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天使綜合征的發(fā)病機(jī)制與治療研究進(jìn)展☆

2017-01-15 00:00趙炳昊涂懷軍殷小平
關(guān)鍵詞:泛素染色體靶向

趙炳昊涂懷軍○☆殷小平

·綜述·

天使綜合征的發(fā)病機(jī)制與治療研究進(jìn)展☆

趙炳昊*涂懷軍*○☆殷小平*

天使綜合征UBE3A基因靶向治療

天使綜合征(angelman syndrome,AS)是一種較為罕見(jiàn)的嚴(yán)重神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病,多見(jiàn)于兒童,臨床上主要表現(xiàn)為發(fā)育遲緩、智力低下、孤獨(dú)內(nèi)向、吞咽困難、語(yǔ)言和運(yùn)動(dòng)功能障礙、癲癇等癥狀。染色體15q11-q13區(qū)段的UBE3A基因異常是該病發(fā)生的主要因素,但是對(duì)該病的發(fā)病機(jī)制尚未形成統(tǒng)一的學(xué)說(shuō),并且這種神經(jīng)精神性疾病的治療仍然是臨床中難點(diǎn)之一,目前已有資料反映出分子靶向治療具有更好的前景,可能會(huì)是未來(lái)工作的重點(diǎn)與突破點(diǎn)。本文就天使綜合征的發(fā)病機(jī)制與治療研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,提取出目前較為有價(jià)值的發(fā)病機(jī)制假說(shuō),探討潛在的治療方案,并著重關(guān)注本病的分子靶向治療,借以幫助臨床醫(yī)生加深對(duì)本病的認(rèn)識(shí)。

1 AS疾病概述

AS又稱(chēng)“快樂(lè)木偶綜合征”,英國(guó)醫(yī)師HARRY ANGELMAN最先在兒童中發(fā)現(xiàn)該病并且進(jìn)行系統(tǒng)的報(bào)道,該病也以他的名字命名[1]。從世界范圍內(nèi)的發(fā)病情況分析,AS的發(fā)病率約為1/50000~1/24000,而我國(guó)尚未對(duì)AS進(jìn)行流行病學(xué)研究,所以AS在我國(guó)的發(fā)病率還沒(méi)有一個(gè)明確的數(shù)值[2]。

從本質(zhì)上講AS屬于神經(jīng)遺傳性疾病,以?xún)和嘁?jiàn),患病兒童多表現(xiàn)為快樂(lè)表情、發(fā)育遲緩、語(yǔ)言障礙、孤獨(dú)內(nèi)向、智力較同齡兒童低下,有癲癇陣發(fā)性發(fā)作;從外觀(guān)分析,大多數(shù)AS患者會(huì)將雙手舉高,不斷揮舞,并出現(xiàn)腳下不穩(wěn)、枕部扁平的情況,而且喜歡吐舌[3]。由于其存在吮吸或者吞咽功能障礙,所以喂養(yǎng)的過(guò)程非常困難。所有這些癥狀都是判斷AS患者早期發(fā)病的重要指標(biāo)。AS的臨床表現(xiàn)與染色體異常具有密切聯(lián)系,不同的突變類(lèi)型有不同程度的表現(xiàn),缺失片段的大小與表型具有相關(guān)性[4]。

2 AS的病因與發(fā)病機(jī)制

2.1 AS的病因和分型AS發(fā)病與自身染色體15q11-q13區(qū)段UBE3A基因的異常有關(guān),其父母的染色體均正常,大多數(shù)只是在形成二倍體時(shí)發(fā)生了部分染色體片段的缺失,因此該病并無(wú)明顯家族遺傳傾向。UBE3A基因在印記基因的調(diào)控下差異性表達(dá),通常正常人腦組織中的母源性UBE3A基因表達(dá)活躍而父源性UBE3A基因相對(duì)沉默[5]。根據(jù)染色體15q11-q13片段異常的類(lèi)型,可以將AS概括為5種:①由母源性染色體相關(guān)區(qū)段缺失或表達(dá)異常導(dǎo)致,約占70%;②由基因突變導(dǎo)致,約占5%~10%;③由母源性染色體全部缺失單殘留減數(shù)分裂未分離的父源性染色體(父源性單親二倍體)導(dǎo)致,約占2%~7%;④由印記基因缺陷UBE3A基因表達(dá)障礙導(dǎo)致,約占3%~5%;⑤由染色體重排而導(dǎo)致,不足1%,僅有個(gè)案報(bào)道[6-7]。雖然AS的癥狀類(lèi)似,但因染色體異常形式不同,各型的臨床表現(xiàn)仍具有較大差異[8]。綜合分析,母源性染色體異常和突變型患兒的臨床表現(xiàn)較父源性單親二倍體和印記基因缺陷型更為嚴(yán)重;但也有部分突變型的AS患者臨床表現(xiàn)較輕,沒(méi)有出現(xiàn)癲癇、共濟(jì)失調(diào)等癥狀,腦電圖檢查也顯示正常[9]。

2.2 AS的發(fā)病機(jī)制UBE3A基因異常在A(yíng)S的發(fā)病機(jī)制中具有舉足輕重的地位,該基因定位在染色體的15q11-q13,全長(zhǎng)101853 bp,其mRNA上有20個(gè)外顯子[10]。編碼的蛋白被稱(chēng)為E6相關(guān)蛋白(E6 associated protein,E6AP),屬于泛素蛋白連接酶E3家族一類(lèi)[11],其作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:第一是充當(dāng)泛素蛋白連接酶,對(duì)目標(biāo)蛋白進(jìn)行泛素化修飾,通過(guò)蛋白酶體的降解作用調(diào)節(jié)蛋白表達(dá)水平[12];第二是定位在細(xì)胞核中作為甾醇類(lèi)激素受體的共激活因子來(lái)調(diào)節(jié)下游基因的轉(zhuǎn)錄[13]。RONCHI等[14]從人胎腦組織cDNA文庫(kù)中調(diào)取人UBE3A基因的全長(zhǎng)cDNA序列,并且將其克隆構(gòu)建入真核表達(dá)載體pEGFP-N1質(zhì)粒中,同時(shí)將增強(qiáng)綠色熒光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)融入其中,研究顯示E6AP蛋白主要定位表達(dá)在早期神經(jīng)元的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之中,同時(shí)廣泛地存在于神經(jīng)元的樹(shù)突和軸突部位,隨著神經(jīng)元發(fā)育成熟,E6AP蛋白也會(huì)逐漸向細(xì)胞核內(nèi)聚攏。這提示E6AP蛋白可以維持神經(jīng)元的正常功能。ANDREWS等[15]認(rèn)為,UBE3A基因可以對(duì)部分單胺遞質(zhì)起到一定的調(diào)節(jié)作用,單胺遞質(zhì)與突觸可塑性動(dòng)態(tài)相關(guān),所以是維持突觸功能正常的重要因素。

UBE3A基因異常會(huì)使得患者海馬、黒質(zhì)區(qū)的泛素蛋白連接酶減少甚至消失,從而整體上影響患者的神經(jīng)精神系統(tǒng)。針對(duì)AS的發(fā)病有幾種相關(guān)的假說(shuō),列舉如下。

2.2.1 代謝型谷氨酸受體假說(shuō)GLADDING等[16]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),突觸部信號(hào)的傳導(dǎo)與代謝型谷氨酸受體(metabotropic glutamate receptors,mGluR)有關(guān),mGluR數(shù)目增多會(huì)抑制神經(jīng)肌肉接頭突觸部信號(hào)的傳導(dǎo),同時(shí)mGluR受到體內(nèi)MAPK/ERK和PI3K/AKT等分子信號(hào)通路的直接影響。UBE3A基因的缺失會(huì)使MAPK/ERK和PI3K/AKT信號(hào)通路異常激活,從而募集更多mGluR,抑制突觸部信號(hào)的傳導(dǎo),引起癲癇或共濟(jì)失調(diào)等神經(jīng)精神癥狀[17]。但是目前也有學(xué)者對(duì)該假說(shuō)提出質(zhì)疑,他們認(rèn)為mGluR在A(yíng)S與非AS體內(nèi)具有相同水平[18]。

2.2.2 Na-K ATP酶假說(shuō)KAPHZAN等[19]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增加UBE3A基因缺乏小鼠海馬錐體部神經(jīng)元內(nèi)Na-K ATP酶α1亞單位(alpha1 subunit of Na/K-ATPase,α1-NaKA)的表達(dá)會(huì)造成小鼠神經(jīng)元軸突始端(axon initial segment,AIS)蛋白積累,從而加重基因缺乏小鼠的智力缺陷和記憶障礙;下調(diào)α1-NaKA的量,AS的癥狀會(huì)有所減輕。目前關(guān)于為何增加α1-NaKA會(huì)導(dǎo)致AS癥狀加重的機(jī)制尚不得而知,可能與AIS蛋白累積會(huì)反饋性抑制突觸的興奮性有關(guān),還可能與一些分子通路產(chǎn)生了新的作用蛋白有關(guān)[20]。

2.2.3 重組細(xì)胞骨架活性調(diào)節(jié)蛋白假說(shuō)在認(rèn)知功能方面,泛素蛋白連接酶E3涉及與突觸可塑性相關(guān)的某些靶向蛋白酶體降解。重組細(xì)胞骨架活性調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白(recombinant activity regulated cytoskeleton associated protein,Arc)作為E6AP的底物,一旦E6AP減少或缺失,迅速升高的Arc會(huì)通過(guò)AMPA型受體介導(dǎo)的自噬作用使突觸傳導(dǎo)能力減退。若Arc可以被泛素化修飾,則會(huì)有26 s蛋白酶體參與Arc的降解,AMPA介導(dǎo)的自噬作用將會(huì)受到抑制[21]。Arc對(duì)海馬區(qū)的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation,LTP)誘發(fā)和維持至關(guān)重要,E6AP的減少或缺失導(dǎo)致LTP無(wú)法維持和軸突樹(shù)突數(shù)量減少,進(jìn)而海馬功能下降和突觸功能缺陷,最終患者會(huì)出現(xiàn)抑郁、孤獨(dú)、內(nèi)向等行為[22]。

2.2.4 γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體假說(shuō)在運(yùn)動(dòng)功能方面,UBE3A基因缺陷會(huì)使小腦顆粒細(xì)胞突觸外的緊張性抑制電流特異性減少。UBE3A基因控制著γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1(γ-amino butyric acid transporter-1,GAT-1)的降解,該基因缺陷引起GAT-1過(guò)量,從而導(dǎo)致突觸內(nèi)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸(γ-GABA)濃度超載,小腦的浦肯野細(xì)胞功能活性也會(huì)因此而降低,最終導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)功能障礙。另外異常泛素化的浦肯野細(xì)胞會(huì)通過(guò)小腦-皮層網(wǎng)絡(luò)對(duì)大腦皮層的電活動(dòng)起到干擾效果,大腦功能同樣會(huì)有異常[23-24]。

3 AS的治療進(jìn)展

AS是一種神經(jīng)遺傳病,重在預(yù)防,產(chǎn)前的咨詢(xún)與遺傳學(xué)檢查必不可少。目前針對(duì)AS患兒的治療沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展,但是為了能夠提高患者生活自理能力,改善生活質(zhì)量,非常有必要進(jìn)行積極的治療,分子靶向治療是當(dāng)下AS治療領(lǐng)域的熱點(diǎn)。AS的治療大致分為常規(guī)非藥物治療、藥物治療、分子靶向治療等。

3.1 常規(guī)非藥物治療在常規(guī)非藥物治療中,飲食療法可以起到一定的作用,給予患病人群一定的、規(guī)律的飲食可以幫助其緩解癥狀,減輕AS的表現(xiàn)。最近也有新的證據(jù)反映周期性有規(guī)律的睡眠也可以適當(dāng)減輕AS人群神經(jīng)方面的表現(xiàn)[25]。

一些物理療法也能起到一定的效果,例如患兒的生活自理能力差,則可以采取行為療法進(jìn)行治療,提高他們的生活自理能力;同時(shí)還可以采取一些溝通輔具和康復(fù)訓(xùn)練改善他們的理解能力、語(yǔ)言能力、運(yùn)動(dòng)能力、認(rèn)知能力等[26]。

3.2 藥物治療藥物治療是疾病治療必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié),同時(shí)也是有效治療AS疾病的重要途徑,目前針對(duì)藥物治療的藥品有很多。GODAVARTHI等[27]發(fā)現(xiàn)使用常用的藥物如類(lèi)固醇再攝取抑制劑氟西汀可以幫助修復(fù)已損毀的糖皮質(zhì)激素傳導(dǎo)信號(hào),同時(shí)上調(diào)神經(jīng)元間的正性清蛋白,能改善AS患兒的孤獨(dú)及內(nèi)向行為,該研究也認(rèn)為米諾環(huán)素可以改善AS患兒的語(yǔ)言功能與社會(huì)適應(yīng)能力。除此之外,“ω-3脂肪酸”可以幫助恢復(fù)損傷UBE3A基因下游失活的片段,在治療中也有一定效果[28]。針對(duì)AS患者而言,由于會(huì)表現(xiàn)出不同的癥狀,所以在用藥方面也必須具有針對(duì)性。對(duì)于重度發(fā)育遲緩并且伴有癲癇頻繁發(fā)作的患兒,如果采取單藥治療的方案,治療效果很差。為了能夠提高治療效果,必須要將抗癲癇藥物加入合并用藥的方案進(jìn)行治療。藥物治療只能減輕AS患者的癥狀,無(wú)法從源頭上治愈AS。

3.3 分子靶向治療分子靶向治療是目前研究的熱點(diǎn),也是唯一可以治愈AS的方式,如何恢復(fù)失活的UBE3A基因是研究的大方向。DAILY等[29]認(rèn)為可以幫助恢復(fù)海馬區(qū)的E6AP表達(dá)來(lái)進(jìn)行治療,該研究將攜帶UBE3A基因的腺相關(guān)病毒(adeno-associated virus,AAV)載體AAV9注入到AS小鼠模型的海馬區(qū)部位,然后對(duì)其進(jìn)行觀(guān)察發(fā)現(xiàn),顱內(nèi)能夠檢測(cè)到泛素蛋白連接酶E3的表達(dá),而且經(jīng)過(guò)治療后的小鼠,在學(xué)習(xí)能力方面也得到了明顯的改善。反義寡核苷酸(antisense oligonucleotides,ASO)可以有效地下調(diào)UBE3A基因反義轉(zhuǎn)路子(UBE3A antisense transcript,UBE3A-ATS)并且持續(xù)有針對(duì)性地激活大腦神經(jīng)元中沉默的UBE3A基因,不同位置的ASO下調(diào)UBE3A-ATS的程度一致,可能與一條長(zhǎng)非編碼RNA序列有關(guān)[30],該RNA在UBE3A基因的失活中有重要作用。拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑如拓?fù)涮婵担╰opotecan)也可有效地下調(diào)UBE3A-ATS,保持父源性UBE3A基因的持續(xù)激活。但是與ASO有所不同,拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑不但會(huì)下調(diào)UBE3A-ATS,同時(shí)也會(huì)下調(diào)其他5種長(zhǎng)序列基因的表達(dá)(Nrxn3,Astn2,Pchd15,Csmd1, Il1rapl1),這可能會(huì)造成其他精神系統(tǒng)的癥狀[31],所以在臨床使用時(shí)需要著重考慮。SUN等[32]發(fā)現(xiàn)雷帕霉素可以起到分子靶向治療的作用。UBE3A基因缺乏使小鼠的結(jié)節(jié)硬化復(fù)合物2型基因(tuberous sclerosis complex 2,TSC2)增多,TSC2的抑制物同樣在增多,在這種動(dòng)態(tài)平衡下,TSC2所調(diào)控的雷帕霉素機(jī)械性靶點(diǎn)(mechanistic target of rapamycin,mTOR)的兩種蛋白激酶亞單位出現(xiàn)不同變化,mTOR1不斷增多、mTOR2不斷減少。雷帕霉素為mTOR蛋白抑制劑,能夠逆轉(zhuǎn)mTOR1和mTOR2的變化,并進(jìn)一步改善AS小鼠的運(yùn)動(dòng)功能。

相對(duì)于其他治療方式,分子靶向治療更具有針對(duì)性、特異性,它的出現(xiàn)對(duì)提高AS的治療效果具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。但基于A(yíng)S疾病的倫理性與特殊性,目前的研究大都停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段,離臨床轉(zhuǎn)化仍有一段距離。

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R748(

2016-11-26)

A(責(zé)任編輯:李立)

10.3969/j.issn.1002-0152.2017.05.012

☆國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):81260231)

*南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科(南昌330031)○☆

(E-mail:thj127900@163.com)

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