盧 芳 周世慧 劉樹民 (黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，黑龍江 哈爾濱 150040)

全球約1%～2%的60歲以上老人患有帕金森病(PD)〔1〕。其病理特征主要為黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元缺失以及在殘留神經(jīng)元中出現(xiàn)以路易小體(Lewy body)為主的包涵體，具有特定的臨床表現(xiàn)，如肌肉僵直、靜止性震顫、運(yùn)動遲緩、感覺異常等〔2〕。PD大多為散發(fā)性，但部分受遺傳因素影響而呈現(xiàn)家族性。目前在蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集、線粒體障礙、氧化應(yīng)激、免疫炎性異常、細(xì)胞凋亡等方面的研究均對PD的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行了較為系統(tǒng)的闡述。近年來，隨著分子遺傳學(xué)的發(fā)展及對遺傳性PD的深入研究，越來越多的PD致病基因被人們所認(rèn)知，如常染色體顯性基因：α-突觸核蛋白基因(SNCA)、泛素羧基末端水解酶L1基因(UCH-L1)、富亮氨酸重復(fù)激酶2(LRRK2)和常染色體隱性基因：PTEN誘導(dǎo)激酶1(PINK1)、parkin基因、DJ-1基因，使得PD發(fā)病機(jī)制的研究上升到一個新的高度。本文將就現(xiàn)階段PD致病基因的研究做一綜述。

1 常染色體顯性基因

1.1SNCA基因 SNCA基因位于染色體4q21-q23上，已先后從3個不同家系PD的SNCA基因中鑒定出3個突變體A53T、A30P和E46K〔3〕，而對于散發(fā)性PD患者的SNCA進(jìn)行的研究未發(fā)現(xiàn)A53T、A30P突變異?！?〕，因此SNCA對家族性PD的發(fā)生和發(fā)展有著密切的關(guān)系。另有研究表明SNCA基因的數(shù)量及相應(yīng)蛋白的水平對家族性PD的發(fā)病有著不同程度的影響，SNCA基因的多倍體會導(dǎo)致常染色體顯性PD，SNCA基因二倍體的家族性患者的進(jìn)程明顯嚴(yán)重于散發(fā)的患者，有嚴(yán)重的意識下降和嚴(yán)重PD。SNCA基因三倍體型患者在年輕時就已發(fā)病，并且對左旋多巴的治療沒有效果〔5，6〕。

現(xiàn)代研究表明由SNCA基因的過表達(dá)或突變引起的α-突觸核蛋白的聚集可產(chǎn)生細(xì)胞毒性從而引起神經(jīng)元壞死，目前研究認(rèn)為α-突觸核蛋白寡聚中間體是其毒性成分而并非α-突觸核蛋白聚集體〔7〕。該類寡聚中間體被稱之為初原纖維，富含β片層結(jié)構(gòu)，相比較于α-突觸核蛋白單體與酸性磷脂膜的結(jié)合能力更強(qiáng)，且可引起泡膜的瞬時透性及膜內(nèi)包含物的外滲〔8〕，A53T及A30P的突變均有助于此類中間體的生成〔9〕。因此可以由上推斷SNCA基因?qū)τ赑D發(fā)病的影響主要體現(xiàn)于其編碼的α-突觸核蛋白所發(fā)生一系列病理變化及由這些病理變化所引起的神經(jīng)元凋亡和神經(jīng)功能障礙，且這些變化在家族性PD的發(fā)生和發(fā)展過程中起著更為重要的作用。

1.2UCH-L1基因 UCH-L1主要作用是將小的羧基結(jié)合物水解成自由的泛素單體，UCH-L1的表達(dá)與神經(jīng)元之間存在緊密聯(lián)系，與其相關(guān)的基因點(diǎn)突變與遺傳性PD關(guān)系緊密〔10〕。

Leroy等〔11〕在一個德國家系發(fā)現(xiàn)UCH-L1I93M錯義突變會導(dǎo)致PD的發(fā)生，研究表明〔12〕I93M會改變蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)從而降低泛素羧基末端水解酶的水解功能，該酶由UCH-L1基因編碼，是泛素蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)的重要組成部分，對異常蛋白的清除有著非常重要的作用，而UPS功能缺失導(dǎo)致的細(xì)胞中錯誤蛋白的聚集及其相互之間異常作用被認(rèn)為是神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制。Setsuie等〔13〕在對UCH-L1I93M轉(zhuǎn)基因小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)多巴胺神經(jīng)元有進(jìn)行性丟失，同時證明了UCH-LI93M與細(xì)胞功能的蛋白的突變而導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病的相關(guān)性。Maraganore等〔14〕發(fā)現(xiàn)UCH-L1基因突變時18位殘基呈現(xiàn)多態(tài)性(S18 Y)，這種多態(tài)性分布呈現(xiàn)地域性，且具有保護(hù)作用，能夠降低PD的發(fā)病概率。但Maraganore等〔15〕的后續(xù)研究又認(rèn)為UCH-L1基因是PD的易感基因，前后兩種研究結(jié)果截然相反，表明對于S18Y的研究尚不成熟，仍有大量工作要做。以上研究表明SCH-L1與PD的發(fā)生關(guān)系密切，但機(jī)制尚不成熟，有待進(jìn)一步的研究。

1.3LRRK2 LRRK2基因位于12號染色體p11.2-p13.1，含有51個外顯子，具有較高的突變率。LRRK2基因突變是遺傳性PD最常見的發(fā)病原因〔16〕，首次發(fā)現(xiàn)于一個日本家系中。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)多種基因突變與PD的發(fā)生關(guān)系密切，如G2019S突變〔17～19〕、G2385R〔20〕突變、R1441C/G突變等。隨后的研究表明LRRK2基因突變的比例在家族性PD中高于散發(fā)性PD，國際LRRK2基因研究中心研究表明散發(fā)性PD患者和家族性PD患者G2019S突變的概率分別為1%和4%，最高頻率發(fā)現(xiàn)在北非阿拉伯人(36%)和德系猶太人(28%)〔21～24〕。這些研究同時表明LRRK2基因突變類型和發(fā)病頻率存在人種差異且病理改變呈現(xiàn)多樣性。王香明等〔25〕通過歸納總結(jié)認(rèn)為LRRK2基因會在以下幾個方面發(fā)揮功能：調(diào)節(jié)神經(jīng)突的形態(tài)、調(diào)控突觸囊泡內(nèi)吞過程、MAPKKK活性、調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和分裂、磷酸化微蛋白、調(diào)控自噬、磷酸化α-synuclein，這些功能均與PD的發(fā)生有著密切的關(guān)系。LRRK2基因編碼的蛋白由2 526個氨基酸組成，該蛋白由7個功能域組成，分別為ANK、LRR、ROC、COR、MAPKKK和WD-40〔26，27〕。這些功能域可參與蛋白之間的相互作用，其重復(fù)序列可調(diào)節(jié)GTP酶和蛋白激酶的活性，因此LRRK2基因的突變會導(dǎo)致相關(guān)功能域結(jié)構(gòu)上的改變從而影響其正常功能的發(fā)揮，由該突變引起的激酶活性的改變已被證實(shí)是PD的重要發(fā)病機(jī)制。由于LRRK2基因發(fā)現(xiàn)時間較短，因此有需要對LRRK2基因進(jìn)行深入的研究，以便更為清楚地闡述其致病機(jī)制。

2 常染色體隱性基因

2.1PINK1基因 Valente等〔28〕在一個意大利家系中發(fā)現(xiàn)了PINK1基因，該基因位于1號染色體短臂1p35-36區(qū)域。PINK1基因突變種類較多，目前已知的就有34種以上。PINK1基因突變是早發(fā)性家族PD中非常重要的影響因素〔29，30〕，為第二常見的病因，基因突變以純合或復(fù)合雜合突變較為常見，但在不同種族中突變頻率差距較大，從2.9%到29%不等〔31～33〕。在散發(fā)性PD中PINK1基因突變的作用亦被證實(shí)，其突變以單個雜合突變?yōu)橹?，突變頻率呈現(xiàn)地域性差異〔34～36〕。PINK1基因突變所致PD臨床特征明顯，對小劑量左旋多巴治療反應(yīng)良好且作用持久。

PINK1基因編碼的蛋白由581個氨基酸組成，可分為3個結(jié)構(gòu)域線粒體定位結(jié)構(gòu)域、蛋白激酶結(jié)構(gòu)域和羧基結(jié)構(gòu)域，其中已確定PINK1的基因突變大多位于蛋白激酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)〔32，37〕，突變會造成該結(jié)構(gòu)域功能缺失并最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。對于PINK1基因突變導(dǎo)致PINK1蛋白功能障礙所致PD發(fā)病機(jī)制的研究尚不成熟，現(xiàn)階段有能量缺乏假說、氧化應(yīng)激作用和細(xì)胞凋亡途徑等相關(guān)學(xué)說，盡管這些研究還無法解釋PINK1基因突變的致病機(jī)制，但在很大程度上已促進(jìn)了PINK1基因及其蛋白研究的進(jìn)展。

2.2parkin基因 parkin基因已被確認(rèn)為常染色體隱形遺傳性青年型帕金森綜合征(AR-JP)的致病基因〔38〕，該基因由位于染色體6q25.2-27的PARK2位點(diǎn)編碼，由Kitada等〔39〕首次發(fā)現(xiàn)并成功克隆出來。parkin基因有12個外顯子，具有多個突變位點(diǎn)，其中4號外顯子的突變類型又可分為突變?nèi)笔Ш忘c(diǎn)突變，分別是家族性及散發(fā)性PD parkin基因突變的表現(xiàn)類型。parkin基因突變亦具有多態(tài)位點(diǎn)，有研究〔40〕表明早發(fā)性PD患者S/N167多態(tài)位點(diǎn)等位基因A和含A基因頻率分布明顯高于對照組，并據(jù)此得出parkin基因S/N167多態(tài)性與PD遺傳易患性有關(guān)。parkin基因與早發(fā)性PD關(guān)系密切，隨著年齡的增長呈現(xiàn)下降趨勢，研究認(rèn)為純合子parkin基因的刪除、移位、錯義突變等突變形式是導(dǎo)致AR-JP的重要原因〔41〕。

parkin基因所編碼的parkin蛋白由465個氨基酸組成，是一種E3泛素蛋白連接酶〔42，43〕，在泛素-蛋白水解酶復(fù)合體通路(UPP)中發(fā)揮重要的作用。通常情況下parkin蛋白的底物蛋白經(jīng)UPP途徑會降解掉，但parkin基因突變會造成parkin蛋白功能障礙從而導(dǎo)致蛋白底物不能被正常降解而產(chǎn)生聚集，并最終會導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。目前已發(fā)現(xiàn)鑒定出5個parkin蛋白底物，對于搞清PD發(fā)病機(jī)制起到了至關(guān)重要的作用。對于parkin蛋白功能障礙如何引起PD病的機(jī)制尚不清楚。

2.3DJ-1基因 Nagakubo等〔44〕等首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了DJ-1基因，研究表明DJ-1基因突變與常染色體隱性家族性早發(fā)PD聯(lián)系緊密〔45〕。隨后在對荷蘭和意大利〔46，47〕兩個家族性常染色體隱性遺傳PD的研究中先后確定了基因位點(diǎn)PARK7和DJ-1基因。DJ-1基因位于染色體1p36.2-p36.3，具有8個外顯子，到目前為止已在不同地區(qū)、不同家系家族性PD中發(fā)現(xiàn)了多種基因突變，如錯義突變、截短突變等。DJ-1基因突變頻率較低，在家族性及散發(fā)性早發(fā)PD中均已檢測到基因突變，但在晚發(fā)PD中尚未發(fā)現(xiàn)DJ-1基因突變，據(jù)此認(rèn)為DJ-1基因突變并不是晚發(fā)PD中的重要致病因素〔48〕。研究表明DJ-1基因具有抗氧化損傷和對線粒體保護(hù)的作用，對氧化應(yīng)激的敏感型與其表達(dá)水平密切相關(guān)，過表達(dá)會增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化能力從而避免細(xì)胞的死亡〔49〕。 DJ-1基因的突變均會使其正常功能產(chǎn)生障礙并最終導(dǎo)致PD的發(fā)生。

DJ-1基因所編碼的DJ-1蛋白由189個氨基酸組成，屬于DJ-1/ThiJ/PfpI超家族，DJ-1蛋白在人體內(nèi)分布較為廣泛〔50〕。DJ-1基因突變會導(dǎo)致DJ-1蛋白無法折疊形成正確的二聚體，從而易被UPS系統(tǒng)所降解，從而影響其正常功能的發(fā)揮并最終導(dǎo)致病變，有關(guān)DJ-1突變對DJ-1蛋白的影響研究并不是很充分，而將此方面研究必然有利于闡述DJ-1基因?qū)D的致病機(jī)制。

3 參考文獻(xiàn)

1Cardo LF，Coto E，de Mena L，etal.A search for SNCA 3′ UTR variants identified SNP rs356165 as a determinant of disease risk and onset age in Parkinson's disease〔J〕.J Mol Neurosci，2012；47(3):425-30.

2Daher JP，Ying M，Banerjee R，etal.Conditional transgenic mice expressing C-terminally truncated human α-synuclein(αSyn119) exhibit reduced striatal dopamine without loss of nigrostriatal pathway dopaminergic neurons〔J〕.Mol Neurodegener,2009；4:34.

3Moore DJ，West AB，Dawson VL，etal.Molecular pathophysiology of Parkinson's disease〔J〕.Annu Rev Neurosci,2005；28：57-87.

4Nishioka K,Hattori N.Relationship between alpha-synuclein and Parkinson's disease〔J〕.Brain Nerve,2007；59(8)：825-30.

5Antonini A，Pilleri M，Padoan A，etal.Successful subthalamic stimulation in genetic Parkinson's disease caused by duplication of the α-synuclein gene〔J〕.J Neurol，2012；259(1):165-7.

6張 穎,胡國華,陳秋惠,等.家族性帕金森病一家系的臨床特征及PARK1基因突變分析〔J〕.2010；30(3):299-301.

7Ulmer TS，Bax A.Comparison of structure and dynamics of micel lebound human alpha-synuclein and Parkinson disease variants〔J〕.J Biol Chem，2005；280(52)：43179-87.

8Volles MJ，Lee SJ，Rochet JC，etal.Vesicle permeabilization by protofibrillar alpha-synuclein：implications for the pathogenesis and treatment of Parkinson's disease〔J〕.Biochemistry，2001；40(26)：7812-29.

9Conway KA，Harper JD，Lansbury PT.Accelerated in vitrofibril formation by a mutant alpha-synuclein linked to early-onset Parkinson disease〔J〕.Nat Med，1998；4(11):1318-20.

10Andersson FI，Jackson SE，Hsu ST.Backbone assignments of the 26 kDa neuron-specific ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase L1(UCH-L1)〔J〕.Biomol NMR Assign,2010；4(1):41-3.

11Leroy E，Boyer R，Auburger G，etal.The ubiquitin pathway in Parkinson's disease〔J〕.Nature，1998；395(6701):451-2.

12Nishikawa K，Li H，Kawamura R，etal.Alterations of structure and hydrolase activity of parkinsonism-associated human ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase L1 variants〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2003；304(1):176-83.

13Setsuie R，Wang YL，Mochizuki H，etal.Dopaminergic neuronal loss in transgenic mice expressing the Parkinson' s disease-associated UCH-L1 I93M mutant〔J〕.Neurochem Int，2007；50(1):119-29.

14Maraganore DM，F(xiàn)arrer MJ，Hardy JA，etal.Case-control study of the ubiquitin carboxyterminal hydrolase L1 gene in Parkinson's disease〔J〕.Neurology,1999；53(8):1858-60.

15Maraganore DM，Lesnick TG，Elbaz A，etal.UCH-L1 is a Parkinson's disease susceptibility gene〔J〕.Ann Neural，2004；55(4):512-21.

16Healy DG，F(xiàn)alchi M，O'Sullivan SS，etal.Phenotype，genotype，and worldwide genetic penetrance of LRRK2-associated Parkinson's disease：a case-control study〔J〕.Lancet Neurol,2008；7(7):583-90.

17Rudenko IN，Chia R，Cookson MR.Is inhibition of kinase activity the only therapeutic strategy for LRRK2-associated Parkinson's disease〔J〕?BMC Med，2012；10:20.

18Fung HC，Chen CM，Hardy J，etal.Lack of G2019S LRRK2 mutation in a cohort of Taiwanese with sporadic Parkinson's disease〔J〕.Mov Disord，2006；21:880-1.

19Goldwurm S，Zini M，Mariani L，etal.Evaluation of LRRK2 G2019S penetranee：relevance for genetic counseling in Parkinson disease〔J〕.Neurology，2007；68(14)：1141-3.

20Di Fonzo A，Wu-Chou YH，Lu CS，etal.A common missense variant in the LRRK2 gene，Gly2385Arg，associated with Parkinson's disease risk in Taiwan〔J〕.Neurogenetics，2006；7(3):133-8.

21Hely MA，Reid WG，Adena MA，etal.The Sydney multicenter study of Parkinson's disease：the inevitability of dementia at 20 years〔J〕.Mov Disord,2008；23(6):837-44.

22Poulopoulos M，Cortes E，Vonsattel JP，etal.Clinical and pathological characteristics of LRRK2 G2019S patients with PD〔J〕.J Mol Neurosci，2012；47(1):139-43.

23Lesage S，Dürr A，Tazir M，etal.LRRK2 G2019S as a cause of Parkinson's disease in North African Arabs〔J〕.N Engl J Med,2006；354(4):422-3.

24Ozelius LJ，Senthil G，Saunders-Pullman R，etal.LRRK2 G2019S as a cause of Parkinson's disease in Ashkenazi Jews〔J〕.N Engl J Med,2006；354(4):424-5.

25王香明，王巧丹，汪曉燕.帕金森相關(guān)基因功能研究進(jìn)展〔J〕.遺傳，2010；32(8)：779-84.

26Farrer MJ.Genetics of Parkinson disease：paradigm shifts and future prospects〔J〕.Nat Rev Genet，2006；7(4)：306-18.

27Larsen K，Madsen LB.Sequence conservation between porcine and human LRRK2〔J〕.Mol Biol Rep,2009；36(2):237-43.

28Valente EM，Bentivoglio AR，Dixon PH，etal.Localization of a novel locus for autosomal recessive early-onset parkinsonism.PARK6，on human chromosome lp35-p36〔J〕.Am J Hum Genet，2001；68(4)：895-900.

29Cazeneuve C，Sn C，Ibrahim SA，etal.A new complex homozygous large rearrangement of the PINK1 gene in a Sudanese family with early onset Parkinson's disease〔J〕.Neurogenetics,2009；10(3):265-70.

30Choi JM，Woo MS，Ma HI，etal.Analysis of PARK genes in a Korean cohort of early-onset Parkinson disease〔J〕.Neurogenetics,2008；9(4):263-9.

31Hatano Y，Li Y，Sato K，etal.Novel PINK 1 mutations in early-onset parkinsonism〔J〕.Ann Neurol，2004；56(3):424-7.

32Healy DG，Abou-Sleiman PM，Gibson JM，etal.PINK 1(PARK 6) associated Parkinson disease in Ireland〔J〕.Neurology，2004；63(8):1486-8.

33Valente EM，Brancati F，Caputo V，etal.PARK 6 is a common cause of familiar parkinsonism〔J〕.Neurol Sci，2002；23：S117-S8.

34Bonifati V，Rohe CF，Breedveld GJ，etal.Early-onset parkinsonism associated with PINK 1 mutations:frequency，genotypes,and phenotypes〔J〕.Neurology，2005；65(1):87-95.

35Prestel J，Gempel K，Hauser TK，etal.Clinical and molecular characterisation of a Parkinson family with a novel PINK1 mutation〔J〕.J Neurol,2008；255(5):643-8.

36von Coelln R，Dawson VL，Dawson TM.Parkin-associated Parkinson's disease〔J〕.Cell Tissue Res,2004；318(1)：175-84.

37Rogaeva E，Johnson J，Lang AE，etal.Analysis of the PINK 1 gene in a large cohort of cases with Parkinson disease〔J〕.Arch Neurol，2004；61(12):1898-904.

38Fung HC，Chen CM，Hardy J，etal.Analysis of the PINK 1 gene in a cohort of patients with sporadic early-onset parkinsonism in Taiwan〔J〕.Neurosci Lett，2006；394(1):33-6.

39Kitada T，Asakawa S，Hattori N，etal.Mutations in the parkin gene cause autosomal recessive juvenile parkinsonism〔J〕.Nature，1998；392(6676):605-8.

40Moore DJ，Dawson VL，Dawson TM.Genetics of Parkinson's disease：what do mutations in DJ-1 tell us〔J〕.Ann Neurol，2003；54(3):281-2.

41洪 雁，張本恕.Parkin基因多態(tài)性與帕金森病遺傳易患性關(guān)系的研究〔J〕.中國現(xiàn)代神經(jīng)疾病雜志，2006;6(4)：291-4.

42Shimura H，Hattori N，Kubo S，etal.Familial parkinson diseasegene product，parkin，is a ubiquit in-protein ligase〔J〕.Nat Genet，2000；25(3):302-5.

43Moore DJ，West AB，Dawson VL，etal.Molecular pathophysiology of Parkinson's disease〔J〕.Annu Rev Neurosci，2005；28:57-87.

44Nagakubo D，Taira T，Kitaura H，etal.DJ-1，a novel oncogene which transforms mouse NIH3 T3 cells in cooperation with ras〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，1997；231(2):509-13.

45Yamaguchi H，Shen J.Absence of dopaminergic neuronal degeneration and oxidative damage in aged DJ-1-deficient mice〔J〕.Mol Neurodegener,2007；2:10.

46van Duijn CM，Dekker MC，Bonifati V,etal.PARK7，a novel locus for autosomal recessive early-onset parkinsonism，on chromosome 1p36〔J〕.Am J Hum Genet，2001；69(3)：629-34.

47Bonifati V，Rizzu P，van Baren MJ，etal.Nutations in the DJ-1 gene associated with autosomal recessive early-onset parkinsonism〔J〕.Science，2003；299(5604)：256-9.

48Morris CM，O'Brien KK，Gibson AM，etal.Polymorphism in the human DJ-1 gene is not associated with sporadic dementia with Lewy bodies orParkinson's disease〔J〕.Neurosci Lett，2003；352(2):151-3.

49Zhou W，F(xiàn)reed CR.DJ-1 upregulates glutathione synthesis during oxidative stress and inhibits A53T alpha-synuclein toxicity〔J〕.J Biol Chem，2005；280：43150-8.

50Keyser RJ，van der Merwe L，Venter M，etal.Identification of a novel functional deletion variant in the 5'-UTR of the DJ-1 gene〔J〕.BMC Med Genet,2009；10:105.