腓骨肌萎缩症的分子生物学研究进展_张如旭

腓骨肌萎缩症的分子生物学研究进展: 发布于 2012-08-18 08:32 来源：张如旭医生

　　腓骨肌萎缩症(Charcot-Marie-Tooth Disease, CMT)，又称遗传性运动感觉神经病(hereditary motor and sensory neuropathy, HMSN),是一组最常见的具有高度临床和遗传异质性的周围神经单基因遗传病。患病率约为1/2500，遗传方式可为常染色体显性，常染色体隐性和X连锁遗传。自从1991年发现由17号染色体短臂11.2区(17p11.2)1.5Mb的正向串联重复突变导致CMT1A，1992年PMP22基因被克隆以来的十几年内，20个致病基因相继被克隆，其内在的分子发病机制得以逐步深入研究和阐明。以下就CMT的分子遗传学、分子发病机制作一综述。

　　1、CMT的分子遗传学进展

　　1991年以来的十几年内，将近30个不同的CMT遗传位点被定位，20个基因相继被克隆(见表1)。2006年2月Jordanova A等发现酪酰tRNA合成酶(tyrosyl-tRNA synthetase ，YARS)为CMTDIC致病基因[1]。2005年3月Züchener S等在来自北美、比利时和澳大利亚的CMTDIB家系发现了发动蛋白2(dynamin 2 ，DNM2)基因突变，并证实为致病突。2004年克隆了三个致病基因：2004年4月Züchener S等报道了CMT2A位点的第二个致病基因MFN2(Mitochondrial GTPase mitofusion 2)[3]; 2004年5月Oleg Evgrafov等发现HSP27(small heat shock protein27)为CMT2F和dHMN的致病基因[4]; 2004年11月Tang等在定位于12q24的中国人CMT2L家系发现HSP22(small heat shock protein22)基因的致病突变G423T，而Joy Irobi等于2004年5月发现HSP22也是dHMNII的致病基因。

　　CMT致病基因及详细突变情况可在比利时安特卫普大学设立的遗传性周围神经病突变数据查询。疾病基因克隆使准确的基因诊断成为可能，从而为患者提供正确的疾病预后和遗传咨询信息。CMT为数众多的致病基因组成一个微芯片系统，揭示了维持雪旺氏细胞-轴索完整结构的分子组织和维持周围神经正常功能必需的生物分子，为深入研究不同表型CMT内在共同的发病机制提供了分子基础。

　　表1 腓骨肌萎缩症的致病基因一览表

　　分型

　　位点/基因

　　遗传方式

　　蛋白

　　CMT1A

　　17p11.2/PMP22

　　周围神经髓鞘蛋白22

　　HNPP

　　17p11.2/PMP22

　　周围神经髓鞘蛋白22

　　CMT1B

　　1q22/MPZ

　　髓鞘蛋白零蛋白

　　CMT1C

　　16p13.1-p12.3/(LITAF/SIMPLE)

　　肿瘤坏死因子α脂多糖诱导因子

　　CMT1D

　　10q21.1-q22.1/EGR2

　　早期生长反应蛋白2

　　CMT2A1

　　1p36.2/KIF1Bβ

　　驱动动力蛋白1Bβ

　　CMT2A2

　　1p36.2/MFN2

　　线粒体融合素2(MFN2)

　　CMT2B

　　3q13-q22/RAB7

　　Ras相关蛋白 RAB7

　　CMT2C

　　12q23-q24/未克隆

　　CMT2D

　　7p14/GARS

　　甘酰tRNA合成酶(GARS)

　　CMT2E

　　8p21/NF-L

　　神经丝轻链蛋白(NF-L)

　　CMT2F

　　7q11-q21/(HSP27/HSPB1)

　　小分子热休克蛋白27(HSP27/HSPB1)

　　CMT2G

　　12q12/未克隆

　　CMT2L

　　12q24/(HSP22/HSPB8)

　　小分子热休克蛋白22(HSP22/HSPB8)

　　CMT4A

　　8q13-q21.1/GDAP1

　　神经节苷脂诱导分化相关蛋白1(GDAP1)

　　CMT4B1

　　11q23/MTMR2

　　肌管蛋白相关蛋白2蛋白(MTMR2)

　　CMT4B2

　　11p15/MTMR13

　　肌管蛋白相关蛋白13蛋白(MTMR13)

　　CMT4C

　　5q23-q33/KIAA1985

　　CMT4D

　　8q24/NDRG1

　　N-myc 下游调节因子1蛋白 (NDRG1)

　　CMT4E

　　10q21-q22/EGR2

　　早期生长反应蛋白2 (EGR2)

　　CMT4F

　　19q13.1-q13.3/periaxin

　　轴突周围蛋白(periaxin)

　　ARCMT2A

　　1q21.2-q21.3/(lamin A/C, LMNA)

　　核纤层蛋白A/C (lamin A/C, LMNA)

　　ARCMT2B

　　19q13.3/未克隆

　　CMTX

　　Xq13.1/(CX32，GJB1)

　　间隙连接蛋白32(CX32，GJB1)

　　CMTDIA

　　10q24/未克隆

　　CMTDIB

　　19P12/DNM2

　　发动蛋白2(DNM2)

　　CMTDIC

　　1p34/YARS

　　酪酰tRNA合成酶(YARS)

　　2、CMT的发病机理研究进展

　　2.1 异常的雪旺氏细胞/轴索的相互作用

　　髓鞘成分的改变对其包裹的轴索产生显著影响：CMT1以脱髓鞘病变为主，但疾病的进展与周围神经的运动和感觉复合动作电位改变而不是神经传导速度改变呈正相关，说明周围神经轴索丧失是远端肌萎缩和无力临床症状的根本原因[8];髓鞘蛋白基因MPZ和GJB1突变还可导致以远端轴索丧失为主的CMT2表型;慢性炎症性脱髓鞘性周围神经病和多发性硬化病例的周围和中枢神经功能缺损也是长期髓鞘异常导致继发性轴索变性的有力证据。

　　周围神经是雪旺氏细胞、神经元轴索和间质细胞(形成神经内膜、神经束膜和神经外膜)相互作用的整体，它们之间的信号转导是周围神经的正常发育和维持结构完整和损伤修复必不可少的，任何细胞成分的基因缺陷或其他损伤都将导致其他细胞成分的结构和功能缺陷，从而出现周围神经的功能障碍。研究证明周围神经髓鞘化是轴索膜蛋白(如参与动作电位形成的不同离子通道蛋白)正确分布和神经丝磷酸化以维持轴索直径所必需。在周围神经损伤时，损伤远端的雪旺氏细胞和神经内膜的成纤维细胞分泌多种神经生长因子促进轴索再生。

　　轴索信号如β神经调节素(βnuregulin)等提供雪旺氏细胞分化和长期存活、稳定髓鞘结构必需的生物信号。周围神经的细胞外基质，特别是基底膜的信号对雪旺氏细胞的定位、分化和髓鞘形成也非常重要[9]。17号染色体短臂11.2区(17p11.2)包含PMP22基因的1.5Mb正向串联重复突变导致CMT1A ，占全部CMT病例的70％，而PMP22基因的缺失突变导致压力易感性周围神经病(HNPP)。PMP22为主要在雪旺氏细胞表达的跨膜蛋白，除作为髓鞘结构蛋白外，尚参与调节雪旺氏细胞的增殖、分化和凋亡。

　　MPZ基因突变导致CMT2B ，MPZ是组成周围神经髓鞘的主要结构蛋白，占髓鞘总蛋白的50％以上，MPZ的同源聚合体在维持髓鞘致密部的结构起重要作用。CX32基因是CMTX的致病基因，CX32的周围神经表达位于郎飞氏结周和Schmidt-Lanterman切迹处，相邻细胞膜上CX32六聚体之间形成的间隙连接通道在雪旺氏细胞近轴索和远轴索的胞浆之间信息传递和物质交换中起重要作用。EGR2基因突变导致CMT1C，EGR2又称锌指蛋白Krox-20，是雪旺氏细胞的转录调控因子，调节PMP22、MPZ和CX32等髓鞘蛋白的合成。

　　Preiaxin基因是CMT2F的致病基因，Preiaxin特异表达于形成髓鞘的雪旺氏细胞，由于mRNA的不同剪切形成L-Preiaxin和S-Preiaxin，其中S-Preiaxin弥散分布于胞质，而L-Preiaxin位于靠基底膜侧的雪旺氏细胞膜，与肌萎缩相关蛋白2(dystrophin-related protein2)和营养不良聚糖蛋白(dystroglycan)形成复合物，从而连接雪旺氏细胞的细胞骨架和基底膜，其生物学功能可能为稳定成熟的周围神经髓鞘[11]。髓鞘结构的形成和维持障碍，雪旺氏细胞/轴索相互作用的分子信号异常可能是上述基因突变的内在分子发病机制。

　　2.2 轴索运输功能缺陷

　　Zhao C等于2001年在一个日本CMT2A家系发现KIF1B(kinesin-motor-protein-1- B)基因突变。KIF1B编码驱动蛋白，属于运动蛋白家族成员，在轴索运输中起重要作用。KIF1B有两个剪切本KIF1Bα和KIF1Bβ，KIF1Bα广泛表达，主要协助线粒体运输，KIF1Bβ在神经元特异性表达，在突触囊泡的运输中起关键作用。kif1B杂合子基因敲除小鼠症状类似CMT2A，突触囊泡内kif1B运输的蛋白(如synaptotagmin, synaptic-vesicle-protein-2)含量降低。

　　线粒体运输对远离神经元胞体的轴索能量供应非常关键，线粒体融合素2(MFN2)基因突变是大多数CMT2A的发病原因，线粒体融合素2蛋白为核基因编码的线粒体蛋白，其生物学功能主要为维持线粒体间融合和分裂的动态平衡，而有效的线粒体联系网络对平衡因线粒体基因突变导致的蛋白表达差异、平衡线粒体内外膜电位，完成细胞内均一的能量供应非常重要。

　　Puls等发现动力蛋白激活蛋白(dynactin)基因突变导致HMN Dynactin[13]。该基因突变可能是改变了蛋白结构域的正常折叠而妨碍其与微管的结合，而微管是轴索的正向和逆向运输所必需的，运动神经元通过动力蛋白-动力蛋白激活蛋白复合物(dynein- dynactin complexes)完成快速逆向轴浆运输，将神经末端的物质运送到神经元胞体，当逆向轴浆运输受损时，物质的回收和再利用不能有效进行，可能是周围神经遗传病表现出长度依赖性轴索变性的内在原因[14]。

　　2.3 蛋白质转运障碍

　　PMP22蛋白过度表达和低表达分别引起CMT1A和HNPP，表明其生物合成和降解受到严密的调控。研究发现雪旺氏细胞内大部分新合成的PMP22在内质网快速降解，过度表达或蛋白降解途径受抑制时PMP22在胞内形成核周聚集体，表明蛋白酶体途径在调控PMP22蛋白水平上起重要作用。Street等发现TNFα脂多糖诱导因子(LITAF)基因为CMT1C的致病基因。小鼠的该同源基因编码蛋白产物与泛素连接酶相互作用，蛋白的泛素化是介导膜蛋白到溶酶体降解的信号，由于LITAF突变引起的CMT1C表型与最常见的亚型CMT1A类似，表明雪旺氏细胞表达的蛋白(如PMP22)降解异常可能是其内在发病机制。

　　Verhoeven等发现Rab7基因突变导致轴索型CMT2B，Rab7是小G蛋白Rab家族成员，具有调节细胞内囊泡转运到内涵体和溶酶体的生物功能，Rab7与其效应蛋白PILP通过募集动力蛋白-动力蛋白激活蛋白复合物协助溶酶体的运输[16]。CMT4B1和CMT4B2分别由MTMR2(myotubulin-related protein 2)和MTMR13基因突变引起，这两型CMT的临床表型和病理特点非常相似，提示可能存在相同的发病机制。MTMR2为双重特异性磷酸酶，通过参与膜磷脂的去磷酸化而调控细胞内的膜转运。MTMR13为假磷酸酶，不能直接参与膜磷脂的去磷酸化，可能通过调节MTMR2的磷酸酶活性或细胞内定位发挥生物学功能。

　　2.4 小分子热休克蛋白(small heat shock proteins， sHSPs)相关的神经退行性变

　　HSP22和HSP27基因突变导致遗传性周围神经病的发现为CMT发病机制研究提供了新思路。人类sHSPs包含十个成员，以蛋白C端约85个氨基酸残基组成α-晶状体结构域为特点的蛋白超家族，家族成员可形成同源和异源寡聚体。sHSPs的生物学功能包括参与细胞内信号转导、抗凋亡、稳定细胞骨架蛋白和分子伴侣功能[。除HSP22和HSP27基因突变引起遗传性周围神经病外，该家族成员α-crystallin、β-crystallin还分别是遗传性白内障(congenital cataract)、肌间线蛋白相关性肌病(desmin related myopathy)的致病基因。

　　Benndorf等研究表明HSP22与HSP27存在相互作用，形成异源寡聚体，提示二者突变可能存在共同的发病机制。Oleg Evgrafov等的研究表明突变的HSP27可引起神经丝的异常聚集，而神经丝轻链(NFL)基因是CMT2E的致病基因。因此，sHSPs可能在维持细胞骨架稳定和调节轴索运输中起重要作用。其他关于HSP27的研究表明HSP27为感觉和运动神经元损伤后修复过程所必需，hsp27在ALS的SOD1小鼠模型的运动神经元表达上调，HSP27和β-crystallin也是SCA和AD、PD等多种神经退行性疾病的包涵体成分。这表明sHSPs介导的分子通路在其他神经退行性疾病中也起到重要作用。

　　2.5 其他

　　酪酰tRNA合成酶(YARS)和甘酰tRNA合成酶基因(GARS)分别为CMTDIC和CMT2D的致病基因。氨酰tRNA作为蛋白质合成过程的氨基酸运输工具，其合成酶基因突变引起慢性进行性发展的周围神经病说明蛋白合成复合体功能障碍与神经退行性变存在着密切联系。Senderek J 等发现KIAA1985是CMT4C的致病基因，该基因编码的蛋白产物及生物功能不清，序列比对表明其他种属的脊椎动物存在同源产物，该蛋白家族成员有多个SH3和TPR结构域，可能参与蛋白复合物的形成[23]。

　　3、展望

　　腓骨肌萎缩症是一组主要累及周围神经系统的遗传异质性单基因疾病，随着神经生物学和分子遗传学进展，已知位点的致病基因将相继克隆并可能有新位点及相关致病基因的发现。致病基因克隆及其突变蛋白的功能分析有助于揭示不同CMT亚型存在的共同分子发病机制，并拓宽对神经科领域其他退行性疾病如SCA、AD、ALS等的认识。PMP22基因重复突变导致的CMT1A作为最常见的亚型，调节该基因的表达至正常水平仍将是CMT基因治疗的热点。