遗传基因与帕金森病相关性的研究进展

封 华 刘承伟

(桂林医学院解剖学教研室，广西 桂林 541004)

帕金森病(PD)已成为人们普遍关注的社会问题，也是当今社会及未来要挑战的公共卫生事业。尽管进行了有关环境毒素和基因突变等复杂证据的相关研究，但PD的病因一直没有得到准确的解释。回顾近年来PD发病机制的研究进展，在遗传基因方面取得了很多成就。从基因角度看，混合基因致病而形成的家族性PD，包括已确定的11种编码基因突变的，线粒体蛋白(PARK2，DJ-1，PINK1)，泛素羟基末端水解酶(UCHL1)，α-突触核蛋白(SNCA)和其他没有确切定义的蛋白〔1，2〕。目前有研究表明，遗传因素在某种情况下也参与了PD的形成，约有5% ～10%的PD病人具有家族性遗传〔3〕。也因此，遗传因素在PD病因与发病机制中的作用日益受到重视。

1 SNCA基因

SNCA是由140个氨基酸所组成的，在脑神经元及突触前神经末梢含量丰富，是一种突触前蛋白基因。在散发的病例中大于90%的PD患病总数患者是由于单个基因突变引起的，分析这些致病基因，会帮助人们了解DA神经元细胞死亡的机制以及可以帮助制定出更好的方法来治疗家族性与散发性的PD〔4〕。SNCA也已经被确定是Lewy体的重要组成部分，其机制是SNCA的异常堆积，出现在散发的PD患者中〔5〕。根据这些研究结果表明，异常的SNCA的堆积被考虑是PD及其他神经系统疾病，包括痴呆、多系统萎缩，共济失调等疾病的重要致病因素〔4〕。在果蝇模型实验中，研究发现SNCA超表达，Ser129磷酸化增加了DA神经毒性，减少了包涵体的数目〔6〕。此外有很多争议在啮齿动物(鼠类)实验中，相关性的DA神经毒性研究有很多差异。SNCA若聚积过度，超过细胞自身抗蛋白酶的抗聚集能力，异常的SNCA则聚集成丝状结构并最终形成Lewy体及Lewy轴突。由此可推断SNCA的纤维化和积聚是PD病人神经元死亡和神经功能障碍的重要原因。

2 parkin基因

目前研究parkin基因有多个突变位点，研究发现exon4、exon6和exon7是其突变热点区域。具体结合parkin基因exon4发现，parkin基因4号外显子的基因点突变型分为突变缺失和点突变，家族性PD主要表现为exon4的部分或全部缺失(约占27%左右)，而散发性PD则主要表现为exon4的点突变。易感基因的热点突变，可引起parkin蛋白一、二级结构改变，进而影响其功能，最终导致多巴胺能神经元内蛋白水解通路障碍，细胞内淀粉样物质沉积，导致神经元死亡。parkin基因的突变频率随着发病年龄的增加明显下降;而parkin相关性PD在全世界范围广泛分布，也说明parkin基因突变对PD发病机制方面的重要作用〔6〕，parkin基因突变与早发性PD也有关，parkin主要位于神经元胞浆和突触中，与突触传递有关，parkin基因突变使细胞内蛋白代谢紊乱，异常蛋白选择性地聚集于黑质DA能神经元，阻碍了DA递质释放和运输同时产生细胞毒性，导致细胞死亡，进而产生PD的症状。parkin基因突变具有多态位点，其中parkin基因两个多态位点S/N167和V/L380等位基因与基因型频率分布差异，有研究发现早发PD患者S/N167多态位点等位基因A和含A基因型频率分布明显高于对照组，从而得出parkin基因S/N167多态性与PD遗传易患性有关〔7〕。纯合子parkin基因(PARK2)突变的形式包括删除，移位、错义突变等，是隐性遗传性青少年型PD的重要原因〔8〕。对于这种形式的PD发病是平均40岁以下。而杂合子的突变可能在PD发生中充当着敏感性的等位基因〔9〕。parkin基因突变异常导致parkin蛋白缺失，功能障碍，酶活性减弱或消失，造成细胞内异常蛋白的累积，最终导致DA能神经元细胞死亡，parkin蛋白还具有E3-泛素蛋白连接酶的活性，参与细胞内异常蛋白的降解，所以parkin蛋白在泛素-蛋白水解酶复合体通路中发挥重要作用，是一种多用途的神经保护剂。parkin基因虽然是PD发病的重要致病基因之一，但不是唯一的致病基因。parkin基因是研究证实与PD发病密切相关的遗传易感基因之一，研究发现Parkin基因突变有其自身的规律性。因此对parkin基因的突变规律的研究对于揭示PD的遗传学机制以及指导临床诊断与治疗具有重大意义。

3 PINK1基因

2001年，Valente等〔10〕对1个有122个成员的意大利西西里岛的近亲结婚大家族进行研究，发现一个与常染色体隐性遗传性PD连锁的基因座位，命名为PARK6，即PINK1基因，其定位于1号染色体短臂1p35-36区域。2004年，Valente〔6〕又在PD的家族中首次发现2个PINK1纯合性突变。2005年在基因突变的家族性PD中进行PINK1基因突变研究，发现其突变率为8.9%，可见在缺乏parkin基因突变的早发性PD中，PINK1基因突变是一个很重要的因素〔11〕。2007年，Klein等〔12〕人研究发现纯合子基因突变和PTEN诱导的PINK1是PD早发病的常见原因，最近证据表明，杂合子的基因突变也许与PD的发病晚期有相关性。PINK1基因缺陷引起PD相关性病理改变的原因是众所周知的，例如线粒体功能障碍，氧化应激，以及外界压力造成的易感性增加，所有这些原因都可以引出 PD的症状〔13～15〕。PINK1基因亦被确定为导致常染色体隐性遗传 PD的致病基因之一，PINK1基因的突变类型多种多样，其分布亦较为广泛，但突变频率在不同种族中变化很大。PINK1基因突变导致的PD患者的临床表现不仅与经典PD患者、DJ-1及parkin基因突变患者的临床表现存在很多相似之处，亦有其自身的发病特点。PINK1基因的研究尚处于早期阶段，其生物学功能、作用底物及对PD发病机制的分子作用途径尚未十分清楚，还有待进一步研究。

4 DJ-1基因

DJ-1基因是继parkin基因发现之后又一常见的PD遗传性致病基因，DJ-1蛋白是氢过氧化物反应蛋白，参与机体氧化应激反应。突变的DJ-1基因被确定是一种罕见的常染色体隐性遗传PD的致病因素〔16〕，约占PD早发总数的1% ～2%〔17〕。迄今为止，一些纯合子的缺失和DJ-1基因编码高度保守的189个氨基酸蛋白的点突变是导致PD蛋白质功能丧失的重要原因〔12，16，18〕。Krebieh 等〔19〕实验研究证明，受损的 DJ-1 基因导致线粒体自体吞噬能力受损及聚集功能失调，在生理情况下这种状况通过溶酶体会得到补偿。这个研究在PD中通过其自体吞噬和线粒体的完整性，为DJ-1基因在线粒体稳态中的提供了证据。现已发现的DJ-1突变有11种，包括点突变和大片段缺失。目前在亚细胞水平包括细胞质和细胞核，针对DJ-1线粒体，据报道有保护生理细胞的作用〔20，21〕。在氧化应激的条件下，DJ-1转变为酸性，灭火活性氧，并定位在线粒体。DJ-1基因突变后DJ-1蛋白水平下降，导致氧化物质对神经元的损伤增加。但DJ-1的突变频率还是相当低，在散发性早发PD中的突变频率为1%左右，晚发PD中尚未发现DJ-1突变，可见DJ-1基因并不是晚发PD机制的重要危险因素〔22〕，而在早期的PD的发病机制还在继续探索之中。

5 UCHL1基因

Setsuie等〔23〕为了证明基因突变和PD的联系，通过UCHL1I93M转基因小鼠试验表明，多巴胺神经元有进行性丢失。此外，还证明了与UCHL1WT相比的UCH-L1I93M具有的特性，与哺乳动物细胞功能的蛋白的突变而导致的神经系统变性疾病有相关性〔24〕。失职的泛素蛋白酶体系统(UPS)导致删除和降低错误折叠的蛋白进而导致的细胞中错误蛋白的聚集，在正常细胞内错误折叠蛋白之间的异常相互作用被认为是神经退行性疾病的发病机制，而UCH-L1是UPS的重要组成部分，它的功能主要是进行单泛素的回收利用及维持蛋白质的降解，UCH-L1基因的突变及其蛋白质活性的改变已经被发现与几个神经退行性疾病有关〔25〕。由此可见UCH-L1基因与PD的发生是有着密切的关系，但其具体的机制还需进一步研究。

6 富亮氨酸重复序列激酶(LRRK2)基因

LRRK2基因突变是迄今为止发现的最常见的突变形式，在其自身磷酸化或底物磷酸化后从而发挥毒性作用，致使PD的形成;LRRK2基因突变在PD家族中的阳性检出率为5%～40%，在散发性PD患者中的阳性检出率也可达2%，因此，检测LRRK2基因突变与否，是筛选PD高危人群的重要环节之一〔26，27〕。据统计，0.5% ～2.0%的散发性 PD 病人和 5%的家族PD病人都与这一位点的突变有关。LRRK2基因突变的研究报道引起了广泛关注〔28〕，需要注意的是，在携带有LRRK2 G2019S突变的PD病人中，该基因的外显率是随年龄有明显变化，60岁时外显率为15%，70岁时外显率为21%，到了80岁外显率可以达到32%〔29〕。LRRK2基因的发现，使人们对PD又有了更深层次的认识。

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