第三章　帕金森综合征病因

第一节　遗传因素

一、帕金森病遗传因素

自20世纪90年代后期第一个致病突变α-突触核蛋白（α-synuclein）的编码基因SNCA被发现以来，遗传因素在帕金森病（PD）发病中的作用越来越受到重视。通过连锁分析在帕金森病家系中陆续确认了一些致病基因位点。大样本的关联分析（association study）如：全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）也发现了一些遗传易感因素。目前共有23个致病基因位点和19个致病基因被OMIM数据库（Online Mendelian Inheritance in Man）确认并收录（表3-1），以下对目前研究较多的基因进行详述。

（一）PARK1/PARK4（SNCA）

1990年Golbe LI等报道来自意大利南部的帕金森病家系，4代人中共有41例患者，家系分析提示常染色体显性遗传，外显率达96%。患者平均发病年龄46.5岁，平均发病至死亡时间仅9.7年。1996年Polymeropoulos MH等对该家系进行基因组扫描，发现染色体4q21-q23可能为对应的致病位点（PARK1）。进一步研究发现，该家系和3个希腊籍早发型帕金森病家系均与SNCA连锁。1997年确认SNCA的一个错义突变G209A，导致所编码的α-synuclein蛋白53位丙氨酸突变为苏氨酸（p.A53T）。目前共发现6个SNCA点突变位点（p.A30P，p.E46K，p.H50Q，p.G51D，p.A53E，p.A53T）和2种染色体局部重复（SNCA二倍或三倍重复）。

SNCA的致病突变多引起早发型帕金森病，除经典的运动症状外，常伴有认知功能障碍，亦可出现自主神经功能紊乱等其他非运动症状。病情多快速进展，左旋多巴治疗通常有效。一些研究提示SNCA突变与其临床表现可能存在对应关系。携带A30P突变的患者发病相对较晚（54～76岁），与典型的帕金森病相似。E46K突变则可能与路易体痴呆（DLB）有关，患者往往出现视幻觉及痴呆。G51D突变常伴锥体束征及自主神经功能紊乱，但与典型的多系统萎缩（MSA）相比进展较快，左旋多巴治疗效果相对较好。SNCA点突变及三倍重复（triplication）几乎完全外显。一度认为染色体4p15可能是独立的致病位点（PARK4），但进一步研究否定了这一猜测，相关家系的致病突变实为染色体4q22的SNCA三倍重复，故目前多与PARK1合称PARK1/PARK4。SNCA二倍重复（duplication）的外显率仅30%～50%，其临床表现异质性也较大，许多患者伴有视幻觉、痴呆、自主神经功能障碍等症状，提示这一变异可能与DLB、MSA有关。多数患者常见快速眼动期睡眠行为障碍（rapid eye movement sleep behavior disorder，RBD），但也有部分患者仅出现典型的帕金森病症状。由于多数研究样本量不大，上述对应关系仍有待进一步明确。

SNCA编码的α-synuclein由140个氨基酸组成，分子量19kD，在大脑中广泛表达，突触前端尤为丰富。其生理功能尚未完全阐明。目前认为可能在多巴胺合成（影响酪氨酸羟化酶的磷酸化激活）与再摄取与代谢（影响突触前膜的多巴胺转运体及突触前端的单胺氧化酶-2活性）、SNARE（可溶性NSF偶联蛋白质受体）复合体组装、突触可塑性调节等过程中发挥重要作用。生理状态下神经元中的α-synuclein以膜结合型和胞质型2种形式存在，胞质型处于未折叠状态，几乎没有二级结构，而膜结合型则包含多个α螺旋结构。在病理状态下，α-synuclein单体构象发生变化，形成富含β片层的寡聚体，并进一步相互作用形成更加稳定的原纤维，最终聚集为不溶性的帕金森病病理学标志物路易小体（Lewy body，LB）。许多学者认为异常的α-synuclein聚集体有细胞毒性，可导致神经元凋亡。近年来一些研究提示富含β片层的寡聚体可能为α-synuclein产生细胞毒性的主要结构形式。

（二）PARK8（LRRK2）

2002年Funayama M等在日本一个显性遗传迟发型帕金森病家系中发现染色体相关致病位点12p11.2-q13.1（PARK8）。随后位于12q12上的LRRK2被确认为对应的致病基因。此后发现更多的家系存在这一基因的突变。现已发现80余个LRRK2突变位点，但仅有7个（p.N1437H，p.R1441G，p.R1441C，p.N1441H，p.Y1699C，p.G2019S，p.I2020T）为致病突变。其中最常见的是G2019S突变，据统计0.5%～2.0%的散发性和5%的家族性帕金森病与之有关。

LRRK2基因编码震颤素（dardarin，来自巴斯克语中的单词“dardara”，意为震颤），也称富亮氨酸重复序列激酶2（leucine rich repeat kinase 2，LRRK2），分子量275 kD，是一种可溶性的蛋白质，含有4个结构域：亮氨酸富集区、酪氨酸蛋白激酶催化结构域、ROC结构域（RAS样结构域）和WD40区。其生理功能尚不完全清楚，根据来自果蝇的LRRK2同源物LRRK-1的研究，推测其可能参与了细胞骨架重排及细胞凋亡过程。

LRRK2基因突变相关的患者与典型的帕金森病在临床表现上无差别，其病理变化呈现出多样性的特点，既可以有路易小体（Lewy body）的形成，也可有tau蛋白的聚集等。部分帕金森病患者LB中LRRK2蛋白阳性，推测LRRK2在LB的形成中可能与α-synuclein相互作用。一些携带LRRK2突变蛋白的帕金森病患者可出现tau蛋白阳性的神经纤维缠结，而另外一些患者中既无LB，也没有神经纤维缠结。但到目前为止，还没有证据证明LRRK2蛋白与α-synuclein或tau蛋白直接相互作用。

LRRK2突变后，其蛋白稳定性、代谢及亚细胞定位并没有显著的改变，但其底物磷酸化激酶活性增高。G2019S、I2012T和I2020T突变位于LRRK2蛋白的酪氨酸激酶活性结构域。G2019S突变可能通过活性区域的重组改变LRRK2蛋白的磷酸化和底物磷酸化水平，从而使LRRK2的激酶活性增强，在GTP酶和酪氨酸蛋白激酶两种功能作用下产生神经毒性，诱发细胞死亡，导致帕金森病。

（三）PARK2（PRKN，parkin）与PARK6（PINK1）

1997年Matsumine H等在研究日本13个常染体隐性遗传性青少年型帕金森病综合征（autosomal recessive juvenile parkinsonism，AR-JP）家系时，运用连锁分析将致病基因定位于染色体6q25.2-27（PARK2）。随后Kitada T等确认这些AR-JP家系中的致病基因为PRKN。该基因有12个外显子，全长约为1.5 Mb，所编码的蛋白质Parkin几乎在人体所有组织中都有不同程度表达，其N端与泛素有30%的同源性，称为泛素样结构域（ubiquitin-like domain，UBL）；C端两侧由环指样结构域（ring finger-like motif）及中段环间结构（in-between ring，IBR）组成。Parkin具有E3泛素连接酶活性，可共价连接泛素与蛋白质底物从而使底物被多聚泛素化链标记，被蛋白酶体识别并降解。Parkin突变可导致蛋白质或损伤的细胞器无法降解而聚集，产生细胞毒性。除了参与泛素-蛋白酶体系统，Parkin还通过单泛素化底物或与泛素内第63位的赖氨酸形成泛素化长链，在信号传导以及转录后调控中发挥重要作用。

目前认为Parkin突变相关的帕金森病有如下临床特点：

（1）发病年龄早，多小于40岁；

（2）首发症状多为步态异常；

（3）左旋多巴治疗有效，但易出现左旋多巴诱导的运动并发症；

（4）症状昼夜波动；

（5）腱反射增高及足部痛性肌张力障碍是其特有的症状；

（6）突变数目与帕金森病患病风险呈正比；

（7）可能出现对称起病及肌张力障碍；

（8）病情进展慢，病程长。

部分Parkin突变患者表现为AR-JP，该病与其他类型帕金森病相比，发病极早（平均发病年龄约20岁）。

位于染色体1p36.12上的PINK1（PARK6）与常染色体隐性遗传帕金森病相关，其编码的PTEN诱导激酶1（PTEN induced putative kinase 1，PINK1）主要定位于线粒体，其主要生理功能是通过磷酸化Parkin使其转位至线粒体，并维持Parkin的连接酶活性。一系列实验证实，PINK1作为Parkin的上游分子调控Parkin的功能且两者存在相互作用，在维持线粒体形态和功能发挥重要功能。

PINK1/Parkin通路与线粒体自噬有关。当线粒体膜电位去极化时，PINK1依赖的Parkin选择性汇集至损伤的线粒体，泛素化线粒体外膜蛋白VDAC1，使之被蛋白酶体降解，阻止线粒体依赖的细胞凋亡通路的继续传递。

（四）遗传危险因素GBA

GBA定位在染色体1q21上，其编码的β-葡萄糖脑苷脂酶（beta-glucocerebrosidase，GCase）可以将葡萄糖脑苷脂（glucosylceramide，GlcCer，也称葡萄糖神经酰胺）分解为葡萄糖和神经酰胺。目前已经报道了近300种GBA致病突变，包括错义、无义和移码突变以及插入、缺失和复杂等位基因突变。其突变的频率和分布在人群中不同，阿什肯纳兹犹太人（Ashkenazi Jews）中最常见，携带率为6.2%～8.3%，在其他种族中突变携带率通常低于1%。

GBA突变可导致GCase活性丢失，GlcCer在肝、脾、骨骼和中枢神经系统的单核-巨噬细胞内蓄积，从而引起戈谢病（Gaucher disease，GD）。早在1939年就有报道称GD患者同时表现帕金森病症状，随后发现GBA非致病突变（出现GBA突变而并未发展成GD）携带者及GD患者亲属中帕金森病发病概率明显增加，提示GBA突变可能与帕金森病相关。在以色列阿什肯纳兹犹太人群中，帕金森病患者GBA突变比例甚至高达33%。目前认为GBA突变是帕金森病的第一大遗传风险因素。不同突变的发病风险差异较大，如p.N370S突变可致帕金森病的患病风险增高2.2倍，而IVS2+1G＞A突变可致风险增高19.1倍。与散发性帕金森病相比，携带GBA突变的帕金森病通常更加严重，表现为更严重的认知功能障碍和更早发病（发病年龄平均提早5年）。也有研究提示携带GBA突变的帕金森病患者运动迟缓症状更明显。

目前GBA突变与帕金森病相关的具体机制仍不清楚。一些研究提示可能与α-synuclein聚集及溶酶体功能障碍有关。需要指出的是，绝大多数GD病例并没有发展为帕金森病；GCase的功能障碍促进α-synuclein聚集的机制也无法解释为什么并未发展成GD的GBA突变携带者可能会发展为帕金森病。因此，目前仅能认为GBA突变是帕金森病的一个危险因素，而非确定的致病因素。

二、帕金森综合征遗传因素

（一）ATP7B-肝豆状核变性

ATP7B位于染色体13q14.3上，其编码的铜转运ATP酶2（copper-transporting ATPase 2），主要表达于肝脏，肾、脑组织中亦有少量表达，能通过消耗ATP逆浓度梯度跨膜转运铜离子，使之与肝细胞中的原血浆铜蓝蛋白（apoceruloplasmin）结合为铜蓝蛋白（ceruloplasmin），后者是铜离子在血液中的主要运输形式。

目前已发现600余个ATP7B致病突变，呈常染色体隐性遗传，最常见的是位于其8、14号外显子的错义突变和无义突变。铜转运ATP酶2的功能缺失可引起未结合的铜离子以游离形式释放入血，在肝、脑、肾、骨关节及角膜等组织中蓄积，使细胞面临氧化应激并最终导致细胞凋亡，造成组织损伤，从而引起肝豆状核变性（Wilson disease）。

以往有研究估计在欧美人群中ATP7B致病基因携带率为1/90，近年来随着二代测序技术的发展，有研究认为这一数值被大幅低估，实际约为1/40，而肝豆状核变性在欧美人群中发病率为（1～3）/10万。考虑到这一疾病是单基因遗传病，ATP7B过低的外显率提示可能有其他因素参与发病。目前有学者认为存在一些疾病修饰基因（disease-modifying gene，modifier gene），如：COMMD1、ATOX1、XIAP、HFE等，但其与临床表型的具体关系仍未完全确定。

（二）三核苷酸重复序列扩增-亨廷顿病、脊髓小脑共济失调

Huntingtin（HTT，亦称HD、IT15）位于染色体4p16.3上，其1号外显子内存在一段多态性三核苷酸［胞嘧啶-腺嘌呤-鸟嘌呤（CAG）］重复序列，对应所编码的大分子蛋白质亨廷顿蛋白（Huntingtin，Htt）N端的多聚谷氨酰胺（PolyQ）。Htt在中枢神经系统中广泛表达，在神经元树突和轴突胞质中尤为丰富。其生理功能尚不明确，一些研究发现，其在胚胎发育、抗细胞凋亡、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）转录、轴突和囊泡转运中发挥重要作用。

Htt的功能与HTT中CAG的重复次数密切相关，若重复数介于26～35则一般不出现亨廷顿病临床症状，但流行病学提示其后代患病机会增加；若重复数介于36～39则Htt功能异常，但不完全外显，可能患病；若重复数大于40则必然罹患亨廷顿病。同时，CAG重复次数也与发病年龄显著相关，多数患者重复数介于40～50，成年起病；重复数介于60～120则可引起青年型亨廷顿病（发病年龄＜20岁，快速进展）。在患病家系的世代传递中，随着时间的推移，CAG的重复次数将不断增多，家族内可出现更严重的表现型（发病年龄逐代提前，症状逐代加重，称遗传早现）。

目前认为突变的Htt可引起细胞转录功能异常、细胞骨架瓦解、泛素-蛋白酶体系统功能失调、线粒体功能异常，从而产生细胞毒性，但其确切致病机制尚未完全阐明。

脊髓小脑共济失调（spinocerebellar ataxias，SCAs）是一组单基因遗传神经系统退行性疾病，至今已发现了30余种亚型，大多数呈常染色体显性遗传。虽然其具有高度遗传异质性，但多数亚型有共同的突变机制，即致病基因内存在三核苷酸重复序列异常扩增，其中CAG重复扩增最为常见，包括SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA7、SCA12、SCA17和齿状核-红核-苍白球-路易体萎缩（dentatorubral-pallidoluysian atrophy，DRPLA），见表3-1。CAG异常重复扩增使其编码的PolyQ链延长，产生的异常蛋白质导致泛素-蛋白酶体系统功能异常从而产生细胞毒性，进而引起神经系统损害症状。

SCA3，也称Machado-Joseph病（MJD），是世界范围内最常见的SCA亚型。相关基因ATXN3位于染色体14q32.1上，其编码的蛋白质ataxin3是一种去泛素化酶。正常情况下ATXN3中CAG重复数为12～42，大多数人＜31。可引起SCA3临床症状的CAG重复数阈值各项研究不尽相同，＞56（有研究认为＞60）时一定罹患SCA3，重复数介于50～55时为中介状态（having an“intermediate repeat”），ataxin3功能异常但并不完全外显。

SCA各亚型的致病基因中除CAG重复扩增外还有一些其他的重复序列异常扩增形式。如SCA8由位于染色体13q21.3的ATXN8OS中CTG重复扩增引起，SCA10则为染色体22q13上ATTCT重复扩增，SCA36系染色体20p13上GGCCTG重复扩增引起。

（刘 军）