天使综合征的发病机制与治疗研究进展☆

赵炳昊涂怀军○☆殷小平

·综述·

天使综合征的发病机制与治疗研究进展☆

赵炳昊*涂怀军*○☆殷小平*

天使综合征UBE3A基因靶向治疗

天使综合征（angelman syndrome，AS）是一种较为罕见的严重神经精神系统疾病，多见于儿童，临床上主要表现为发育迟缓、智力低下、孤独内向、吞咽困难、语言和运动功能障碍、癫痫等症状。染色体15q11-q13区段的UBE3A基因异常是该病发生的主要因素，但是对该病的发病机制尚未形成统一的学说，并且这种神经精神性疾病的治疗仍然是临床中难点之一，目前已有资料反映出分子靶向治疗具有更好的前景，可能会是未来工作的重点与突破点。本文就天使综合征的发病机制与治疗研究进展进行综述，提取出目前较为有价值的发病机制假说，探讨潜在的治疗方案，并着重关注本病的分子靶向治疗，借以帮助临床医生加深对本病的认识。

1 AS疾病概述

AS又称“快乐木偶综合征”，英国医师HARRY ANGELMAN最先在儿童中发现该病并且进行系统的报道，该病也以他的名字命名[1]。从世界范围内的发病情况分析，AS的发病率约为1/50000~1/24000，而我国尚未对AS进行流行病学研究，所以AS在我国的发病率还没有一个明确的数值[2]。

从本质上讲AS属于神经遗传性疾病，以儿童多见，患病儿童多表现为快乐表情、发育迟缓、语言障碍、孤独内向、智力较同龄儿童低下，有癫痫阵发性发作；从外观分析，大多数AS患者会将双手举高，不断挥舞，并出现脚下不稳、枕部扁平的情况，而且喜欢吐舌[3]。由于其存在吮吸或者吞咽功能障碍，所以喂养的过程非常困难。所有这些症状都是判断AS患者早期发病的重要指标。AS的临床表现与染色体异常具有密切联系，不同的突变类型有不同程度的表现，缺失片段的大小与表型具有相关性[4]。

2 AS的病因与发病机制

2.1 AS的病因和分型AS发病与自身染色体15q11-q13区段UBE3A基因的异常有关，其父母的染色体均正常，大多数只是在形成二倍体时发生了部分染色体片段的缺失，因此该病并无明显家族遗传倾向。UBE3A基因在印记基因的调控下差异性表达，通常正常人脑组织中的母源性UBE3A基因表达活跃而父源性UBE3A基因相对沉默[5]。根据染色体15q11-q13片段异常的类型，可以将AS概括为5种：①由母源性染色体相关区段缺失或表达异常导致，约占70%；②由基因突变导致，约占5%～10%；③由母源性染色体全部缺失单残留减数分裂未分离的父源性染色体（父源性单亲二倍体）导致，约占2%～7%；④由印记基因缺陷UBE3A基因表达障碍导致，约占3%～5%；⑤由染色体重排而导致，不足1%，仅有个案报道[6-7]。虽然AS的症状类似，但因染色体异常形式不同，各型的临床表现仍具有较大差异[8]。综合分析，母源性染色体异常和突变型患儿的临床表现较父源性单亲二倍体和印记基因缺陷型更为严重；但也有部分突变型的AS患者临床表现较轻，没有出现癫痫、共济失调等症状，脑电图检查也显示正常[9]。

2.2 AS的发病机制UBE3A基因异常在AS的发病机制中具有举足轻重的地位，该基因定位在染色体的15q11-q13，全长101853 bp,其mRNA上有20个外显子[10]。编码的蛋白被称为E6相关蛋白（E6 associated protein，E6AP），属于泛素蛋白连接酶E3家族一类[11]，其作用主要表现在两个方面：第一是充当泛素蛋白连接酶，对目标蛋白进行泛素化修饰，通过蛋白酶体的降解作用调节蛋白表达水平[12]；第二是定位在细胞核中作为甾醇类激素受体的共激活因子来调节下游基因的转录[13]。RONCHI等[14]从人胎脑组织cDNA文库中调取人UBE3A基因的全长cDNA序列，并且将其克隆构建入真核表达载体pEGFP-N1质粒中，同时将增强绿色荧光蛋白（enhanced green fluorescent protein，EGFP）融入其中，研究显示E6AP蛋白主要定位表达在早期神经元的细胞核和细胞质之中，同时广泛地存在于神经元的树突和轴突部位，随着神经元发育成熟，E6AP蛋白也会逐渐向细胞核内聚拢。这提示E6AP蛋白可以维持神经元的正常功能。ANDREWS等[15]认为，UBE3A基因可以对部分单胺递质起到一定的调节作用，单胺递质与突触可塑性动态相关，所以是维持突触功能正常的重要因素。

UBE3A基因异常会使得患者海马、黒质区的泛素蛋白连接酶减少甚至消失，从而整体上影响患者的神经精神系统。针对AS的发病有几种相关的假说，列举如下。

2.2.1 代谢型谷氨酸受体假说GLADDING等[16]通过实验发现，突触部信号的传导与代谢型谷氨酸受体（metabotropic glutamate receptors，mGluR）有关，mGluR数目增多会抑制神经肌肉接头突触部信号的传导，同时mGluR受到体内MAPK/ERK和PI3K/AKT等分子信号通路的直接影响。UBE3A基因的缺失会使MAPK/ERK和PI3K/AKT信号通路异常激活，从而募集更多mGluR，抑制突触部信号的传导，引起癫痫或共济失调等神经精神症状[17]。但是目前也有学者对该假说提出质疑，他们认为mGluR在AS与非AS体内具有相同水平[18]。

2.2.2 Na-K ATP酶假说KAPHZAN等[19]通过实验发现增加UBE3A基因缺乏小鼠海马锥体部神经元内Na-K ATP酶α1亚单位（alpha1 subunit of Na/K-ATPase，α1-NaKA）的表达会造成小鼠神经元轴突始端（axon initial segment，AIS）蛋白积累，从而加重基因缺乏小鼠的智力缺陷和记忆障碍；下调α1-NaKA的量，AS的症状会有所减轻。目前关于为何增加α1-NaKA会导致AS症状加重的机制尚不得而知，可能与AIS蛋白累积会反馈性抑制突触的兴奋性有关，还可能与一些分子通路产生了新的作用蛋白有关[20]。

2.2.3 重组细胞骨架活性调节蛋白假说在认知功能方面，泛素蛋白连接酶E3涉及与突触可塑性相关的某些靶向蛋白酶体降解。重组细胞骨架活性调节相关蛋白(recombinant activity regulated cytoskeleton associated protein，Arc)作为E6AP的底物，一旦E6AP减少或缺失，迅速升高的Arc会通过AMPA型受体介导的自噬作用使突触传导能力减退。若Arc可以被泛素化修饰，则会有26 s蛋白酶体参与Arc的降解，AMPA介导的自噬作用将会受到抑制[21]。Arc对海马区的长时程增强（long-term potentiation，LTP）诱发和维持至关重要，E6AP的减少或缺失导致LTP无法维持和轴突树突数量减少，进而海马功能下降和突触功能缺陷，最终患者会出现抑郁、孤独、内向等行为[22]。

2.2.4 γ-氨基丁酸转运体假说在运动功能方面，UBE3A基因缺陷会使小脑颗粒细胞突触外的紧张性抑制电流特异性减少。UBE3A基因控制着γ-氨基丁酸转运体1（γ-amino butyric acid transporter-1,GAT-1）的降解，该基因缺陷引起GAT-1过量，从而导致突触内抑制性神经递质γ-氨基丁酸（γ-GABA）浓度超载，小脑的浦肯野细胞功能活性也会因此而降低，最终导致运动功能障碍。另外异常泛素化的浦肯野细胞会通过小脑-皮层网络对大脑皮层的电活动起到干扰效果，大脑功能同样会有异常[23-24]。

3 AS的治疗进展

AS是一种神经遗传病，重在预防，产前的咨询与遗传学检查必不可少。目前针对AS患儿的治疗没有取得实质性进展，但是为了能够提高患者生活自理能力，改善生活质量，非常有必要进行积极的治疗，分子靶向治疗是当下AS治疗领域的热点。AS的治疗大致分为常规非药物治疗、药物治疗、分子靶向治疗等。

3.1 常规非药物治疗在常规非药物治疗中，饮食疗法可以起到一定的作用，给予患病人群一定的、规律的饮食可以帮助其缓解症状，减轻AS的表现。最近也有新的证据反映周期性有规律的睡眠也可以适当减轻AS人群神经方面的表现[25]。

一些物理疗法也能起到一定的效果，例如患儿的生活自理能力差，则可以采取行为疗法进行治疗，提高他们的生活自理能力；同时还可以采取一些沟通辅具和康复训练改善他们的理解能力、语言能力、运动能力、认知能力等[26]。

3.2 药物治疗药物治疗是疾病治疗必不可少的一个环节，同时也是有效治疗AS疾病的重要途径，目前针对药物治疗的药品有很多。GODAVARTHI等[27]发现使用常用的药物如类固醇再摄取抑制剂氟西汀可以帮助修复已损毁的糖皮质激素传导信号，同时上调神经元间的正性清蛋白，能改善AS患儿的孤独及内向行为，该研究也认为米诺环素可以改善AS患儿的语言功能与社会适应能力。除此之外，“ω-3脂肪酸”可以帮助恢复损伤UBE3A基因下游失活的片段，在治疗中也有一定效果[28]。针对AS患者而言，由于会表现出不同的症状，所以在用药方面也必须具有针对性。对于重度发育迟缓并且伴有癫痫频繁发作的患儿，如果采取单药治疗的方案，治疗效果很差。为了能够提高治疗效果，必须要将抗癫痫药物加入合并用药的方案进行治疗。药物治疗只能减轻AS患者的症状，无法从源头上治愈AS。

3.3 分子靶向治疗分子靶向治疗是目前研究的热点，也是唯一可以治愈AS的方式，如何恢复失活的UBE3A基因是研究的大方向。DAILY等[29]认为可以帮助恢复海马区的E6AP表达来进行治疗，该研究将携带UBE3A基因的腺相关病毒（adeno-associated virus，AAV）载体AAV9注入到AS小鼠模型的海马区部位，然后对其进行观察发现，颅内能够检测到泛素蛋白连接酶E3的表达，而且经过治疗后的小鼠，在学习能力方面也得到了明显的改善。反义寡核苷酸（antisense oligonucleotides，ASO）可以有效地下调UBE3A基因反义转路子（UBE3A antisense transcript，UBE3A-ATS）并且持续有针对性地激活大脑神经元中沉默的UBE3A基因，不同位置的ASO下调UBE3A-ATS的程度一致，可能与一条长非编码RNA序列有关[30]，该RNA在UBE3A基因的失活中有重要作用。拓扑异构酶抑制剂如拓扑替康（topotecan）也可有效地下调UBE3A-ATS，保持父源性UBE3A基因的持续激活。但是与ASO有所不同，拓扑异构酶抑制剂不但会下调UBE3A-ATS，同时也会下调其他5种长序列基因的表达（Nrxn3,Astn2,Pchd15,Csmd1, Il1rapl1），这可能会造成其他精神系统的症状[31]，所以在临床使用时需要着重考虑。SUN等[32]发现雷帕霉素可以起到分子靶向治疗的作用。UBE3A基因缺乏使小鼠的结节硬化复合物2型基因（tuberous sclerosis complex 2，TSC2）增多，TSC2的抑制物同样在增多，在这种动态平衡下，TSC2所调控的雷帕霉素机械性靶点（mechanistic target of rapamycin，mTOR）的两种蛋白激酶亚单位出现不同变化，mTOR1不断增多、mTOR2不断减少。雷帕霉素为mTOR蛋白抑制剂，能够逆转mTOR1和mTOR2的变化，并进一步改善AS小鼠的运动功能。

相对于其他治疗方式，分子靶向治疗更具有针对性、特异性，它的出现对提高AS的治疗效果具有非常重要的现实意义。但基于AS疾病的伦理性与特殊性，目前的研究大都停留在动物实验阶段，离临床转化仍有一段距离。

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R748（

2016-11-26）

A（责任编辑：李立）

10.3969/j.issn.1002-0152.2017.05.012

☆国家自然科学基金项目（编号：81260231）

*南昌大学第二附属医院神经内科（南昌330031）○☆

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