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特发性震颤的遗传学研究

2022-11-27林雨洁

医学信息 2022年9期
关键词:表型变异神经元

林雨洁,刘 红,王 钰

(1.长治医学院附属和平医院神经内科,山西 长治 046000;2.天津医科大学总医院神经内科,天津 300052)

特发性震颤(essentialtremor,ET)是成人常见的运动障碍疾病,全世界的发病率约为0.9%,其特征为双侧上肢孤立的姿势和/或运动性震颤,伴或不伴其他部位(如头部、声音或下肢)的震颤[1],频率一般在4~12 Hz。患病率随着年龄的增长而显著增加,65岁或65 岁以上人群的患病率为4.6%。传统观点认为ET 是单一的运动障碍疾病,然而其具有复杂的临床特征,除了运动症状,非运动症状也越来越受到人们的关注。最常见的伴随着神经心理特征,例如,认知障碍、抑郁、焦虑、睡眠障碍和疲劳[2,3]。ET 常严重影响个人的生活质量,且初步诊断为ET 后发展为帕金森病(PD)的风险是正常人的4 倍[4]。因此,对其发病机理的研究显得尤为重要。ET 的遗传模式是孟德尔常染色体显性遗传,且有50%~70%的ET 为家族性的[5]。研究表明[6],ET 在同卵双生子中的发生率为69%~93%,在异卵双生子中的发生率为27%~29%。其发病很可能是由于复杂的遗传因素与各种细胞和环境因素相互作用而导致涉及小脑-丘脑-皮质通路的回路功能异常所导致的结果[7]。连锁分析和全基因组关联研究(GWASs)已经确定了几个风险变异。到目前为止,在ET 家系中发现了3 个基因位点:3q13 上 的ETM1、2p24.1 上 的ETM2 和6p23 上的1 个。这些位点上的多个候选基因包括多巴胺D3 受体基因(DRD3)和HS1 结合蛋白3 基因(HS1BP3)的变异增加了ET 的风险[8]。然而,这些基因还没有在其他ET 家族或队列中产生一致的结果。病理学和遗传学的研究,为ET 的发病机制提供了新的思路,遗传易感性很可能是其主要的致病原因。因此,进行ET 遗传学分析有助于进一步研究其病理生理机制,为ET 的诊断和治疗奠定基础,也能为将来新型药物的研究,提供一定的依据。

1 LINGO1

富含亮氨酸重复序列和含勿动蛋白lg 域的受体作用蛋白基因成员1(leucine rich repeat and Ig domain containing 1,LINGO1)由染色体15q24 上的1 个基因编码,该基因有12 个富含亮氨酸的重复结构域、1 个免疫球蛋白结构域和1 条短的细胞质尾巴。LINGO1 是一种跨膜蛋白,选择性地在中枢神经系统的神经元和少突胶质细胞上表达[9],与富亮氨酸重复蛋白激酶2 基因(LRRK2;OMIM ref*609007)在结构上有相似之处,后者已与家族性PD 连锁[10]。LINGO1 对神经元存活有很强的负性调节作用,其除了影响成人的少突胶质细胞成熟或轴突延伸抑制外,还可能参与神经元发育的活动[11]。全基因组与LINGO1 基因标记的显著相关性表明,ET 的一个致病机制可能与LINGO1 缺陷引起的轴突功能受损有关,这些缺陷通过结合与Nogo-66 受体(NgR1)结合,改变了轴突生长、髓鞘形成或神经元存活[9]。

一些独立的研究中已经观察到LINGO1 基因的遗传变异与患ET 的风险之间存在一定的联系。一项对冰岛ET 患者进行的GWASs 表明,位于LINGO1基因内含子区域的2 个SNPs rs9652490 和rs11856808 与该病有关。随后的研究分析了来自欧洲和美国另外4 个ET 家系中的LINGO1 SNPs,表明只有rs9652490 与ET 的遗传关联仍然显著[12]。另外有研究显示[13],rs9652490 的G 等位基因不仅与家族性ET 的关联,同时发现携带2 个G 等位基因的个体至少有3 倍的风险,而与散发性ET 无关。然而,随后对亚洲、西班牙、加拿大家族性ET 患者进行的研究,并不支持该位点变异与ET 的相关性[6]。即使LINGO1 rs9652490 在最初的研究中显示出与ET 很高的关联性,但在后来的研究中,未发现有准确的显著相关性。因此,需要使用更大样本量的GWASs 来评估普通遗传变异是否易患ET。

2 FUS

肉瘤融合基因(fused in sarcoma,FUS)基因位于16 号染色体上,是人类脂肪肉瘤中的融合癌基因,其包含15 个外显子,编码1 个由526 个氨基酸组成的蛋白质,其属于FET 蛋白家族,还包括Ewing RN结合蛋白(EWS)和TATA 结合蛋白相关因子2N(由TAF15 编码)。虽然FUS 的确切生理功能尚未完全阐明,但越来越多的证据表明,FUS 参与了多种细胞过程,包括细胞增殖、DNA 修复、转录调控以及多水平的RNA 和microRNA 过程[14]。编码RNA 结合蛋白的FUS 基因变异已被确认为肌萎缩侧索硬化症(ALS)、ET 和罕见形式的额颞叶变性(FTLD)的致病或危险因素[15]。这些发现表明FUS 可能在神经退行性疾病中起普遍作用。

有研究对一个大的ET 家系进行了外显子组测序,发现FUS 的突变是导致该家系ET 的原因[16]。然而,对北美早发性ET 患者的测序分析并未得出支持性的结果。Rajput A 等[17]对加拿大ET 患者的研究,为FUS 突变在ET 中的作用提供了支持。然而在2015 年一项对欧洲家族性ET 患者进行的FUS基因测序研究并没有发现影响FUS 蛋白结构或位于剪接位点的新的错义变异或其他变异[18]。随后,Yan YP 等[19]对我国东部的ET 患者进行FUS 基因测序后,检测到2 个同义编码SNPs(rs741810 和rs1052352),该研究发现FUS 基因中的rs1052352增加了华东地区ET 的风险。尽管如此,这种同义变异是否会导致ET 的发生仍是未知数。FUS 突变的病例显然是零星的,这种突变相关疾病的外显率很低,其与ET 的相关性有待于进一步研究。

3 HTRA2

HTRA2 丝氨酸肽酶2 基因(HtrA serine peptidase 2,HTRA2)编码458aa 的丝氨酸蛋白酶,位于线粒体膜间隙。在凋亡刺激下,HTRA2 蛋白从线粒体释放到胞浆中,与凋亡抑制蛋白结合,启动细胞凋亡[20]。多条证据表明HTRA2 与PD 有关。在mnd2 小鼠模型中,HtrA2 p.S275C 导致蛋白酶活性丧失,并导致运动神经元变性表型,表现为共济失调、重复运动和运动不稳[21]。此外,由于纹状体神经元的丢失,HTRA2基因敲除的小鼠表现出PD 的特征[21,22]。基于这些功能,由于2 个错义突(HTRA2p.G399S 和HTRA2p.A141S)都导致线粒体功能障碍、线粒体形态改变和蛋白酶活性降低[23]。Unal Gulsuner H 等[24]在1 个土耳其ET 家系中研究发现,HTRA2 的1 个变异[c.1195G>A(p.G399S);rs72470545]能引起ET。在杂合子和纯合子状态下均可发现p.G399S 替换,且拷贝数与纯合子个体发病年龄较早、震颤程度较重相关。然而,一项对挪威西部PD 和ET 患者的研究,并不支持HTRA2 p.G399S 替换与震颤之间的联系[25]。同样,Renaud M 等[26]进行的队列研究,也并不支持HTRA2p.G399S 变异是ET 的危险因素。通过以上一系列研究,HTRA2 可能不是家族性ET 或PD 的1 个原因。仍需要更大样本量的研究来分析HTRA2 在我国和世界其他地方的ET 和PD 中的作用。

4 TENM4

固生跨膜蛋白4 基因(TENM4)是轴突引导和髓鞘形成的调节因子,TENM4 基因敲除的小鼠表现出ET 表型,这表明轴突引导在ET 中很重要[27]。Hortmann M 等[20]通过结合全外显子测序和靶向测序,在西班牙多代家系中发现了3 个与疾病表型部分分离的不同错义突变,并在病例中发现了另外9个罕见的错义变异。随后的一项对加拿大人的研究,观察到2 例ET 患者分别携带突变c.4895G>A 和c.5287G>A,此外,还发现了单个患者携带的34 号外显子(p.Q2552X)的1 个新的无义变异。然而,一项对法国ET 患者进行HTRA2 基因测序分析,并未发现任何突变位点[26]。随后,Houle G 等[28]在加拿大ET患者中发现了许多罕见的错义变异,但ET 患者与对照组之间的并不存在显著差异。

虽然一些研究报告在ET 病例中TENM4 的编码序列中有多种罕见的变异,但这种突变在普通人群中也相对常见。这可能是因为TENM4 是1 个包含34 个外显子的大基因,总共编码2769 个氨基酸。这里发现的TENM4 变异的性质,以及它们在ET 病例和对照个体中的分布缺乏相关性,表明大多数变异不会显著影响它们编码的蛋白质的功能。需要对世界范围内更多的ET 人群进行进一步的研究,以进一步确定TENM4 在ET 发病机制中的相关性。

5 STK32B

丝氨酸/苏氨酸激酶32B 基因(serine/threonine kinase 32B,STK32B)位于520kb 的缺失区域,其生物功能尚不清楚,但它已被证明与PHF21A 发生物理作用,PHF21A 是BRAF-组蛋白去乙酰化酶抑制复合物(BHC)的成员,在神经发育过程中高度表达。STK32B 蛋白是人类N-肉豆蔻化蛋白之一,已知其在不同的信号和转导途径中发挥着作用[29]。GWAS 发现了STK32B 的1 个重要位点,并发现ET 患者与健康对照组相比在小脑组织中过度表达STK32B,这表明STK32B 在ET 中具有潜在的意义[30]。一项对ET患者的研究,发现ET 患者脑组织中STK32B 的表达显著高于对照组[31]。然而,欧洲的一项研究,仅在对照个体的STK32B 中发现了1 个罕见的非移码缺失,对从家族性ET 病例队列中获得的数据检查和病例对照研究分析均未发现与ET 相关STK32B 基因的变异[32]。为了解过度表达STK32B mRNA 的影响,并确定与ET 相关的潜在途径,Liao C 等[33]在人小脑DAOY 细胞中过度表达了STK32B RNA,发现轴突引导、钙离子跨膜转运和嗅觉转导等几条通路显著丰富。过度表达的STK32B,可能参与了相关的ET 途径和基因。此外,还鉴定了先前涉及的ET 基因,这些基因通过STK32B 的过度表达而表达失调,这表明过度表达的STK32B 可能具有相关的下游效应。

尽管在STK32B 基因中发现了一些罕见的编码变异,但并没有揭示这些变异对ET 有累积效应。考虑到ET 的遗传异质性,可能并不是所有的ET 患者都有STK32B 的过度表达,可以增加对更大队列的检测能力,以进一步验证这些基因。并且DAOY 细胞是一种癌细胞系,可能不是理解浦肯野细胞转录组的理想模型。未来关于STK32B 过度表达的影响的研究可能会利用诱导的多能干细胞分化成具有浦肯野细胞特性的细胞,并且进一步研究STK32B 可能如何与其他基因相互作用是有必要的。

6 NOTCH2NLC

NOTCH2NLC 基因编码一种分泌性多肽,其结构与NOTCH2 基因N 端相似,具有四种同源基 因:NOTCH2NLA,NOTCH2NLB,NOTCH2NLC 和NOTCH2NLR(14%的人缺乏),它们在人类皮质祖细胞中高度表达。Noch 信号对大脑发育至关重要,它决定了神经前体细胞增殖和神经元分化的时间和持续时间。NOTCH2NL 基因的缺失和复制与神经发育表型有关,1q21.1 位点基因组稳定性的丧失,会导致神经发育障碍[34]。NOTCH2NLC 重复扩增的存在与神经元核内包涵体病相关,神经元核内包涵体病是一种神经退行性疾病,其特征是神经元和胶质细胞中的嗜酸性核内包涵体。NIID 的临床表现包括痴呆、尿失禁和神经病变;有时还会伴有震颤和共济失调[35]。NOTCH2NLC 基因除GGC 序列重复扩增超过65 次外,还有GGA 和AGC 两种重复中断形式[36-38]而携带致病性NOTCH2NLC GGC41 到64 个重复序列的扩增的散发性PD 病患者可以出现典型的帕金森病,且这部分患者对低剂量左旋多巴反应良好,不出现药物相关的并发症[39]。Ng ASL 等[40]在ET 患者中检测到NOTCH2NLC 基因GGC 序列重复扩增(>80 个单位)。且发现GGC 重复扩增可与散发性ET相关,出现纯ET 表型的携带者可能会也可能不会在最初震颤开始后40 年内转为神经元核内包涵体病。Sun QY 等[41]也观察到,NOTCH2NLC 基因50 区GGC 序列的扩增与ET 有关,并且与NIID 相比,家族性ET 患者中GGA 中断的频率要低得多。临床上,GGC 重复扩增异常的先证者震颤表型较重,日常生活活动能力较低。NOTCH2NLC 基因中GGC 重复扩增为何导致不同表型,其机制仍不清楚。GGC重复扩增和中断的频率是否在这些表型中是否起重要作用尚不清楚。这些都有待于进一步研究。

7 总结

ET 相关致病基因/易感基因的研究仍缺乏一致性的结果,主效基因仍不明确,在不同种族人群中ET 致病基因/易感基因存在较大差异。其可能原因有:ET 缺乏严格与精准的诊断标准;ET 缺乏可靠的生物标记物(病理,影像等);ET 临床表现的高度异质性;ET 家系内较高的拟表型化;更加复杂的遗传模式。希望以后的基因测序技术,可以阐明ET 的遗传结构、发病机制、分型等,为ET 的诊断和治疗奠定基础,为将来新型药物的研究,提供一定的依据。

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