田大為，胡向軍，宋　蕾，彭瑞云，賈宏博　綜述　王麗峰　審校

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NMDA受體基因單核苷酸多態(tài)性與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)聯(lián)研究

田大為1，2，胡向軍3，宋蕾4，彭瑞云3，賈宏博1綜述王麗峰3審校

1.100142北京，空軍航空醫(yī)學(xué)研究所；2.710032西安，第四軍醫(yī)大學(xué)航空航天醫(yī)學(xué)系航空航天生物動(dòng)力學(xué)教研室;3.100850北京，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所；4.100720北京，空后衛(wèi)生部門(mén)診部

【關(guān)鍵詞】NMDA受體基因；SNP；神經(jīng)系統(tǒng)疾病

神經(jīng)系統(tǒng)由其結(jié)構(gòu)單位-神經(jīng)元組成，這使得神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)成了人類(lèi)組織器官中最為復(fù)雜的系統(tǒng)，其作用機(jī)制是受多種因素調(diào)節(jié)的復(fù)雜生理過(guò)程。神經(jīng)系統(tǒng)疾病是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生的器質(zhì)性疾病，除受外界環(huán)境因素影響外，還受遺傳因素影響。已有大量的研究報(bào)道了神經(jīng)遞質(zhì)與神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間的關(guān)系，其研究的深入可能為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的防診治提供客觀的預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

谷氨酸( glutamate，Glu) 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)之一，其中N-甲基-D-天門(mén)冬氨酸 (N-methyl-D-aspartate，NMDA)受體近年來(lái)逐漸受到重視，NMDA受體被普遍認(rèn)為是學(xué)習(xí)記憶中的關(guān)鍵物質(zhì)且參與長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation，LTP)的形成和維持。

隨著人類(lèi)基因組序列的繪制完成，生命科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)正迅速轉(zhuǎn)向如何系統(tǒng)地研究和解讀基因結(jié)構(gòu)、功能與遺傳疾病之間的聯(lián)系。單核苷酸多態(tài)性( single nucleotidepolymorphism， SNP) ，作為基因組中最普遍的序列差異，在復(fù)雜性疾病與基因的關(guān)聯(lián)研究中發(fā)揮著重要作用，其意義的闡明有助于了解人類(lèi)基因的功能，并為復(fù)雜性疾病的評(píng)估、預(yù)測(cè)、預(yù)防、診斷和治療的突破提供重要的參考依據(jù)。筆者就NMDA受體基因SNP與神經(jīng)系統(tǒng)疾病關(guān)聯(lián)的相關(guān)研究作一綜述。

1NMDA受體結(jié)構(gòu)和功能

神經(jīng)科學(xué)的研究表明，谷氨酸是人類(lèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)最重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，參與神經(jīng)系統(tǒng)多種重要功能的調(diào)節(jié)[1]。根據(jù)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的不同，Glu受體可分成兩大類(lèi):促離子型谷氨酸受體( ionotropic glutamater -eceptor，iGluR) 和促代謝型谷氨酸受體(metabotropicglutamate receptor，mGluR)。在iGluRs家族內(nèi)，根據(jù)受體激動(dòng)劑的不同，又分為NMDA受體與非NMDA受體。NMDA受體有復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的分子特性，涉及腦的很多重要功能如記憶和學(xué)習(xí)密切相關(guān)的LTP和長(zhǎng)時(shí)程抑制(long term depression，LTD)效應(yīng)與NMDA受體關(guān)系密切[2,3]；大腦神經(jīng)元的數(shù)目及其連接的數(shù)目都受到NMDA受體活動(dòng)的影響，其活動(dòng)的異?？赡苡绊懮窠?jīng)元的可塑性，從而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能紊亂。因此， NMDA受體已成為治療某些神經(jīng)精神性疾病的靶點(diǎn)。

1.1NMDA受體的功能區(qū)及分子構(gòu)型NMDA受體至少包含2種亞基，核心亞基(NR1)和強(qiáng)化亞基(NR2)。NR1和NR2中的任何一個(gè)亞單位都不能單獨(dú)構(gòu)成有功能的同寡聚體通道，NR2四個(gè)亞單位中的一個(gè)或幾個(gè)必須和NR1共同構(gòu)建成為異寡聚體，才可形成高活性的NMDA受體通道，提示NR1亞單位對(duì)NMDA受體通道功能是必須的[4]。

近年研究證明，人的NR1基因跨度約29.6 kb，含20個(gè)外顯子，與鼠腦NR1基因類(lèi)似，有8種序列不同的轉(zhuǎn)錄體，其5’側(cè)翼啟動(dòng)子區(qū)有兩個(gè)完整的果蠅even -skipping蛋白識(shí)別序列。大鼠的NR1基因總長(zhǎng)度為26.6 kb，含20個(gè)外顯子。小鼠基因的NR1總長(zhǎng)度為26.7 kb，含20個(gè)外顯子。

人類(lèi)NR2A基因定位于16p13.2，長(zhǎng)約429.35 kb，含14個(gè)外顯子；大鼠NR2A基因定位于10q11，長(zhǎng)約416.55 kb，含14個(gè)外顯子；小鼠NR2A基因定位于16A1; 16 3.4 cm，長(zhǎng)約414.82 kb，含12個(gè)外顯子。

人類(lèi)的NR2B總長(zhǎng)度為418.6 kb，含13個(gè)外顯子。大鼠的NR2B基因的總長(zhǎng)度為461.2 kb，含13個(gè)外顯子，是一種分子量約180 kda的跨膜糖蛋白，脫糖化后分子量為160 kDa左右，其基因有45個(gè)氨基酸序列，由1456個(gè)氨基酸組成，氨基酸殘基數(shù)為1482，特定氨基酸殘基1362-1406。小鼠的NR2B基因總長(zhǎng)度為443.7 kb，含15個(gè)外顯子。

1.2NMDA受體的調(diào)控

1.2.1基因轉(zhuǎn)錄對(duì)NMDA受體表達(dá)的影響NMDA受體亞基轉(zhuǎn)錄時(shí)可有多個(gè)起始位點(diǎn)，各個(gè)位點(diǎn)周?chē)膲A基可以影響基因的表達(dá)。Bai[5]通過(guò)對(duì)大鼠NR1上游3 kb進(jìn)行測(cè)序和啟動(dòng)子功能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)從轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)到上游356 bp的區(qū)域?yàn)镹R1啟動(dòng)子的核心區(qū)域，并且有SP-1、AP-2、GSG等多個(gè)轉(zhuǎn)錄結(jié)合元件結(jié)合在核心啟動(dòng)子區(qū)，在上游3 kb的范圍內(nèi)還有多個(gè)轉(zhuǎn)錄結(jié)合位點(diǎn)與AP-1、Repeats、CTF、CRE、MEF2-C等轉(zhuǎn)錄元件結(jié)合。NR2B主要起始位點(diǎn)周?chē)?50個(gè)堿基可影響NR2B的表達(dá)，NR2B啟動(dòng)子缺乏TATA和CAAT盒，C/G含量>60%，因此，NR2B基因具有典型的管家基因特性。Klein等[6]對(duì)人NR2B基因啟動(dòng)區(qū)進(jìn)行測(cè)序并進(jìn)行功能實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)到上游541bp的區(qū)域?yàn)镹R2B啟動(dòng)子的重要調(diào)控區(qū)域，并且含有4個(gè)SP1和一個(gè)CREB轉(zhuǎn)錄結(jié)合元件。Sasner和Buonnano等[7,8]研究發(fā)現(xiàn)大鼠NR2B啟動(dòng)子上有一段長(zhǎng)約800個(gè)堿基對(duì)的序列決定了NR2B表達(dá)的神經(jīng)元依賴性，在NR2B基因上游356bp范圍為核心啟動(dòng)子區(qū)，具有4個(gè)轉(zhuǎn)錄因子SP1和一個(gè)CREB的結(jié)合位點(diǎn)，表明NR2B基因本身就是突觸后神經(jīng)元Ca2+通路上的靶基因之一。Miyatake等[9]對(duì)小鼠NR2B基因啟動(dòng)區(qū)進(jìn)行測(cè)序并結(jié)合軟件分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)到上游420 bp的區(qū)域?yàn)镹R2B啟動(dòng)子區(qū)的重要調(diào)控區(qū)域，該區(qū)域包括SP1、GATA-2、CREB等轉(zhuǎn)錄結(jié)合位點(diǎn)。

1.2.2翻譯對(duì)NMDA受體表達(dá)的影響NR2A的5′非翻譯區(qū)含有282個(gè)堿基。Wood等[10]在離體研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，NR2A的mRNA擁有不同的5′非翻譯區(qū)，如果移去大多數(shù)的282bp的mRNA的5′非翻譯區(qū)可使NR1、NR2A介導(dǎo)的電生理反應(yīng)放大100倍，如僅移去其上游的AUG則只增加其對(duì)受體的翻譯。

NR2B含有一個(gè)超過(guò)其他NMDA亞單位的長(zhǎng)5′-UTR，含有1199個(gè)堿基對(duì)[6]。在含ATG起始編碼的4號(hào)外顯子上有3個(gè)分散的未翻譯的外顯子分布在20 kb的區(qū)域內(nèi)。在剪接過(guò)程中可形成兩個(gè)不同的剪接變體，分別含有或缺失2號(hào)外顯子，其中以不含2號(hào)外顯子的形式居多。在5′-UTR中還有多個(gè)ATG編碼，形成9個(gè)短的UOFs，主要分布于3號(hào)外顯子上，與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控有關(guān)。

2NMDA受體基因SNP與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)聯(lián)

SNP是DNA多態(tài)性的一種，為DNA序列中單堿基的差異。絕大多數(shù)復(fù)雜性狀疾病都是由遺傳因素與環(huán)境因素相互作用的多基因病，就是這些SNP造成人群和個(gè)體在各種表現(xiàn)型上的差異，表現(xiàn)在體質(zhì)特征、運(yùn)動(dòng)能力、疾病易感性，以及心智等各個(gè)方面。根據(jù)SNP在NMDA受體基因中的位置，SNP可分為受體基因編碼區(qū)SNP(coding SNP，cSNP)、受體基因內(nèi)含子區(qū)SNP和受體基因調(diào)控區(qū)SNP(regulatory SNP，rSNP)。其中cSNP根據(jù)是否改變編碼的氨基酸又可分為同義cSNP(synonymouscSNP)和非同義cSNP(non—synonymous cSNP)。

非同義cSNP，由于其改變編碼的氨基酸，對(duì)NMDA受體基因功能的影響較直觀，近來(lái)有研究表明，非同義cSNP可通過(guò)影響NMDA受體基因產(chǎn)物，引起細(xì)胞信號(hào)通路方面的改變[11]。同義cSNP由于其不改變編碼的氨基酸，過(guò)去一直認(rèn)為它不會(huì)改變NMDA受體基因的功能。近來(lái)，隨著這方面研究的日益深入，人們發(fā)現(xiàn)同義cSNP也可影響NMDA受體基因的功能，同義cSNP通過(guò)引起核糖體通過(guò)mRNA特定區(qū)域時(shí)速度的加快或變慢，影響翻譯動(dòng)力學(xué)，最終使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變[12]。內(nèi)含子區(qū)SNP與基因功能的關(guān)系方面，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析和生化、細(xì)胞水平分析，近來(lái)研究表明:NR2B基因rs1806201基因型頻率和單倍體與酒精中毒的關(guān)系密切[13]。在調(diào)控區(qū)rSNP影響NMDA受體基因功能的研究方面，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析表明，基因調(diào)控區(qū)的rSNP可通過(guò)影響啟動(dòng)子元件來(lái)調(diào)節(jié)NMDA受體基因的功能[14]。

目前，已有研究就不同人群NMDAR不同亞型受體基因多態(tài)性與精神分裂癥、阿爾茨海默病、酒精中毒癥、雙相性精神障礙等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了探討，部分研究發(fā)現(xiàn)了NMDA受體基因與上述疾病存在關(guān)聯(lián)性[15]。

2.1SNP與阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)的關(guān)聯(lián)性Jiang和Jia[14]在中國(guó)北方漢族群體中檢測(cè)了362名AD患者NR2B基因位于啟動(dòng)子區(qū)4個(gè)SNP，分別為-200T/G(rs1019385)，-421C/A(rs3764028)，-1447T/C(ENS105578和-1497G/A(rs12368476)，發(fā)現(xiàn)-421CC基因型比CA和AA基因型患AD的概率高，對(duì)比-421A、NR2B啟動(dòng)子區(qū)-421C等位基因轉(zhuǎn)錄活性降低34.69～39.79%。研究顯示-421C等位基因型能夠引起NR2B轉(zhuǎn)錄活性降低、NR2B蛋白表達(dá)下降，提示-421(rs3764028)與AD相關(guān)聯(lián)。

Zhao等[16]研究了2455名AD患者NR1和NR2A受體中的5個(gè)SNP，通過(guò)分析單個(gè)變異體和多重基因座單倍型發(fā)現(xiàn)位于5′非翻譯區(qū)rs11146020與AD相關(guān)聯(lián)，未發(fā)現(xiàn)NR2A SNP與AD 相關(guān)聯(lián)。

Seripa等[17]研究了222例高加索AD患者NR2B 3個(gè)SNP:rs1019385(200T/G，在5′末端G置換T)， rs1806201(2664 G / A，在外顯子13 A轉(zhuǎn)換G)， rs890(5072 T/G，在3′末端G置換T)，未發(fā)現(xiàn)與AD相關(guān)聯(lián)。

Liou等[18]研究了275例長(zhǎng)期接受抗精神病藥物治療的AD患者(其中患遲發(fā)性運(yùn)動(dòng)障礙TD患者142例，未患遲發(fā)性運(yùn)動(dòng)障礙TD患者133例)NR2B 3個(gè)SNP-200G/T， 366G /C和2664T/C，并未發(fā)現(xiàn)患者的基因型和等位基因頻率和TD密切相關(guān)。

2.2SNP與精神分裂癥(schizophrenia，SP)的關(guān)聯(lián)Ohtsuki等[19]在日本人群中研究發(fā)現(xiàn)NR2B 的最后一個(gè)外顯子3′端和366C/G位點(diǎn)存在多態(tài)性并與SP存在關(guān)聯(lián)，推測(cè)NR2B 或其連鎖不平衡位點(diǎn)可能成為致病基因。

Qin 等[20]在中國(guó)人群的研究中檢測(cè)了NR1和NR2B基因中5個(gè)SNP，發(fā)現(xiàn)G1001C與T4197C、T5988C在多態(tài)性方面重要的遺傳學(xué)相互作用，并且發(fā)現(xiàn)了上述位點(diǎn)單倍型與SP存在陽(yáng)性關(guān)聯(lián)。

Begni等[11]在意大利人群中研究證實(shí)，NR1基因位點(diǎn)上1001G/C 多態(tài)性與SP關(guān)聯(lián)，C等位基因可能改變轉(zhuǎn)錄因子NF-кB的共同序列。病例組C等位基因及其純合子與雜合子基因型頻率明顯高于對(duì)照組，因此NR1可能是SP敏感的候選基因之一。

Zhao 等[16]在中國(guó)漢族群體中檢測(cè)了5個(gè)橫跨NR1的SNP，發(fā)現(xiàn)位于5′端非翻譯區(qū)rs11146020 (1001G/C) 的C等位基因在患者組中高頻表達(dá)，提示rs11146020是SP候選SNP位點(diǎn)。

2.3SNP與其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)聯(lián)Kim等[13]檢測(cè)了206名酒精中毒的韓國(guó)患者NR2B3個(gè)SNP:(rs1806201， rs1805247， and rs1805502)，其中rs1806201基因型頻率和單倍體分析顯示患病組和對(duì)照組差異明顯，為酒精中毒癥的候選SNP位點(diǎn)。

Szczepankiewicz 等[21]研究了419例雙相性精神障礙(BDNF)患者NR2B3個(gè)SNP:-200G/T， 366C/G and rs890G/T，未發(fā)現(xiàn)與BDNF相關(guān)聯(lián)。

表1　NMDA受體基因部分SNP位點(diǎn)遺傳多態(tài)性數(shù)據(jù)

Dorval等[22]通過(guò)對(duì)NR2B 205個(gè)核心家族中9個(gè)SNP進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)rs2284411和ADHD密切相關(guān)。

以上文獻(xiàn)提示，NMDA受體基因多態(tài)性與神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)，以下SNP位點(diǎn)可以考慮作為候選位點(diǎn)(表1)。

綜上所述，SNP做為DNA序列變異的主要形式，是決定人類(lèi)復(fù)雜疾病易感性和藥物反應(yīng)性個(gè)體差異的核心信息。目前，復(fù)雜性多基因疾病，是由遺傳和環(huán)境等眾多因素共同作用所致，其中多因素共同作用影響了疾病的表現(xiàn)型，從而隱藏了多態(tài)性的作用。另外，同一基因多態(tài)性在不同種族或不同數(shù)量人群中，得出的結(jié)論可能不同甚至完全相反，遺傳異質(zhì)性的問(wèn)題值得我們關(guān)注。

隨著基因組流行病學(xué)的發(fā)展，NMDA受體基因在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用日益受到人們的重視。NMDA受體基因多態(tài)性除與上述疾病有關(guān)外，還可能與其他環(huán)境刺激因素引起的復(fù)雜疾病有關(guān)。因此，研究NMDA受體基因多態(tài)性與復(fù)雜疾病的關(guān)系可從基因水平的角度來(lái)闡述疾病的發(fā)病機(jī)制，為疾病的預(yù)防和治療提供新的途徑。

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(2015-12-08收稿2016-03-15修回)

(責(zé)任編輯梁秋野)

基金項(xiàng)目：全軍后勤科研“十二五”重大資助項(xiàng)目(AKJ11J003)；全軍后勤科研“十二五”重大資助項(xiàng)目(AKJ11J002)

作者簡(jiǎn)介：田大為，博士研究生，助理研究員。 通訊作者：賈宏博， E-mail：jiahongbo@163.com

【中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)】R34