Tau基因多态性与神经变性疾病

周美鸿 吴成斯 徐仁伵

(南昌大学第一附属医院神经内科，江西 南昌 330006)

Tau基因及其编码的微管相关蛋白异常最早发现于阿尔茨海默病(AD)，随着对Tau基因研究的深入，Tau基因与神经变性性疾病的研究逐渐引起研究者的重视，并且有新的发现，最近研究表明，Tau基因多态性可能与AD、额颞叶痴呆(FTD)、肌萎缩侧索硬化(ALS)、皮质基底节变性(CBD)、帕金森病(PD)的发病存在潜在的相关性。本文将概述Tau基因的构成，Tau基因的多态性及其与部分神经变性性疾病的关系。

1 Tau基因的构成

Tau基因位于17q21.11，其5'和3'端侧翼序列分别是促皮层素释放因子受体(CRFR)基因和KIAA1267，前者为从5'端延伸55 kb至Tau基因启动子的核苷酸序列，后者为从Tau基因多聚A尾延伸1.6 kb的核苷酸序列，是一个在大脑中表达但功能未知的基因〔1〕。不论从序列的同源性还是从目前了解的功能来看，侧翼序列与Tau基因均呈不相关性，可见Tau基因并非簇相关基因的一部分。Tau基因从5'端到3'端跨越133.9 kb，包括16个外显子，外显子1和14被转录而不被翻译〔1〕。Tau基因外显子经过特别的组织和生长发育调节而选择性剪接，在人类大脑中，外显子4a，6和8从未连接进任何mRNA中参与编码翻译Tau蛋白，从而导致高分子Tau蛋白亚型的表达〔2〕。在正常成人大脑中，Tau基因根据外显子2、3、10的可变连接可编码6种同分异构体。外显子10的编入表达与否会形成两种类型的蛋白，即含3个微管结合重复区域(3R)或4个微管结合重复区域(4R)的Tau蛋白亚型。外显子3从未不依赖外显子2而单独出现，Tau蛋白N端插入子的存在与否及其数目则取决于是外显子2还是外显子2+3的剪接差异。因此，由这3个外显子的选择性剪切可有6种亚型:3R亚型(2-3-10-，2+3-10-，2+3+10-)和 4R 亚型(2-3-10+ ，2+3-10+，2+3+10+)。在胎儿大脑中，只有最短的亚型(2-3-10-)被表达。Conrad等已发现一个被命名为Saitohin(STH)的新基因，位于人Tau基因内含子9内。STH是一个无内含子基因，表达一个含128氨基酸残基的蛋白。STH并不受Tau基因启动子的调控，但两者共有一些调控元件。

2 Tau基因突变

Tau基因突变可导致一种罕见的常染色体显性疾病，它被命名为连锁于17号染色体伴有PD的额颞叶痴呆(FTDP-17)，这提示Tau基因突变是一些家族性Tau病的病因。在目前已识别出的各种Tau基因突变中〔3，4〕，大部分是错义、缺失、编码区的无效突变或者定位靠近外显子10附近剪切位点的基因内突变〔5〕。Tau基因突变可依据是否直接影响Tau蛋白的功能和(或)RNA的剪切而分类〔4，6〕。目前研究已证实位于外显子9、11、12和13的突变扰乱Tau蛋白与微管之间的相互作用，这样减少了Tau蛋白促进微管聚集的能力。据报道在外显子1的R5H和R5L突变会产生相同效应。在外显子10中的其他突变(N179K、L284L、N296N、S305N 和 S305S)可导致外显子 10 剪切的增加，从而增加4R-Tau蛋白的比率，相对于可溶性3R蛋白亚型而言。在外显子10之后紧接的内含子中，位于不同位点+3、+11、+13、+14和+16的突变，可以影响到跨越这个剪切区的RNA茎环结构，使其不稳定〔7〕。最后，第三类突变对蛋白和信使mRNA水平均有影响。这些包括N296H、K280和N296，均位于外显子10内。

3 Tau基因多态性

在Tau基因中大约有122个核苷酸替换已被报道，最近又在3'端新发现8个多态性位点。这130个Tau基因的序列变异包括111个单核苷酸多态性(SNP)，9个插入和8个缺失。所有这些多态性的位点在Susanna Schraen-Maschke等的报道中均有描述〔5〕。这些核苷酸替换中有74个(57%)被发现是分为两簇分别分布在内含子9和10当中，两个区域都与外显子10的剪切相关。成簇现象的意义将有待进一步相关性分析研究。第三簇则涉及在3'端发现的20个核苷酸替换，为Tau基因mRNA的新陈代谢相关区域。

现已发现在Tau基因中有10个多态性位点，包括8个SNP和1个缺失，与116507(TG)n二核苷酸重复多态一起，相互之间以完全连锁不平衡方式遗传，从而定义了Tau基因的两个扩展单倍型(H1和H2)〔8〕。它们大部分定位在内含子9和外显子9当中，其中有3个位于启动子内部，对Tau基因表达功能的影响还存在争议〔9，10〕。参照最早的一些论文显示，H1和H2单倍型在不同的健康人群样本中的频率比较，H1单倍型出现频率较 H2 高，在日本人〔11〕、澳大利亚人〔12〕和查摩洛人群〔13〕中，H2单倍型的频率很低。由116507(TG)n重复多态而产生的A0等位基因主要见于H1单倍型，A3等位基因则多见于H2单倍型。其他的多态性位点非常罕见，只在更为常见的H1单倍型中发生。112705A＞G多态性位点位于内含子9内，相应于STH基因的一个外显子多态性。这一遗传变异在蛋白水平的表达主要是把谷氨酰胺变为精氨酸〔14，15〕。

4 Tau基因多态性和AD

Lilius等(1999)、Bullido等(2000)的研究均证实H1单倍型与AD发病的危险增加相关。但另有7项研究〔16〕的Meta分析揭示AD和H1没有相关性，包括Green等(2002)一项基于尸检确证为AD病例的最新研究也未发现二者的相关性。所得的矛盾结果可能取决于AD患者组年龄的不同，同时也表明Tau基因对迟发性AD和早发性AD所起的作用不同。对迟发性AD患者的不相关性表明Tau蛋白可能涉及在AD病理通路的下游。Conrad等(2002)识别的一个单核苷酸多态性位点112705A＞G，可改变STH基因表达的谷氨酰胺为精氨酸。第一个关于该多态性位点的遗传性研究是用51例尸检确证为迟发性AD的病例，与30例正常对照组相比，GG基因型的概率显著增高(16%比0%)，G等位基因在患者与对照组中分别为32%和13%。Combarrost等(2003)的最新研究证明STH基因的RR基因型在迟发性AD患者中显著增加。然而这一遗传相关性在其他一些研究中并未得到证实〔14，15〕。

5 Tau基因多态性和FTD、Pick病(PiD)

Morris等(1999)发现在32名FTD患者和75名对照受试者中，A0/A0基因型的频率没有显著差异。其他小组也发现不论是H1单倍型还是H1/H1基因型都与FTD没有明显相关性〔12，17～19〕。Sobrido 等 (2003)发 现 内 含 子 9 上 的 罕 见123534C＞T多态性，与对照组(0.2%)相比，在 FTD患者(3.3%)中是显著增加，这个特殊的多态变异型有外显子10剪切调控的作用。Hughes等关于FTD患者的大规模研究也证实与对照组相比，H1/H1基因型是显著过表达，但均未发现两组有任何显著差异性〔20〕。PiD是另一类罕见的早老性痴呆，病理特点为神经元内出现Pick小体，其中主要包含3R-Tau蛋白亚型。由于在进行性核上麻痹(PSP)和皮质基底节变性(CBD)中Tau基因单倍型频率的差异性，推测H1单倍型可能诱发了这些疾病中4R-Tau蛋白聚集体的形成。与此平行的假说是Tau基因H2单倍体可能诱发了PiD中3R-Tau蛋白聚集物的形成。但至今所发表的所有研究中，都没有发现Tau基因的H2单倍型与PiD存在显著相关性〔21，22〕。Tau基因 H2单倍型在Russ等的研究中发现有轻微的过表达，但不具有统计学意义。

6 Tau基因多态性和肌萎缩侧索硬化-帕金森痴呆叠加综合征(ALS-PDC-G)

存在于西太平洋关岛查摩洛人群中两个特别的Tau病:被命名为ALS-G的肌萎缩侧索硬化的罕见型，以及被命名为PDC-G的帕金森痴呆叠加综合征。两个疾病都以脊髓和大脑中的神经原纤维缠结为神经病理特点。由于ALS-G和PDC-G临床与病理相似，并同存在于关岛，这两类综合征可能被证实为同一种疾病即ALS的不同表现型〔13〕。同时，在这两类ALS的变异型中，116507(TG)n多态性的连锁平衡分析发现两病例组中H1和H2单倍型的频率与对照组相比，并无显著差异性。

7 Tau基因多态性和PSP、CBD

在CBD和PSP中都存在的异常Tau蛋白沉积物存在4R-Tau蛋白亚型。通过利用临床上或仅神经病理上确证为CBD的病例开展的研究，均发现H1等位基因和H1/H1基因型与CBD之间都存在显著相关性〔21〕，证实了一个假说，即由Tau基因多态性所代表的特别的遗传背景可作为CBD和PSP进展的一个危险因素。

8 Tau基因多态性与PD

Scott等的研究发现Tau基因所在染色体17q与晚发型PD连锁。Martin小组研究了235个家族的1056例患者，测定Tau基因的单核苷酸多态性。这些多态性位于Tau基因的内含子或外显子上，且不改变Tau蛋白的氨基酸序列。在被测的5个多态性中有3个与晚发型PD显著相关。单倍型分析显示，PD与一个单倍型(H1)正相关，与第二个单倍型负相关。此外，在Tau外显子9和10之间的内含子中，一个已知的二核苷酸多态性(A0)也证明与原发性PD正相关〔23〕。

综上所述，目前大量的证据表明Tau基因在许多神经变性疾病中都有影响，发生在FTDP-17的Tau基因突变是这类少见疾病的致病因素，而Tau基因多态性对于一些更多见的散发病如AD和PD是一种遗传因素的作用，环境因素和其他遗传因素对于正常种群中H1/H1基因型的高出现率和促进这类疾病发展的H1/H1同合子的低价值预测都很可能有重要影响。Tau基因的H1单倍型对于具备不同临床特点的神经变性疾病都是一个危险易感因素，提示这类疾病都有着一个共同的致病机制，即与Tau基因的异常有关。目前Tau基因多态性作为一个致病因素在生物学功能上的机制，由于它在基因座上显著的连锁不平衡性，遗传学尚不能做出明确解释。H1单倍型可能改变Tau基因表达或剪接的内含子特性，可以解释它的相关性。但为了更好地明确解释，进一步的机制研究应更多地关注于一个或多个H1/H2多态性对引起神经元变性和死亡在Tau基因表达或功能中的影响。

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