肌萎缩侧索硬化症基因研究进展

李　娜，李林臣　综述，董明纲　审校

(1.中国石油中心医院检验科,河北 廊坊 065000；2.张家口市第一人民医院，河北 张家口 075000；3.河北北方学院，河北 张家口 075000)



肌萎缩侧索硬化症基因研究进展

李娜1，李林臣2综述，董明纲3审校

(1.中国石油中心医院检验科,河北 廊坊 065000；2.张家口市第一人民医院，河北 张家口 075000；3.河北北方学院，河北 张家口 075000)

摘要：肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)是一种常见的运动神经元疾病，临床上常表现为上、下运动神经元合并受损的混合性瘫痪。ALS按发病方式可分为家族性ALS(familial ALS,fALS)和散发性ALS(sporadic ALS,sALS)，两者具有相似的病理和临床特征。近年来随着分子生物技术的发展，ALS遗传学研究取得了长足的发展。该文就fALS相关基因及sALS的基因研究进展进行了综述。

关键词：家族性肌萎缩侧索硬化症；散发性肌萎缩侧索硬化症；基因；分子生物技术

肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)是一种致命性的神经退行性疾病，可导致运动神经元进行性退化，最终导致麻痹和死亡。每年大约每十万人中有2人被诊断为ALS，该病进展迅速，发病后2～5年死亡[1]。目前国际承认、且唯一通过美国食品药物监督局批准治疗ALS的药物只有利鲁唑，利鲁唑大约可以延长患者半年寿命[2]。大约10%的ALS病例具有家族聚集性，余90%为散发。在ALS家族性病例中，确定的引起ALS的突变基因非常丰富，尤其是确定引起家族性ALS(familial ALS,fALS)的突变基因也能引起散发发病。但是，大约30%的fALS和大部分散发病例原因仍未知。现就fALS相关基因及散发性ALS(sporadic ALS,sALS)的基因研究进行综述。

1fALS

fALS目前有22个亚型，ALS1-ALS22、ALS合并额颞叶痴呆(ALS frontotemporaldementia,ALS-FTD)和Tau病，分为常染色体显性(autosomal dominant,AD)、常染色体隐性(autosomal recessive,AR)和性染色体显性(X-linked dominant,XD)3种，AD占绝大多数，剩下的比较罕见。在fALS中根据发病年龄的不同又分为成人型和青少年型[3]，成人型主要是ALS1、ALS3、ALS6，ALS7、ALS8和ALS-FTD，青少年型主要是ALS2、ALS4、ALS5、ALS16。不同亚型的相关信息见表1。

表1　ALS相关基因

fALSALS12ADOPTN1610p13ALS13ADATXN22512q24.1ALS14VCP179p13.3ALS15XDUBQLN21Xp11.21ALS16SIGMAR149p13.3青少年型ALS17CHMP2B73p11.2ALS18PFN1317p13.3ALS19ERBB4292q33.3-q34ALS20HNRNPA11212q13.1ALS21MATR3195q31.2ALS22TUBA4A62q35ALS18PFN1317p13.3ALS19ERBB4292q33.3-q34ALS20HNRNPA11212q13.1ALS21MATR3195q31.2ALS22TUBA4A62q35ALS-FTDADC9orf72129p21.2 成人型Tau病ADFIG4246q21sALSHFE76p21.3VEGFB711q13ANG314q11.1-q11.2DCTN1332p13FUS1516p11.2TARDBP61p36.22ATXN22512q24.1CHMP2B73p11.2

2sALS

随着基因技术的发展，过去在fALS中确定的一些致病基因已经被陆续发现在sALS病例中也发生了突变，如TARDBP[4]、SOD1[5]等(表1)。在过去几年中大量ALS相关基因的研究部分归于二代基因测序技术的使用[6]，但是，随着大型fALS家系的减少，需要新的方法来扩大ALS的基因谱，针对这个问题，很多方法已经被应用。

首先，可以根据过去使用的寻找和ALS已知基因功能相似的基因的方法来确定ALS新的基因，比如TARDBP和FUS。TDP-43(TARDBP基因的产物)和FUS都含有RNA识别域(RRMs)和朊蛋白样结构域，在酵母中聚集并有毒性，在疾病中也是这样[7]，利用这些特点，Julien等在酵母中寻找其他含有聚集毒性蛋白的RRM；Couthouis等检测了133个蛋白质，发现38个在酵母中聚集并有毒性[8]，他们对其中两个基因TAF15和EWSR1特别感兴趣，首先因为它们也含有朊蛋白样结构域，其次它们和FUS在相同的基因组中。然后对sALS病例的TAF15和EWSR1进行Sanger测序，确定出现在ALS病例中但还没有掌握的变型[8-9]。发现来自酵母的其他一些候选基因和ALS独立相关或者与神经肌肉失调有关。

另一种方法是利用小家系，发现ErbB4为ALS的候选基因就是通过小家系和散发病例确定的[10]。Takahashi等使用相似的方法研究一个发病的先证者和两个未发病的父母这样的家庭来确定新的候选疾病基因，研究是否能发现在先证者中存在但在未发病的父母中不存在的新的突变。这种方法确定了大约25个新的ALS候选基因，包括SS18L1/CREST，它们是nBAF合成体中的一员，也是正常的神经突触生长所需的[11]。

也可以利用大量sALS病例样本研究，Siddique等为了研究ALS进行了很多全基因组关联研究[12]。虽然仅研究了sALS病例缺少家系研究中的孟德尔定律，但是有大量的散发ALS病例可以研究，这样通过大量病例也可以反映一定的规律。而且，来自双胞胎和其他研究的证据强烈提示sALS也有遗传成分，因此全基因组或更多的靶向测序方法也应该可以用来确定引起sALS的变型[13-15]。SOD1和FUS中新的变异已经被确定存在于ALS散发病例中[16-17]。

尽管大部分ALS病例散发，但是大部分ALS基因研究定位为家族性疾病，通过基因确定的70%病例为fALS，仅10%为散发病例。提示我们应该开始利用可及的散发病例来确定sALS新的遗传原因。寡基因假说认为在一些人中sALS随机出现和消失是由于等位基因从一代到二代的随机洗牌[18]，可能最好的方法是使用二代测序技术研究。我们相信未来使用二代测序技术研究大量sALS病人样本将有利于进一步了解ALS致病基因，为寻找有效的预防和治疗方法提供依据。

参考文献：

[1]Couthouis J,Raphael A R,Daneshjou R,et al.Targeted exon capture and sequencing in sporadic amyotrophic lateral sclerosis[J].PLoS Genet，2014,10(10):e1004704.

[2]冯俊强.肌萎缩侧索硬化发病机制与治疗[D].长春：吉林大学,2011.

[3]孙梅影，丁卫江.肌萎缩侧索硬化的分子遗传学和发病机制进展[J].中国老年学杂志，2014(1):283-285.

[4]Kabashi E,Valdmanis P N,Dion P,et al.TARDBP mutations in individuals with sporadic and familial amyotrophic lateral sclerosis[J].Nat Genet.，2008,40(5):572-574.

[5]van Es M A,Dahlberg C,Birve A,et al.Large-scale SOD1 mutation screening provides evidence for genetic heterogeneity in amyotrophic lateral sclerosis[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry，2010,81(5):562-566.

[6]Robberecht W,Philips T.The changing scene of amyotrophic lateral sclerosis[J].Nat Rev Neurosci，2013,14(4):248-264.

[7]Sun Z,Diaz Z,Fang X,et al.Molecular determinants and genetic modifiers of aggregation and toxicity for the ALS disease protein FUS/TLS[J].PLoS Biol，2011,9(4):e1000614.

[8]CouthouisJ,Hart M P,Shorter J,et al.A yeast functional screen predicts new candidate ALS disease genes[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2011,108(52):20881-20890.

[9]Couthouis J,Hart M P,Erion R,et al.Evaluating the role of the FUS/TLS-related gene EWSR1 in amyotrophic lateral sclerosis[J].Hum Mol Genet，2012,21(13):2899-2911.

[10]Takahashi Y,Fukuda Y,Yoshimura J,et al.ErbB4 mutations that disrupt the neuregulin-ErbB4 pathway cause amyotrophic lateral sclerosis type 19[J].Am J Hum Genet，2013,93(5):900-905.

[11]Chesi A,Staahl B T,Jovicic A,et al.Exome sequencing to identify de novo mutations in sporadic ALS trios[J].Nat Neurosci，2013,16(7):851-855.

[12]Siddique T,Ajroud-Driss S.Familial amyotrophic lateral sclerosis:A historical perspective[J].Acta Myol，2011,30(2):117-120.

[13]Fogh I,Ratti A,Gellera C,et al.A genome-wide association meta-analysis identifies a novel locus at 17q11.2 associated with sporadic amyotrophic lateral sclerosis[J].Hum Mol Genet，2014,23(8):2220-2231.

[14]Wingo T S,Cutler D J,Yarab N,et al.The heritability of amyotrophic lateral sclerosis in a clinically ascertained United States research registry[J].PLoS One，2011,6(11):e27985.

[15]Al-Chalabi A,Fang F,Hanby M F,et al.An estimate of amyotrophic lateral sclerosis heritability using twin data[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry，2010,81(12):1324-1326.

[16]Dejesus-Hernandez M,Kocerha J,Finch N,et al.De novo truncating FUS gene mutation as a cause of sporadic amyotrophic lateral sclerosis[J].Hum Mutat，2010,31(5):E1377-E1389.

[17]Chio A,Calvo A,Moglia C,et al.A de novo missense mutation of the FUS gene in a"true"sporadic ALS case[J].Neurobiol Aging，2011,32(3):523-553.

[18]van Blitterswijk M,van Es M A,Hennekam E A,et al.Evidence for an oligogenic basis of amyotrophic lateral sclerosis[J].Hum Mol Genet.，2012,21(17):3776-3784.

[责任编辑：李蓟龙]

DOI：10.3969/j.issn.1673-1492.2016.04.025

中图分类号：R 744

文献标识码：C

作者简介：李娜(1982-)，女，技师，研究方向：医学相关。

来稿日期：20151105