遺傳性痙攣性截癱與相關基因研究進展

1、遺傳性痙攣性截癱與相關基因研究進展鄭昆文1張雯2(通訊作者)沈濤2武紹遠1 丁里1嚴新民2(1云南省第一人民醫(yī)院神經內科 云南昆明650032)(2云南省第一人民醫(yī)院臨床基礎醫(yī)學研究所 云南昆明650032)【摘要】近幾年遺傳性痙攣性截癱在分子遺傳學方面取得了很大的進展，已 定位了 16個基因相關位點，其中10個疾病基因己被克隆。新基因位點的發(fā)現及 疾病基因的克隆，進一步完善了基因診斷并為揭示其分子發(fā)病機制提供了線索?！娟P鍵詞】遺傳性痙攣性截癱 基因 研究進展【中圖分類號】r394【文獻標識碼】a【文章編號】2095-1752 (2013) 36-0106-02遺傳性痙攣性截癱(hsp或spg

2、), 乂稱strtimpell-lorrain病，是一組具有明顯 臨床和遺傳異質性的神經系統(tǒng)變性疾病，按spg臨床表現不同分為兩型，即單純 型和復雜型。按遺傳方式不同，spg可分為常染色體顯性遺傳(ad)、常染色體隱 性遺傳(ar)和x連鎖隱性遺傳(xr),其中以ad遺傳最為常見。近幾年adspg 在分子遺傳學方面取得了很大的進展，到目前為止，己定位了 16個ad-spg疾 病基因相關位點，其中10個疾病基因己被克隆。新基因位點的發(fā)現及疾病基因 的克隆，進一步完善了基因診斷并為揭示spg的分子發(fā)病機制提供了線索。atlastin基因與spg3a： spg3a在ad?spg中發(fā)病率僅次于spg4

3、,約占ad-spg 的10%,而在青少年起病的ad.spg中spg3a是最常見的。spg3a定位于14號 染色體，含14個外顯子，全長69 kb,編碼的atlastin蛋白主要在中樞神經系統(tǒng) 表達，與鳥昔酸連接蛋白l(gbpi)有很高的同源性oatlastin蛋白含558個氨基酸， 作為gtp酶家族的成員，在囊泡轉運中對神經遞質和神經營養(yǎng)因子的轉運至關 重要。目前己發(fā)現spg3a的14個外顯子上超過20種不同的突變，包括大多數的 錯義突變、單核昔酸插入突變以及缺失突變，而這些突變導致spg3a的機制 尚未明確部分研究顯示spg3a患者的atlastin蛋白改變破壞了其gtp酶的活性或 者改變a

4、flastin蛋白與其他蛋白的相互作用，使其不能行使囊泡轉運功能而導致 spg3aospastin 基因與 spg4： spg4 在 spg 中最常見,約占 ad.spg 的 40%。 spg4 定位于染色體2p,其致病基因spastin含17個外顯子，全長110 kb,編碼的spastin 蛋白含616個氨基酸和兩個主要功能區(qū)域，包括n端的微管相互作用和內涵體 轉運(mit)區(qū)域及c端高度保守的與多種細胞活性相關的atp酶(aaa)區(qū)域。n 端的mit區(qū)域在囊泡運輸及微管運動中起重要；而aaa盒決定了 spastin蛋白的 atp酶活性。作為aaa蛋白家族成員，spastin在蛋白復合物裝配

5、、分解和功能上 起分子伴侶作用，參與一系列不同的細胞活動，包括蛋白變性、蛋白轉運、細胞 循環(huán)、組織生長和基因表達等。目前研究認為spg4的發(fā)生可能是由于錯義突變和缺損突變造成spg4單體 型不足3。此外，也有研究認為spg4的發(fā)生可能與基因aaa區(qū)域錯義突變導致 spastin蛋白與轉染細胞的微管相連并引起星體消失和粗大核周束形成，長軸微 管細胞骨架調控受損4。nipai與spg6： spg6是一種少見的ad-spg類型。spg6定位于染色體15q, 目前為止對9個家系通過全基因掃描，4個家系被定位于nipal 9個家系中包含 影響3個nipai核昔酸的4種不同的改變(e.l34cng>

6、 c.298gna、c.316gna、 c.316gnc)o其中134及316核昔酸的重復性改變是突變熱點，占所有spg6的 88%。nipaimrna在人體內的表達很低，但主要集中在腦內。nipai的功能尚未 闡明，已證實其不含有致病的aaa區(qū)域或者gtp酶區(qū)域。chai等提岀nipai作為 一種受體或者轉運體起作用，通過改變信號轉導或者小分子物質轉運而致病。kiaa0196和spg& 1999年,hedera等首先將spg8定位于染色體8q,并將 關鍵突變部位縮小在6.2cm區(qū)域，在此基礎上valdmanis等對6個定位于8q染 色體上spg8家系進行候選基因分析，并在k / aa

7、0196基因上發(fā)現了 3種點突變， 分別為 p.v626f、an l619f 及 n47id。其中p.v626f突變在4個家系中均檢測到，可能為突變熱點。klaa0196基因包含 28個外顯子，涵蓋597kb等位基因，編碼的strumpellin蛋白含1159個氨基酸 （strumpelin）o α螺旋是高度保守的結構，spg8突變導致了α螺旋內 氨基酸序列的改變從而致病。研究認為血影蛋白具有不同拷貝的重復序列15 20個不等，這些重復序列能在細胞內形成多聚物或參與各種細胞活動，如通過 連接蛋白與細胞膜相互作用，這種作用形成的網絡結構及穩(wěn)定性在囊泡運輸中

8、起 重要作用。kif5a 與 spgio： spgi0 是 ad.spg 的罕見類型，約占 3%。1999 年,reid 將 spgi0定位于染色體12q,并將其關鍵突變區(qū)縮小在9.2cm內。2002年，reid等 進一步在該家系中發(fā)現在染色體12ql3kifsa基因突變。kifsa基因編碼神經驅動 蛋白重鏈，神經驅動蛋白在神經系統(tǒng)的軸漿運輸中起重要作用，kifsa基因突變 導致神經驅動蛋白重鏈的分子馬達功能改變而致病。hsp60基因與spgi3： 2000年，fontaine等將spgi3定位于染色體q24q34。目前spgi3發(fā)病機制尚不明確，可能因為hsp60基因發(fā)生突變后引起單體型 不

9、足，降低了作為線粒體分子伴侶的hsp60蛋白的活性，特別是在應激狀態(tài)下； 也可能是突變的hsp60蛋白破壞了蛋白的亞基間的變構協同作用,從而產生顯 性負性效應。bscl2 / seipin基因與spgi7： silver綜合征屬于常'染色體顯性遺傳的復雜型 spg,最早在1966年兩個英國家系中被發(fā)現，以雙下肢痙攣伴隨明顯的無力及 雙手小肌群的萎縮為特點。2001年一種新的spg（silver綜合征）疾病基因被定位 于染色體ilql2-ql4,并定義為spgi7。bscl2基因包含個外顯子,編碼seipin 蛋白。seipin蛋白是內質網的膜內在蛋白，在中樞神經系統(tǒng)的人部分區(qū)域都有表

10、達，突變基因編碼的seipin蛋白糖基化過程受影響，容易高度聚集并被蛋白酶降 解，最終導致了神經變性而致病。reepi基因與spg31： spg31是adspg的常見類型，約占spg4和spg3a 陰性ad.spg患者的6.5%,占單純型ad-spg的7.2%。reepi基因定位于染色體 2pl2,由7個外顯子和兩個跨膜區(qū)域仃ml和tm2）以及一個高度保守的蛋白區(qū)域 tb2 / dpi / hva22組成，其中hva22是與熱休克蛋白基因類似的應激誘導基因， 從而認為reepi具有與熱休克蛋白類似的分子伴侶作用。zfyve27與spg33： 2006年，mannan等用酵母雙雜交檢測法識別了

11、5種 spastin伴侶蛋白基因，其中就有zfyve27,并進一步在一個ad-spg家系中發(fā)現 10q24.4上的zfyve27基岡錯義突變，在除外spg9及spg27突變之后，將zfyve27 基因定義為spg33o zfyve27基因包含13個外顯子。zfyve27蛋白是fyve.finger 區(qū)域蛋白家族的成員，其fyve.finger區(qū)域與spastin的n端相互作用，參與內體 運輸過程，研究證明當zfyve27上c端的fyvefinger區(qū)域錯誤折疊時，zfyve27 蛋白作為spzistin伴侶蛋白的作用發(fā)生改變，使得神經軸突運輸障礙而致病。slc33a1與spg42： 2008年

12、，lin等對一個中國spg家系進行連鎖分析，將 疾病基因定位于染色體3q24-q26,并對候選基因篩查，發(fā)現slc33a1基因上的 一個錯義突變，進一步證實該突變?yōu)橹虏⊥蛔?。slc33a1基因編碼乙酰輔酶a轉 運體，其在神經軸突的生成及維持中起垂要作用，該家系的錯義突變使得乙酰輔 酶a轉運體蛋白113號絲氨酸變?yōu)榫彼幔罱K導致其功能障礙而致病。綜上所述我們推測各型ad-spg可能的共同致病機制為：各型spg基因突變 導致其編碼蛋白與spastin蛋白n端(mit)的正常結合受損，在spastin行使微管調 節(jié)功能時，其伴侶蛋白作用受損，不能正常的進行微管切割及捆綁，最終導致細 胞內微管聚集，

13、細胞骨架被破壞，引起神經變性而致病。參考文獻1 meijer ia dion p, laurent s, et al.characterization of a novel spg3 a deletion in a french-canadian family.ann neurol,2007, 61： 599-603.2 depie nne c, fedirko e, forlani s,et al.ex on deleti ons of spg4 are8 frequent cause of hereditary spastic paraplegismed genet ,2007, 44： 281-284.3 salinas s,carazo-salas re, proukakis c, et al.sprain and microtubules：fun