原发性进行性失语的基因机制研究进展

封世文，李倩南，杨龙，邵可青

1.南通大学，江苏南通市 226019；2.江苏师范大学语言能力协同创新中心，江苏徐州市 221009；3.江苏省语言与认知神经科学重点实验室，江苏徐州市 221009

随着研究水平的发展，语言障碍的基因遗传背景研究已成为近十多年来学者共同关心的话题。对相关基因的研究，既有利于了解某些疾病并发语言障碍的发病机理和神经机制，从而加深对人类语言能力的了解，又有利于开展语言康复。

对原发性进行性失语(primary progressive aphasia,PPA)的临床表现和分类等问题的研究已取得一定进展，但其发病机理仍不明晰。随着遗传基因学研究的发展，一些与PPA 密切相关的神经退行性疾病，如肌萎缩性侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)和额颞叶痴呆(Frontotemporal dementia,FTD)研究的进展，以及发现与语言障碍相关的“语言基因”等，促进了PPA 研究的深入。对PPA 与基因的相关性研究不仅可以应用于语言障碍的预防和康复，揭示人类大脑的语言能力，还可以为PPA的临床诊疗服务。

1 PPA

Mesulam[1]于1982 年首次报道6 例以语言功能障碍为首发症状的PPA 患者，其中1 例在描述病情时有明显的语法障碍，类似Broca失语；进一步测查发现，该患者并非是简单的Broca失语，不存在明显构音障碍、偏瘫等症状，且左Broca 区甚至其他脑区未见明显脑血管损伤；与一般类型的失语症不同，患者的记忆保持正常；活检排除阿尔茨海默病的可能。Mesulam[1]将这种病症命名为PPA，其中“原发性”依据患者在发病初期能否保留对近期事件、熟悉的面孔、事物或动作等的回忆来判断，“进行性”指逐年变化。

家族病理临床研究虽然表明PPA 有家族遗传性，但只占小部分，大部分PPA 患者找不出家族遗传性背景[2]。PPA 患者的语言障碍主要表现为突出的命名障碍、轻度语法缺失和口语流利性损伤[3]，同时还缺少对行为和物体识别的应变能力[1]，其日常生活能力，记忆、推理和判断等多数认知能力仍正常保留。虽然部分研究也发现该类患者认知功能存在一定障碍，但语言障碍始终是主要的，而且发生在其他认知功能缺失之前[4]。

依据语言障碍的不同表现，PPA 可分为3 类：非流利型、语义性和语音性。非流利型PPA 偶伴构音障碍，主要表现为语法缺失严重，单词理解能力相对保留[5-6]；语义性PPA又称语义痴呆性PPA，主要表现为单词理解能力差，尤其是对词汇和事物命名的能力，语法流利性相对保留[7]；语音性PPA 的特征是由于词频而导致的流利性中断，语音工作记忆损伤严重，句法和单词理解能力相对完整[5,8]。

近年来，有大量研究聚焦于PPA 的语言障碍，如研究患者的语言网路[9]、语义变异[10-12]、言语产出障碍[13-14]等，涉及多种技术，如采用MRI研究命名障碍[15]，采用经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)研究患者语言康复过程中脑皮层体积的变化[14,16-17]等。研究发现，PPA的脑结构改变突出表现为单侧或双侧不对称性脑萎缩，主要集中于左侧额叶和颞叶[18]；其中非流利性和语音性PPA 患者常出现外侧裂周围区萎缩，而语义性PPA 患者则经常于颞前、上皮质出现萎缩[19-20]。国内对PPA 的病例追踪报道较多[21-22]，在影像学观察、临床语言障碍特征描述、临床量表研制以及国外相关研究介绍方面取得不少进展[23-28]。

PPA 是临床常见的退行性神经系统性言语障碍疾病，发病年龄一般在65 岁之前，以45～65 岁最为集中，发病率(1～3)/1万[29]。突出的临床表现是行为改变和认知能力受损，语言功能进行性衰退[1]。由于PPA 与ALS 和FTD 等多种与基因变异有关的神经疾病关系密切，近年来受到较高关注。

2 语言障碍的基因基础

基因与语言脑机制的关系一直是学者讨论的核心问题。早期关于语言基因突变的讨论是叉头框P2 (forkhead box p2,FOXP2)基因，源于对KE 家族的研究。FOXP2位于人第7 对染色体(7Q31)。

Hurst 等[30]发现，KE 家族三代人中，15 人受语言障碍困扰。Fisher等[31]进一步将KE 家族的语言障碍基因定位于第7 对染色体，这个位置被称为言语-语言障碍1(speech-language disorder-1,SPCH1)。之后，Lai 等[32]发现小男孩CS 的语言障碍和KE家族相似，但与KE家族没有任何关系；基因分析发现，他的第7 对染色体损伤，损伤位于含有蛋白质编码基因的中段，这个转录因子叉头框基因群的新成员被称为FOXP2。Vargha-Khadem 等[33]发现，发展性言语障碍(developmental verbal dyspraxia,DVD)也与FOXP2相关。故FOXP2被称为“语言基因”。随着研究深入，语言基因的说法受到越来越多质疑：完整的基因组资料显示，其他动物，甚至鸟类、鱼类等较为低级的动物中，也存在类似的基因序列。Enard 等[34]推测，非洲黑猩猩和人类的FOXP2基因包含的两种氨基酸不同，导致人类语言的进化。Konopka等[35]进一步证实，人类和大猩猩的FOXP2基因在两个氨基酸上的不同，影响人类神经系统发育，这些基因导致的蛋白质变异让人类能够产生适合进化出语言的大脑结构。Enard 等[36]将人类FOXP2突变基因植入小鼠，发现小鼠的行为改变，同时多巴胺水平以及某些神经结构如基底神经节等也发生改变。这些研究表明FOXP2在基底神经节的表达或许对人类语言的进化极其重要。

对FOXP2的研究被拓展到对基因性语言障碍的领域，PPA就是近来被关注较多的一种基因性语言障碍。研究发现[37]，FOXP2的变异也与PPA患者的颞叶和额叶等语言加工区的异常相关。

3 PPA的基因机制

3.1 基因突变

研究发现[38-39]，约20%～30%患者存在常染色体显性遗传，其中大多数患者的基因变异与微管相关蛋白-tau (microtubuleassociated protein tau,MAPT)、颗粒蛋白前体(progranulin,PGRN)、TAR DNA 结合蛋白43 (TAR DNA-binding protein 43,TARDBP/TDP43)、含缬酪肽蛋白(valosin containing protein,VCP)、动力蛋白激活蛋白1(dynactin subunit 1,DCTN-l)、肉瘤融合蛋白(fused in sarcoma,FUS)和带电荷的多囊泡体蛋白2B(charged multivesicular body protein 2B,CHMP2B)等相关。

Snowden 等[40]发现，约20%家族性疾病致病原因与MAPT基因突变有关，其中又包含许多与PGRN基因相关的病例，这个致病基因位于MAPT上部17q21 肌红蛋白处。Baker 等[41]发现，F337的曼彻斯特家族存在Q486X基因序列突变，F53家族存在Q130SfsX124 基因序列突变；他们还发现C31LfsX34 和T382SfsX29两个序列的框架转移以及位于8号外显子的一个基因突变。Cruts 等[42]研究了一个庞大的比利时家族(DR8)中普遍存在的基因突变，发现在基因内含子0的+5位置相关的第一个非编码外显子0中，存在G-C颠换(IVS0+5G＞C)。随后的研究中又发现其他4 个基因突变，其中一个没有意义(Q125X)，两个存在框架转移(P127RfsX1 和A237WfsX3)，另一个外显子中的G-A 颠换破坏了甲基转移酶1(methyltransferase 1,Met1)的转录起始密码子。因此颗粒蛋白(granulin,GRN)突变造成的基因序列译码终止等可能是FTD发病的原因。Van Swieten等[43]综述此类失语中GRN突变的临床和病理学改变，以区别此类遗传失语的不同类型。此外，GRN突变会导致TARDBP 积累的异常，但原因不明。

GRN突变引起的PPA 临床表征受到关注。Caso 等[44]研究1例携有GRN突变患者，发现主要症状为在日常交谈中出现词语提取困难，说话不流利，无法有效理解复杂或长句子等。依据现行标准，该患者临床诊断为非流利性PPA。随着研究深入，GRN突变近来还被用于临床筛选PPA患者[45]。

Cruchaga 等[46]对发展性非流利失语的研究发现，进行性非流利性失语(progressive nonfluent aphasia,PNFA)患者GRN基因突变导致蛋白质结构变异；进一步对比6例PNFA患者、4例基因突变携带者和9例对照的脑成像，基于体素的形态分析(voxel-based morphometry,VBM)发现，基因突变携带者大脑语言区明显萎缩，主要为大脑额叶，尤其是左额叶灰质减少；功能磁共振成像研究中，被试执行将语音转换成词的任务，发现基因突变携带者注意力分散，工作记忆有所损失。研究结果表明，Cys521Tyr 突变所关联的早期大脑损伤不限于语言区，与语言加工相关的认知功能也存在损伤。

3.2 C9基因序列重复扩增

C9基因与PPA 以及相关神经退行性疾病间似乎存在紧密关联[47-49]，其中最重要是C9基因序列重复扩增效应。C9基因突变与PPA 发病机制的相关性不仅得到基础研究证明，也获得临床数据支持。

ALS 和FTD 作为最常见的神经退行性疾病与C9基因相关[49]。已报道的几个患有常染色体显性FTD和ALS的家庭，遗传学上都与染色体9p21 区相关。这引发对于基因突变与PPA症状之间关系的探讨。

Orr[50]的综述提到，通过对相关患者的长期跟踪调查，染色体9p21 区的突变，即C9基因序列中六核苷酸的重复扩增，可能是造成PPA 相关失语症的主要原因。DeJesus-Hernandez等[48]对一个较大的FTD、ALS 家族(与染色体9p 有关)进行的长期调查发现，临床存在不同程度语言障碍的患者，C9基因均存在一个非解码的GGGGCC 六核苷酸重复扩增现象，即6 个DNA 碱基在不包含蛋白质生成指令的基因部分不断重复。正常情况下，六核苷酸可重复多达20 次，但一些患者却有数十甚至数百次重复。C9基因突变导致4%的散发性病症，某些群体中具有高遗传性的病症也由C9基因突变引起。

Renton等[49]发现，C9基因第一内含子中存在六核苷酸重复扩增；在芬兰患者中，46%家族性ALS和21.1%散发性ALS患者由于六核苷酸重复扩增变异导致；这些家族性ALS患者的欧洲远系亲属中，1/3 也出现C9基因突变。证明FTD、ALS 等PPA相关病症可能与C9基因突变有关。

但Majounie 等[47]对从全球17 个地区筛选出的4448 例ALS患者和1425 例FTD 患者，检测六核苷酸重复扩增，并收集患者相关神经退行性疾病的家族史材料等，发现C9基因六核苷酸重复扩增现象的比例并不大，大部分是欧美种族，只有1 例亚洲家族性ALS 患者(共20 例)和2 例家族性FTD 患者(共3 例)存在C9基因突变。C9orf72 六核苷酸重复扩增与PPA 的关系需要进一步研究。

Haeusler 等[51]发现，C9基因六核苷酸重复扩增结构的基因多态性是导致ALS 和FTD 的原因。该研究对ALS 和FTD 患者C9基因六核苷酸重复扩增的G-四链特性与ALS、FTD 病理缺陷的关系进行验证，发现这些患者都会出现不同程度的言语障碍和其他行为障碍。表明在DNA 和RNA 水平上，显著的C9基因六核苷酸重复扩增结构多态性会引发导致ALS 和FTD 的分子级联，从而引发相关神经退行性病。Zhou 等[52]发现，C9基因中核苷酸多态性导致的转录失败，是造成C9突变诱发ALS 和FTD 的潜在原因。这些研究证实C9 基因突变确实会导致ALS 和FTD 等PPA 相关疾病，表明C9基因突变是导致PPA相关疾病的关键因素。

3.3 C9基因序列重复扩增机制

C9基因突变导致PPA 等神经退行性疾病发生的具体机制目前仍然未知[53]。Xu 等[54]对果蝇和哺乳动物的实验研究证实，RNA 代谢中的六核苷酸重复扩增是引发退行性神经疾病的主要原因，其中嘌呤丰富元件结合蛋白(recombinant purine rich element binding protein,Pur-α)作为核苷酸重复的RNA 结合蛋白，与核苷酸重复，并以特定的顺序互相作用。另外，复双肽(dipeptide repeats,DPRs)蛋白也可能是病因之一。Mori 等[53]认为，从临床症状来看，C9基因突变导致的FTD 与其他类型FTD 患者只有非常细微的差别。除了TDP43 病理学改变外，C9基因突变相关FTD 患者出现大量TDP43 阴性、泛素结合蛋白p62 (ubiquitin-binding protein p62,P62)阳性的点状和星形包涵体，主要位于小脑、海马和额颞叶皮层，可能由易于聚集的DPRs 蛋白组成，后者由非编码的六核苷酸重复序列双向翻译形成，即RAN 翻译。通过使用特异性针对正义和反义DPRs的抗体，研究证实在缺乏自噬相关蛋白(autophagy-related protein,ATG)起始密码子时，六核苷酸扩增确实反向翻译形成5 种DPRs 蛋白。通过对DPRs 和TDP43 病理神经解剖学分布进行深入分析，发现DPRs包涵体病理学表现是C9基因重复扩增的直接结果；由RAN 翻译所致的DPRs 聚集是C9基因相关PPA的主要病理学特征。Bonham 等[55]发现，PPA 患者与语义知识丧失有关的基因表达，不但与TDP43相关基因间相互作用发生的常规变异相关，还与细胞死亡等整个神经系统变异相关。

六核苷酸重复序列与PPA 相关疾病的发病机制，主要表现为：①重复序列扩增可能干扰C9基因表达；②GGGGCC 序列可能会在某些RNA 位点聚集，阻断RNA 结合蛋白，破坏RNA功能；③在RNA 六个阅读框中的重复序列会被翻译进入蛋白，且不依赖于起始密码子ATG。这三者之间相互并不排斥，都有利于对PPA发病机制的探究。

3.4 其他基因变异

除了C9基因中非编码的六核苷酸重复扩增外，还存在与PPA 发病基因突变相关的另外两种解释——MAPT和PGRN。Whitwell 等[56]对56 例行为变异型FTD 患者(C9突变19 例，MAPT突变25例，PGRN突变12例)和20例散发性FTD患者(包括50%的ALS)行MRI扫描，这些患者语言产出均存在缺陷，表现为不同程度语法缺失等。研究发现，C9、MAPT和PGRN突变所引发的大脑萎缩区域不同，与对称萎缩有关的C9基因主要涉及背外侧、内侧和眶额叶，以及颞叶、顶叶、枕叶和小脑；MAPT突变主要涉及前内侧颞叶萎缩；PGRN突变主要涉及颞顶叶。Zhang 等[57]提出，核质运输可以作为神经退行性疾病的一个有效抑制器，提高蛋白质的核输入或抑制核输出都可以抑制该类疾病，核质运输能力损伤将导致该类疾病发生。

4 小结

上述研究为PPA 的临床诊治以及相关药物的开发提供了路径。对额颞叶变性详细的神经病理学研究已经引发对该类患者蛋白病理的研究。除明确C9基因序列中六核苷酸重复序列增加与PPA 存在直接关联外，已有研究发现这种重复序列已经形成新的蛋白质结构，而这种蛋白质结构成为近期研究的热点，甚至推测对新蛋白质结构的探究可以为药物治疗PPA 及相关疾病提供很好的靶标[51,53]。

综上所述，分子遗传学研究确定了与PPA 相关的5 个致病基因，其中MAPT、GRN和功能未知的C9基因最常发生突变，在VCP和CHMP2B中也确认了罕见的突变。由于PPA 较为复杂，结合临床特征、神经影像、生物和基因生物指标建立详细的诊断至关重要。

PPA 等神经退行性疾病剥夺了患者说话的权利。随着基因技术的飞速发展和临床研究的不断深入，PPA 等与基因变异密切相关失语症的发病机制正被逐渐揭开。寻找与语言障碍紧密相关的基因及其作用方式，可以用于评估个体发展中存在的语言发展性障碍，对符合PPA 临床和基因表现的个体做出早期干预，从临床康复、基因治疗等方面改善甚至恢复语言功能。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。