力也越来越低，多巴胺受体的密度也逐渐降低[7]。但正常人并不会出现帕金森症状，只有当DA 能神经元减少达50%，多巴胺递质减少达80%才会出现这些症状，说明年龄老化并不是PD 的直接致病因素。

1.2 环境或生活习惯因素

20 世纪80年代初发现神经毒素1-甲基-4-苯基-1，2，3，6- 四氢吡啶(MPTP) 可诱发帕金森症状，可以透过血脑屏障进入神经胶质细胞，被分离到突触囊泡里或者在线粒体内堆积，抑制线粒体复合物Ⅰ功能并耗尽储存的神经元ATP，引起多巴胺能神经元的死亡，出现帕金森样病理改变。帕金森的发病与农村生活、农业、井水消耗以及除草剂、杀虫剂的使用等危险因素也有关。

1.3 遗传

20 世纪90年代后期人们在意大利、希腊和德国的个别家族性PD 患者中发现a 突触核蛋白基因的突变，编码的蛋白构成Lewy小体的主要成分[8]，呈常染色体显性遗传。目前，全基因组关联研究（GWAS）已经明确了90个相关的独立风险变异[9]，已发现20 多种帕金森病相关基因。

2 发病机制

2.1 氧化应激

氧化应激是由体内氧化与抗氧化失衡所导致的，处于氧化应激状态神经细胞产生过多的活性氧自由基（ROS）,ROS 可以使细胞膜发生脂质过氧化，对DNA 及蛋白质产生氧化损伤，最终导致多DA 能神经元的死亡，是DA 神经元退行性病变的重要驱动因素。而幸存的多巴胺能神经元，代偿合成更多的多巴胺，并进一步提高其代谢和更新的速率，产生更多的氧自由基，形成恶性循环。

2.2 线粒体功能障碍

线粒体是细胞进行氧化和能量转换的关键场所，生成ROS，并参与氧化应激，调控细胞凋亡程序。一般来说，线粒体内的超氧化物歧化酶以及谷胱甘肽可以清除氧自由基，避免对神经元细胞的损伤，减少神经元变性坏死。脑神经元细胞耗氧量大且对低氧的耐受性低，线粒体呼吸链复合体I 功能缺陷、突变的线粒体DNA 异常聚积等是诱发PD患者体内大量活性氧产生的主要原因之一。研究发现，DJ-1、Parkin、PINK1、α-Syn 基因等与衰老有关的致病突变与线粒体功能障碍密切相关[10]。

2.3 炎症/免疫反应

中枢神经系统的神经炎症主要由小胶质细胞介导，小胶质细胞属于中枢神经系统免疫细胞，相当于外周巨噬细胞的免疫炎症反应。McGeer 等[11]在已故PD 患者的大脑黑质中发现激活的小胶质细胞和浸润的淋巴细胞更加支持这一说法。随后的研究也证实，神经炎症与PD 发病有关，PD 患者的血液、脑脊液中促炎及抗炎细胞因子的水平均较正常增高[12]。

2.4 兴奋性毒性

目前认为帕金森发病与纹状体内多巴胺和乙酰胆碱的平衡失调有关，兴奋性递质谷氨酸（Glu）和抑制性递质γ-氨基丁酸GABA 关系失衡导致黑质致密部神经兴奋性毒性升高，多巴胺能神经元变性坏死。

2.5 钙稳态失衡

细胞内钙稳态在生物体内十分重要，在神经元细胞中同样发挥重要作用。神经元对钙离子水平变化极其敏感，黑质致密部的多巴胺能神经元的Ca2+通过细胞膜上的钙离子通道和相关转运蛋白进入细胞内，在线粒体内快速堆积导致钙超载，破坏细胞的稳态，造成线粒体损伤。

2.6 蛋白质错误折叠和聚集

目前发现，帕金森相关致病基因突变导致了蛋白质的错误折叠,蛋白质构象发生改变。PD 患者大脑黑质神经元的细胞质中观察到路易小体，错误折叠的α-syn 是路易小体的主要成分。

3 帕金森相关基因（PARK 基因）

3.1 PARK1/4 (SNCA)

SNCA 编码一种由140 个氨基酸组成的突触核蛋白，是一种天然未折叠的可溶性蛋白[13]，是lewy 小体的主要成分。SNCA 是最早发现的与PD 发病密切相关的常染色体显性遗传基因，位于4q21～q23，编码α- 突触核蛋白，有Ala53Thr, Ala30Pro 等5 种致病突变类型[14]。SNCA 基因具有多态性，是等位基因的变异，虽并不一定影响基因的功能，但可借以作为区别个体的标志。SNCA基因突变分引起蛋白质空间构象的改变，失去原有的α 螺旋结构，成为β 片层结构，导致α-突触核蛋白无法正常降解，最终形成路易小体，并导致神经元变性[15]。了解SNCA 基因突变的具体情况，对探索治疗帕金森的治疗新途径至关重要。SNCA突变相关的PD 发病年龄早，进展快，痴呆发病率高,临床表现除了静止性震颤、行动迟缓、肌强直等典型运动症状外，常合并有锥体系损害、共济失调以及其他神经症状等非典型PD 症状。

3.2 PARK2（PARKIN）

PARKIN 基因最先在日本的一个青少年型PD家系中发现[16]，是常染色体隐性遗传性PD 的致病基因，定位于染色体6q25，编码PARKIN 蛋白，该蛋白具有E3 泛素-蛋白连接酶活性，有助于蛋白酶体降解异常蛋白而避免推积，在维持多巴胺能神经元的正常功能中发挥重要作用。PARKIN 基因有Dex3-7del、ex4del 等致病突变，Parkin 蛋白功能障碍，泛素化过程无法完成，细胞内蛋白异常聚集，DA 能神经元细胞死亡。PARKIN 基因突变所致PD 患者发病年龄早，多小于40 岁，首发症状多为步态异常，症状有昼夜波动，病情进展慢，病程长，对左旋多巴敏感，易出现左旋多巴诱导的运动并发症，一般应延迟左旋多巴的使用。

3.3 PARK3

PARK3 基因目前研究较少。1998年，Gasser等在欧洲7 个AD-PD 家系的研究中发现了一个PD 易感基因PARK3，并将相关的致病基因定位于2p13 上。目前发现的可能与PD 发病相关病定位于2p13 的基因有编码氨基酸转运体(ASCT1)和转化生长因子α(TGF-α)的基因。TGF-α 不足可能增加多巴胺能神经元对氧化应激等有害刺激的风险引起帕金森病。

3.4 PARK5(UCHL1）

泛素C-末端水解酶L1（UCH-L1）是脑内含量丰富的蛋白，路易小体中也存在，定位于染色体4P16[17]。UCH-L1 基因突变为常染色体显性遗传，较为少见，最早在一个德国家庭中一对具有典型PD 特征的的子女身上得到确证。目前，与帕金森病相关的UCHL1 错义突变有E7A、S18Y、I93M、R178Q 和A216D。突变的UCH-L1 活性降低，泛素回收减少, 使过多的α-突触核蛋白不能泛素化降解解而聚集形成lewy 小体，最终导致PD。该突变较少见。

3.5 PARK6（PINK1）

PINK1 基因为常染色体隐性遗传，位于1p36，编码PINK1 蛋白[18]。PINK1 蛋白为线粒体蛋白激酶，参与多种线粒体功能，可能调节线粒体对氧化应激的反应，保护多DA 能神经元。PINK1 有GLY309Asp、Trp437Ter 等致病突变类型，PINK1基因突变可引起线粒体呼吸链功能障碍和氧化应激，导致多巴胺能神经元变性。PINK1 基因突变所致PD 发病年龄早，病程长，病情进展缓慢，典型的运动症状较轻，小剂量多巴胺反应良好，但易出现多巴胺诱导的运动并发症。

3.6 PARK7(DJ-1)

DJ-1 编码由189 个氨基酸组成的DJ-1 蛋白[19]，是一种非典型的过氧化物酶，保护线粒体抗氧化应激，调控细胞凋亡，保护多巴胺能神经元。目前DJ-1 已被发现14-kbdel、Leu166pro 等10 多种突变，突变可致抗氧化应激作用下降，ROS 增加，引起线粒体功能障碍，最终患PD。该突变所致PD发病年龄早，症状进展缓慢，临床表现多不对称，精神障碍症状突出。

3.7 PARK8（LRRK2）

LRRK2 基因呈常染色体显性遗传，多引起晚发型帕金森病。LRRK2 基因定位于12p12，编码LRRK2/dardarin 蛋白，是ROCO 蛋白家族的一员[19]，在边缘系统中高度表达，参与情绪调控和认知功能。LRRK2 基因突变可引起LRRK2 蛋白的激酶活性上升，在其自身磷酸化或底物磷酸化后从而发挥神经元毒性作用，损伤多巴胺神经元。LRRK2 基因突变所致PD 发病年龄较晚,进展较缓慢，有不对称发作的典型帕金森运动症状，多巴制剂疗效良好。

3.8 PARK9（ATP13A2）

ATP13A2 基因为常染色体隐性遗传，最早在约旦的一个PD 家系中发现，基因定位于1p36，编码溶酶体蛋白-ATP13A2 蛋白[20]，该蛋白中有ATP结构域，主要存在于黑质中，在线粒体生物能量学和自噬溶酶体途径中发挥作用，参与清除SNCA 聚集的溶酶体降解途径。ATP13A2 基因突变导致溶酶体功能以及线粒体功能障碍，导致a-突触核蛋白异常聚集，氧自由基推积，引起多巴胺神经元的死亡，诱导PD 的发病。ATP13A2 基因突变相关帕金森病多为青少年发病，进展快，对左旋多巴敏感。多以认知功能障碍为首要表现，逐渐出现进行性核上性麻痹、锥体征和肌张力障碍，较少表现为静止性震颤。

3.9 PARK10

PARK 少见，目前相关研究较少。Hicks 等[21]调查50年来冰岛人群为基础的全面的谱系数据库，用基因组扫描的方法筛选得到的迟发性PD 有关基因,并命名为PARK10，常染色体显性遗传，定位于1p32，泛素特异性蛋白酶 24(USP24) 基因位于 PARK10 的易感位点，可以将多聚泛素从靶蛋白上移走，防止靶蛋白被蛋白酶降解。

3.10 PARK11（GIGYF2）

GIGYF2 基因定位于2q36-37，常染色体显性遗传，可能为迟发家族性PD 的致病基因，目前对于GIGYF2 的研究较少，具体功能尚不明确对于是否为帕金森病的致病基因仍有争议。

3.11 PARK12

目前研究较少，染色体定位于Xq21-q25，其遗传类型为伴性遗传(XL)。

3.12 PARK13(HTRA2)

HTRA2 基因定位于染色体2P13，编码一种线粒体蛋白，具有线粒体丝氨酸蛋白酶活性[22]，受到各种因素刺激时，HTRA2 释放到线粒体基质中，作用于凋亡和自噬信号通路，调节细胞凋亡，主要与迟发性PD 有关。HTRA2 基因缺失可能诱导ROS的产生，引起线粒体的功能障碍，最终导致PD。

3.13 PARK14（PLA2G6）

PLA2G6 基因定位于22q13.1，常染色体隐性遗传，编码PLA2G6 蛋白，是一种钙依赖型磷脂酶A2[23]，参与维持线粒体功能，维持细胞膜的稳态，避免神经元损害，可能与迟发性PD 有关。PLA2G6基因突变可能减少对线粒体的保护功能，不能抵抗氧化应激的损伤，α 突触核蛋白的异常聚集，导致神经元变性，引起帕金森病。主要特征是年轻起病，早期即有小脑体征和迟发性帕金森综合征。

3.14 PARK15（FBXO7）

FBXO7 基因为常染色体隐性遗传，定位于22q12.3，编码FBXO7 家族蛋白，参与泛素-蛋白酶体蛋白降解过程，保护线粒体功能[24]。FBXO7基因突变导致泛素蛋白酶体在线粒体中异常堆积，引起线粒体的损伤，导致多巴胺神经元的死亡。主要特征是青少年起病，常伴有锥体束症状，呈进行性发展。

3.15 PARK16

PARK 基因，研究较少，染色体定位于1q32，遗传方式暂不明确，日本人、欧洲人均有发现。

3.16 PARK17(GAK/VPS35)

VPS35 基因常染色体显性遗传，定位于16q11.2，编码一个细胞周期调节蛋白，参与线粒体来源小泡的形成，以降解线粒体蛋白。VPS35 突变如何引起PD 尚不明确，可能与引起线粒体功能障碍有关，导致多巴胺能神经元凋亡[25]。该突变所致帕金森病除发病年龄较早外，其他症状与原发性帕金森病无异。

3.17 PARK18（EIF4G1）

EIF4G1 基因定位于3q27.1，呈常染色体显性遗传，是多亚基翻译起始复合物的核心支架，有助于调控编码线粒体的mRNA 翻译起始过程，有利于抵抗各种应激，EIF4G1 基因突变于2011年在一个全基因组连锁分析中首次被发现参与帕金森病晚发型和Lewy 小体的病理[26]，但目前与帕金森发病的关系仍不明确，EIF4G1 突变影响mRNA 翻译起始，损伤线粒体，易受各种应激的侵袭，导致多巴胺能神经元的凋亡，可能引起帕金森病。

3.18 PARK19（DNAJC6）

DNAJC16 基因定位于1p31.3，编码HSP40 auxilin，一种在神经元中选择性表达的蛋白，在非神经元细胞中协同伴侣蛋白hsc70 介导的脱膜活性，参与网格蛋白的脱膜过程，调节蛋白质折叠和构象变化以维持神经元的完整性，为常染色体隐性遗传，与早发型帕金森病相关。2012年Simon Edvardson 等[27]报道通过对纯合子定位和全外显子组测序，在青少年PD 患者中发现DNAJC6 的有害突变，网格蛋白异常堆积，导致突触小泡循环受损和网格蛋白介导的内吞作用紊乱，可能导致中枢神经退行性变。该突变型帕金森病发病时的症状多种多样，对左旋多巴的良好反应。

3.19 PARK20 (SYNJ1)

SYNJ1 基因定位于21q22.11，常染色体隐性遗传，编码synaptojanin 1 蛋白，一种磷脂肌苷磷酸酶蛋白，在胞吞过程中脱膜网格蛋白包被的突触囊泡过程中，SYNJ1 基因是DNAJC6 的功能伙伴。Marialuisa Quadri 等于2013年通过纯合子定位和外显子组测序，在意大利一个患有帕金森病、肌张力障碍和认知功能减退的血亲家庭中发现SYNJ1突变[28]，该突变改变了内溶酶体通路，导致突触囊泡循环缺陷，最终引起神经元变性，引起早发型PD。该疾病具有非典型特征，包括癫痫、肌张力障碍、和痴呆，功能缺失。

3.20 PARK21（DNAJC13）

DNAJC13 定位于3q22，常染色体显性遗传，含有一种带有adnaj 结构域的蛋白，调控早期核内体上网格蛋白外壳的动力学。发现于一个具有荷兰-德国-俄罗斯血统的门诺派家族，其中13 名家族成员被诊断为PD[29]，通过协调逆转录酶和核内体网格蛋白涂层来发挥作用的，其突变易引起家族性、迟发性路易体帕金森病。

3.21 PARK22（CHCHD2）

CHCHD2 基因，定位于7p11.2，呈常染色体显性遗传，编码一种结合和激活线粒体呼吸链蛋白的转录因子，是线粒体介导凋亡的负调节因子，CHCHD2 基因突变可引起线粒体功能障碍，致使氧化应激过度、多巴胺能神经元变性，最终导致帕金森病。CHCHD2 突变既与晚发性常染色体显性遗传性帕金森病有关，又与散发型帕金森病有关。

3.22 PARK23(VPS13C)

VPS13C 基因定位于15q22.2，2016年通过全外显子组测序首次发现VPS13C 突变导致早发型常染色体隐性帕金森病，VPS13C 编码液泡蛋白分类蛋白，参与线粒体活动和囊泡运输，在线粒体维持中发挥作用。VPS13C 功能的丧失也上调了PINK1/Parkin 依赖性的线粒体自噬，增加了线粒体对压力的脆弱性，导致细胞系中线粒体碎裂，引起多巴胺能神经元凋亡，最终导致帕金森病，其特征是早期认知能力下降和疾病快速进展。

4 基因治疗

目前基因治疗如：（1）通过调控SNCA 基因的转录和翻译过程, 可有效降低α-syn 的表达水平, 减少α-syn 的积累和聚集体的形成。（2）酪氨酸（TH）、芳香族氨基酸脱羧酶（AADC）、GTP-环化水解酶1（GCH1）参与催化酪氨酸生成多巴胺，酶替代基因治疗是通过在纹状体表达多巴胺合成的关键酶来提高多巴胺含量，从而改善临床症状，并减少口服药物剂量。（3）脑源性神经营养因子（BDNF）、胶质源性神经营养因子(GDNF)及神经营养因子（NTN）对多巴胺神经元有营养保护作用，目前通过神经营养因子基因治疗帕金森可能有一定的效果。